Cuando hablamos de sistemas de baterías de litio, la mayoría de los debates se centran en la capacidad, el voltaje o la vida útil. Sin embargo, bajo esas métricas superficiales se esconde un proceso crítico que influye en el rendimiento a largo plazo de una batería: equilibrado de baterías.
Tanto si es un integrador de baterías OEM, un instalador aislado o un Almacenamiento de energía C&I comprador, debe entender qué es el equilibrado de baterías. Este artículo explica qué es el equilibrado de baterías, por qué es importante y cómo influye directamente en la longevidad, la seguridad y el rendimiento de las baterías de litio.
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Comprender el equilibrado de baterías: Qué es y por qué existe
¿Qué es el equilibrado de baterías en términos sencillos?
El equilibrado de baterías se refiere al proceso de igualar los niveles de carga de las celdas individuales de un paquete de baterías. En sistemas multicelda como los de 48 V o 100 kWh configuraciones, las células suelen desincronizarse debido a ligeras variaciones en la fabricación, la temperatura y la resistencia interna. Con el tiempo, este desequilibrio reduce la eficiencia energética y puede causar daños permanentes en las células.
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¿Qué provoca el desequilibrio celular?
Las células se desalinean de forma natural con el tiempo debido a:
- Pequeñas diferencias durante la fabricación
- Distribución desigual del calor en el ambiente
- Envejecimiento a ritmos diferentes
- Variaciones en los índices de autodescarga
Incluso una diferencia de 1-2% entre celdas, si no se tiene en cuenta, provocará problemas de rendimiento.
¿Por qué es necesario equilibrar la batería?
Un pack de baterías desequilibrado no puede cargarse o descargarse completamente sin riesgo de sufrir daños. La célula más débil limitará todo el sistema, lo que provocará una reducción de la capacidad útil, paradas prematuras del BMS y una degradación más rápida de las células en el tiempo.
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Diferentes tipos de equilibrado de baterías
Equilibrio pasivo: Más sencillo pero derrochador
El equilibrado pasivo elimina el exceso de energía de las células de mayor voltaje y lo convierte en calor mediante resistencias. Muchos sistemas pequeños o de consumo recurren a este método sencillo y rentable.
Pros:
- Bajo coste
- Facilidad de aplicación
Contras:
- Desperdicia energía valiosa
- Produce calor
- Menos adecuado para sistemas de almacenamiento de energía a gran escala
Equilibrio activo: Más inteligente y eficiente
El equilibrado activo transfiere energía de las células de mayor tensión a las de menor tensión mediante condensadores o transformadores. Este método es más eficaz y se adapta mejor a los sistemas de alto rendimiento o gran capacidad.
Pros:
- Conserva la energía
- Reduce la emisión de calor
- Funciona bien en instalaciones C&I y aisladas de la red eléctrica
Contras:
- Requiere circuitos más complejos
- Costes iniciales más elevados
¿Cuál es mejor para su aplicación?
Si utiliza una batería montada en la pared para el almacenamiento doméstico, el equilibrado pasivo puede ser suficiente. Pero para sistemas industriales en bastidor o instalaciones aisladas de la red con frecuentes ciclos profundos, el equilibrado activo ofrece una mayor protección y un mejor retorno de la inversión a largo plazo.
¿Cómo afecta el equilibrado a la duración y eficiencia de la batería?
El vínculo entre el desequilibrio y la degradación precoz
Cuando las células están desequilibradas, la más débil alcanza primero su límite de tensión. El BMS responde deteniendo la carga o la descarga, aunque a las demás células aún les quede energía utilizable. Esto:
- Reduce el rango de energía utilizable
- Sobrecarga algunas células
- Acelera la pérdida de capacidad
Datos reales
En una configuración de LiFePO4 de 15 kWh sin conexión a la red instalada en una cabaña de montaña, la falta de un equilibrado adecuado provocó una pérdida de capacidad útil de 20% en sólo 18 meses. Tras actualizar el BMS con un equilibrado activo, el sistema recuperó aproximadamente 90% de su capacidad nominal.
Impacto en la profundidad de descarga (DoD) y el retorno de la inversión (ROI)
Con un buen equilibrado, los usuarios pueden alcanzar con seguridad niveles de DoD más elevados y evitar daños en las células. Esto se traduce en un mayor rendimiento energético por ciclo y un menor coste por kilovatio-hora a lo largo de la vida útil.
¿Cómo saber si la mochila está desequilibrada?
Síntomas comunes de desequilibrio:
- Una o más células alcanzan la sobretensión o la subtensión antes de tiempo.
- Apagados inesperados incluso cuando el SoC es 50%
- Calentamiento desigual entre células durante el funcionamiento
- Desajustes de SoC de BMS y monitores de terceros
Las unidades BMS modernas suelen mostrar:
- Niveles de tensión de la célula
- Indicadores de desviación de tensión (en mV)
- Registros de alarmas relacionadas con problemas de desequilibrio
Elegir el SGE adecuado para el equilibrado
No todos los sistemas de gestión de edificios son iguales
Algunas unidades BMS económicas sólo admiten equilibrado pasivo, o ninguno en absoluto. Para los sistemas de alto valor o de misión crítica, su BMS debe ofrecer:
- Vigilancia celular
- Funciones de equilibrado en tiempo real
- Umbrales de equilibrio adaptables en los ajustes
Qué buscar en las especificaciones de los SGE:
- Tipo de equilibrado activo frente a pasivo
- Corriente máxima durante el equilibrado (por ejemplo, 50-200 mA o más)
- Punto de activación de la desviación de tensión (por ejemplo, >20 mV)
- Compatibilidad con el recuento de células (por ejemplo, 15S, 16S, 32S o superior)
Química y equilibrado de baterías: Guía de compatibilidad
LiFePO4 (LFP)
- Excelente estabilidad térmica, pero necesita una gestión estricta del voltaje
- Alta vida útil si se equilibra correctamente
NMC (Níquel Manganeso Cobalto)
- Mayor densidad energética, pero muy sensible al desequilibrio
- Requiere un equilibrado rápido y frecuente
Plomo-ácido (AGM/Gel)
- Parcialmente autoequilibrado, pero con un ciclo de vida corto en general
- No se recomienda para aplicaciones modernas de almacenamiento de energía
Ejemplos de aplicación: Cuando el equilibrio se vuelve crítico
Instalaciones aisladas
- Suelen tener ciclos profundos y repetidos
- Suelen estar ubicados en lugares remotos donde el mantenimiento es más difícil
Bastidores ESS comerciales
- Los grandes sistemas de baterías requieren un equilibrado fiable
- Mayor tiempo de actividad y posibilidad de diseños escalables
Almacenamiento residencial
- Los sistemas pequeños pueden funcionar bien con equilibrado pasivo
- Aun así, el BMS inteligente ayuda a prevenir los problemas celulares en fase temprana
Conclusión
El equilibrado de las baterías no es sólo un detalle, sino que desempeña un papel clave en la seguridad a largo plazo, la retención de la capacidad y el valor de la inversión. Seleccionar el método de equilibrado y las herramientas de supervisión adecuadas prolonga considerablemente la vida útil del sistema de baterías.
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