Una batería de litio entrega la energía que permite su celda más débil. Por eso importa tanto la consistencia de celdas: lo parecidas que son entre sí todas las celdas de una batería en capacidad, resistencia interna, autodescarga, temperatura y envejecimiento. Cuanto más iguales sean, más energía útil tendrás cada día y más años durará la batería.
En este artículo explicamos dos conceptos que hacen falta para entenderlo (el estado de carga y la tensión en reposo), por qué en las baterías LiFePO₄ el porcentaje de carga es más difícil de medir, qué diferencias entre celdas importan y cómo se controlan.
Dos conceptos previos: SOC y OCV
SOC (State of Charge) es el estado de carga, el porcentaje que ves en el indicador de la máquina. Funciona como el indicador de combustible de un coche: una batería de 100 Ah al 60 % tiene unos 60 Ah disponibles.
OCV (Open Circuit Voltage) es la tensión en reposo: la que marca una celda cuando lleva un rato sin cargarse ni descargarse. En muchas químicas existe una relación bastante directa entre las dos: mides la tensión en reposo y sabes cuánta carga queda.
El caso del LiFePO₄: la meseta
En las celdas de fosfato de hierro y litio (LiFePO₄ o LFP), la química que usamos en todas nuestras baterías, esa relación tiene una particularidad. La celda trabaja entre unos 2,5 V (vacía) y 3,65 V (fin de carga), con una tensión nominal de 3,2 V. Pero en la mayor parte del recorrido, aproximadamente entre el 20 % y el 90 % de carga, la tensión en reposo apenas se mueve: varía menos de una décima de voltio. Es lo que se llama la meseta de la curva.
En una celda NMC (níquel, manganeso y cobalto), en cambio, la tensión sube de forma mucho más regular con la carga: entre el 20 % y el 80 % puede variar del orden de 0,3 a 0,4 V, y leer el SOC a partir de la tensión es más sencillo.
La meseta tiene una cara buena y otra que hay que gestionar:
- La buena: la tensión del LFP se mantiene casi constante durante toda la descarga, así que la máquina tiene la misma potencia a media jornada que al empezar el turno.
- La que hay que gestionar: con la tensión no basta para saber si la batería está al 40 % o al 70 %. El BMS (el sistema de gestión de la batería) tiene que contar los amperios-hora que entran y salen, y corregir esa cuenta en los extremos de la curva, donde la tensión sí cambia de forma clara.
Por eso muchos fabricantes recomiendan completar una carga al 100 % cada cierto tiempo, aunque la máquina trabaje con cargas cortas de oportunidad: el BMS aprovecha ese punto para reajustar el indicador. Sigue siempre la recomendación del fabricante de tu batería.
Qué significa que las celdas sean consistentes
Una batería industrial de 48 V lleva 16 celdas LFP en serie (16 × 3,2 V = 51,2 V nominales). Por todas pasa la misma corriente, así que la batería se comporta como un grupo que solo puede avanzar al ritmo del más lento.
Un ejemplo con números: si 15 celdas tienen 100 Ah y una tiene 95 Ah, la batería entera entrega 95 Ah. Cuando esa celda se vacía, el BMS tiene que cortar la descarga para protegerla, aunque a las otras 15 todavía les quede un 5 % de energía. Y al cargar pasa lo contrario: esa misma celda se llena antes y obliga a detener la carga.
Estas son las diferencias que importan:
| Parámetro | Qué es | Qué pasa si las celdas no son iguales |
|---|---|---|
| Capacidad | Los amperios-hora que puede almacenar cada celda | La batería entera rinde lo que la celda de menor capacidad |
| Resistencia interna | La oposición que pone la celda al paso de la corriente | La celda con más resistencia se calienta más y pierde más energía en cada ciclo |
| Autodescarga | La carga que pierde la celda en reposo | Con las semanas, unas celdas quedan más descargadas que otras aunque la batería no se use |
| Temperatura | El calor que alcanza cada celda en uso | Las celdas más calientes envejecen antes |
| Envejecimiento | Cómo evolucionan capacidad y resistencia con los ciclos | La vida de la batería la marca la celda que envejece más rápido |
Las diferencias de tensión entre celdas, que es lo que el usuario suele ver en un diagnóstico, son la consecuencia de todo lo anterior.
Por qué las diferencias crecen con el tiempo
Las desigualdades entre celdas tienden a agrandarse solas. Una celda con algo más de resistencia interna se calienta un poco más en cada ciclo. Al estar más caliente, envejece algo más deprisa, y al envejecer su resistencia sube todavía más. Lo mismo ocurre con la capacidad: la celda más pequeña llega antes al límite inferior en cada descarga, trabaja proporcionalmente más profunda y se desgasta antes.
Dentro de un cofre también influye la posición. Una celda que queda en el centro del bloque, rodeada de otras, disipa peor el calor que una situada junto a la pared. Si el diseño térmico no lo tiene en cuenta, las celdas del centro envejecen antes que las de los extremos.
Cómo se consigue una batería consistente
La consistencia se trabaja en tres momentos distintos:
1. Al elegir las celdas. Celdas del mismo fabricante y lote, clasificadas por capacidad, resistencia interna, tensión y autodescarga antes de montarlas juntas. Es la base: lo que entra desigual en la batería, sale desigual.
2. Al diseñar el cofre. Una disposición que reparta el calor de forma homogénea y sensores de temperatura en los puntos que más se calientan.
3. Durante el uso. El BMS vigila la tensión de cada celda y las iguala mediante el balanceo de celdas.
Hay un matiz importante sobre el tercer punto. El balanceo iguala el estado de carga de las celdas, pero no puede igualar su capacidad ni su resistencia interna. Una celda de 95 Ah seguirá siendo de 95 Ah por mucho que el BMS la equilibre. Por eso el balanceo es necesario, pero no sustituye a una buena selección de celdas. Si quieres ver cómo funciona y la diferencia entre balanceo pasivo y activo, lo explicamos en nuestro artículo sobre cómo mejora el balanceo de celdas la duración de la batería.
Qué preguntar antes de comprar una batería
- ¿De dónde salen las celdas? ¿Son todas del mismo lote? ¿Se clasifican antes de montarlas?
- ¿Puedo ver la tensión de cada celda? Es la forma de detectar a tiempo una celda que empieza a separarse del resto.
- ¿Qué diferencia de tensión entre celdas admite el BMS antes de avisar? Un buen BMS avisa antes de que la diferencia obligue a parar la máquina.
- ¿Cuándo equilibra el BMS? ¿Solo al final de la carga, o también durante la descarga?
- ¿Cómo se reparte el calor dentro del cofre? Pregunta dónde están los sensores de temperatura.
La consistencia en NCPower
Trabajamos con celdas LiFePO₄ y desarrollamos nuestro propio BMS. Mide la tensión de cada celda y la temperatura de la batería, y equilibra las celdas de forma continua, tanto durante la carga como durante la descarga, para que las pequeñas diferencias no se acumulen ciclo a ciclo. Con la monitorización remota se puede ver el estado de cada batería a distancia y detectar una celda que se desvía antes de que afecte al trabajo de la máquina.
Si quieres una visión general de todo lo que hace un BMS, consulta nuestra guía qué es un BMS y por qué decide la vida de tu batería de litio.
¿Por dónde empezamos?
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