Introducción
Permítanme empezar con una confesión: He fundido más baterías de las que me gustaría admitir. Desde los primeros prototipos de laboratorio de los años 90 hasta los sistemas de alto voltaje de las granjas solares, he visto cómo las pilas de litio burbujeaban, los paquetes de NiMH se hinchaban y las de plomo-ácido silbaban como calderos enfadados, todo por culpa de una variable engañosamente simple: tensión.
El voltaje de la batería no es sólo un número en una etiqueta. Es el guardián del flujo de energía, la línea invisible entre el rendimiento y el desastre. Y, sin embargo, el exceso de voltaje es uno de los problemas más comunes de las baterías. asesinos subestimados en los sistemas de baterías actuales. La mayoría de la gente se centra en las descargas profundas, pensando que la baja tensión es el verdadero enemigo. Pero créame: demasiada tensión es como inflar demasiado un neumático sin manómetro: tarde o temprano, revienta.
A diferencia de la subtensión, que a menudo sólo desactiva el sistema temporalmente, la sobretensión puede causar daños químicos y térmicos irreversibles. Esta guía no es el típico folleto de "carga segura". Es lo que me gustaría que entendieran más ingenieros, bricoladores e integradores de sistemas: qué ocurre realmente cuando el voltaje cruza la línea, por qué ocurre y cómo puede detectarlo antes de que su batería se incendie (o algo peor).
Batería de litio de 12 voltios Fabricantes
Por qué es importante el voltaje de la batería: La ciencia que hay detrás
El voltaje es una bestia escurridiza. Técnicamente, es la diferencia de potencial entre dos terminales. Pero en el mundo de las baterías, es indicador del estado energéticocomportamiento en fase química y riesgo térmico, todo en uno.
La química de cada pila tiene una "zona de confort" de voltaje, más allá de la cual empiezan a dominar las reacciones secundarias. He aquí una referencia rápida:
| Química de la batería | V Nominal/Celda | Carga máxima V/Celda | Riesgo de sobretensión |
|---|
| Li-ion (NMC) | 3.7 V | 4.20 V | > 4.25 V |
| LiFePO₄ | 3.2-3.3 V | 3.65 V | > 3.65-3.70 V |
| NiMH | 1.2 V | ~1.45 V | > 1.50 V |
| Plomo-ácido | 2.0 V | ~2.40 V | > 2.45 V |
Incluso 0,05 V por encima del valor máximo puede ser desastroso con el tiempo. Yo solía tratar estos números como directrices. Luego empecé a sustituir las baterías de LiFePO₄ hinchadas y a limpiar las fugas de electrolito. Los límites de voltaje no son recomendaciones, son umbrales de supervivencia.
En aviación, los pilotos tienen un término: "esquina del ataúd". Es la zona estrecha donde volar demasiado lento o demasiado rápido significa un accidente. La sobretensión es la rincón del ataúd del mundo de la batería.
Causas comunes de sobretensión en sistemas de baterías
La mayoría de las sobretensiones se deben a descuidos de diseño, fallos en el control de cargao duras condiciones del sistema. Los sospechosos habituales:
- Sistema de gestión de baterías (BMS) incorrecto o ausente
- MPPT defectuoso o regulación del cargador solar
- Mezcla de pilas de diferentes químicas o estados de carga
- Fallo de los circuitos limitadores de corriente
- Frenado regenerativo en vehículos eléctricos que suministran corriente a un paquete completo
Frenado regenerativoen particular, merece un grito. En los VE sin una limitación adecuada de la corriente de regeneración, la contrafuerza electromagnética de los motores durante una desaceleración brusca puede superar la tensión nominal del packespecialmente si la batería ya está completamente cargada. Es como intentar meter más agua en un globo que ya está lleno: ¿adivina qué ocurre?
¿Qué ocurre física y químicamente cuando la tensión es demasiado alta?
Aquí es donde la goma se encuentra con la carretera, o mejor dicho, donde el electrolito se encuentra con la chispa.
La sobretensión crea una cascada de daños:
- Descomposición electrolítica Los disolventes como EC y DMC se descomponen, generando gas y presión.
- Revestimiento de litio El litio metálico se deposita en la superficie del ánodo, especialmente durante la carga rápida o en bajas temperaturasdonde la intercalación de iones se ralentiza.
- Acumulación de gases e hinchazón Los paquetes sellados pueden hincharse como almohadas. He visto paquetes abrirse como Jiffy Pop en una estufa.
- Cortos internos Las dendritas del revestimiento de litio pueden perforar los separadores.
- Fuga térmica Una vez que se acumula suficiente calor, se acabó el juego. Las reacciones en cadena encienden el electrolito inflamable.
Ni siquiera las llamadas "químicas seguras", como LiFePO₄, son inmunes a los abusos. más indulgente...no invencible.
Efectos en los distintos tipos de pilas
LiFePO₄ (LFP)
- Más seguro que otras variantes de Li-ion debido a la estabilidad química del fosfato.
- Todavía, superior a 3,65 V/célulase produce la generación de gas y la hinchazón.
- El uso indebido a largo plazo provoca la pérdida de capacidad y daños internos.
Li-ion (NMC, LCO)
- Extremadamente sensible a la sobretensión.
- Por encima de 4,25 V/célula, es probable que se produzcan averías en el electrolito, gas, chapado de litio y incendio potencial.
- De aquí surgieron hace años los tristemente famosos "incendios de hoverboards".
NiMH
- Causas de la sobrecarga gaseado y acumulación de presión.
- Puede romper la carcasa, pero normalmente no se incendiará debido al electrolito acuoso.
- Un buen BMS y sensores de temperatura ayudan a mitigarlo.
Nota: El NiMH no sufre un desbordamiento térmico como el Li-ion, pero todavía puede ventilar violentamente si se sobrecarga repetidamente.
Plomo-ácido
- Accionamientos por exceso de tensión electrólisis del agualiberando hidrógeno y oxígeno.
- Esto agota el electrolito, degrada las placas y en los tipos sellados, riesgos de explosión si falla la ventilación.
Síntomas reales y señales de advertencia de sobretensión
Si ves algo de esto, deje de cargar inmediatamente:
- Carcasa de la pila hinchada
- Calor inusual durante o después de la carga
- Olor químico o a quemado
- Fugas o residuos cerca de los terminales
- La pantalla muestra "OV" o "Alta tensión".
- Corte inesperado del BMS o códigos de error del inversor
Los sistemas BMS avanzados suelen registrar los DTC (códigos de diagnóstico de problemas) a través de interfaces CAN o UART: no los ignore. No son solo "fallos", son señales de alarma.
Impacto en los equipos conectados y en la seguridad del sistema
La sobretensión no sólo perjudica a la batería. Pone en peligro la sistema completo en peligro:
- Trazas de PCB, reguladores y condensadores dañados
- Activación de la protección contra sobretensión (OVP) en inversores solares, provocando la desconexión del sistema.
- En las configuraciones acopladas de CC, el fallo de un paquete puede producirse en cascada en todo el bus.
En un proyecto de huerta solar, un MPPT mal configurado permitió que un paquete de iones de litio de 96 V superara los 100 V. ¿El resultado? No sólo se hinchó la batería, sino que el inversor fríe su etapa de entrada. Es un error de cinco cifras.
Cómo evitar la sobretensión en los sistemas de baterías
Puede evitar todo esto con un diseño sólido y las mejores prácticas:
- Utilice un BMS fiable con control a nivel celular
- Establecer límites superiores de tensión en MPPT, inversores y cargadores
- Evitar mezclar células de diferente SoC, edad o química.
- Incluya sensores de temperatura-la tolerancia a la tensión disminuye en condiciones de frío
- Utilice circuitos de precarga al conectar grandes paquetes
En serio: la mayoría de los fallos catastróficos que he visto sobre el terreno podrían haber sido evitado con un BMS inteligente \$20.
Qué hacer si sospecha que hay sobretensión (paso a paso)
- Deje de cargar inmediatamente.
- Dejar enfriar el envase naturalmente-no intente utilizar ventiladores si se está produciendo ventilación.
- Medir la tensión en los terminales y comprobar si hay anomalías por célula.
- Inspeccionar el envase si hay hinchazón, siseo o residuos.
- Registre cualquier código de BMS o inversor.
- Si el paquete presenta daños físicos, desechar o reciclar correctamente.
Nunca intente recargar o reutilizar una pila de iones de litio que presente hinchazón o ventilación, ya que podría provocar un incendio.
Conclusión
La sobretensión no siempre provoca fuegos artificiales inmediatos, pero es una bomba de relojería. Tanto si gestiona una nave solar como una flota de carretillas elevadoras, la gestión de la tensión no es opcional. Es una misión crítica.
Elija bien sus componentes. Adapte la química a su cargador. Y sobre todorespetar la tensión.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Es peligroso que la tensión de la batería supere ligeramente el nivel nominal?
Sí. Incluso 0,05 V por célula por encima de la especificacióncon el tiempo, acelera la degradación. No es sólo un pico puntual lo que importa: es exposición acumulativa.
P2: ¿Qué voltaje es demasiado alto para una batería LiFePO₄ de 12 V?
Normalmente, 14,6 V es el límite de carga absoluto (3,65 V × 4 celdas). Todo lo que supere 14,7V arriesga la generación de gas y la hinchazón.
P3: ¿Puede la sobretensión provocar la explosión de una pila?
Sí, sobre todo con Li-ion. Pero no es sólo el voltaje; es la reacción en cadena que desencadena: gas → calor → rotura → incendio.
Sistemas BMS inteligentes (por ejemplo, Daly, JBD), monitores de baterías Victron y soluciones basadas en derivaciones como Monitores de baterías Renogy toda ayuda.
P5: ¿Debo dejar de cargar cuando oiga silbidos o vea hinchazón?
Absolutamente. Para cuando veas o escuches esto, el daño ya se está produciendo. Desenchúfelo e inspecciónelo inmediatamente.