Optimización del Rendimiento y Vida Útil de Baterías: Factores Clave y Sistemas de Gestión

Factores que Afectan el Rendimiento y la Vida Útil de las Baterías

1. Estado de Carga y Parámetros Clave

• Estado de carga (SOC): Representa la capacidad disponible de la batería, expresada como un porcentaje de su capacidad teórica.
• Recuento de Coulomb: Es la suma de los Coulombios y de las intensidades durante los procesos de carga y descarga.
• Impedancia: Resistencia interna de la batería.
• Estado de salud (SOH): Refleja el estado general de la batería y su capacidad para ofrecer las prestaciones especificadas en comparación con una batería nueva. Considera factores como la aceptación de la carga, la resistencia interna, el voltaje y la autodescarga.

2. Estrategias para Maximizar la Vida Útil

La forma más simple de maximizar la vida útil de una batería es asegurar que siempre funcione dentro de sus límites operativos. Además, se pueden implementar medidas adicionales:

• Cargas adecuadas: Utilizar cargadores inteligentes.
• Equilibrado de celdas: Evita el envejecimiento prematuro.
• Control de temperatura y descarga: Mantener la batería en un rango de temperatura óptimo.

La profundidad de descarga (DOD) influye en la temperatura de descarga. La cantidad de productos químicos activos que se transforman en cada ciclo de descarga es proporcional a la profundidad de descarga.

3. Factores que Limitan la Vida Útil

La vida útil de la batería generalmente solo puede ser extendida mediante la reducción de los efectos químicos no deseados. Dos factores principales influyen en la vida útil:

• Temperatura: Las altas temperaturas aceleran las reacciones químicas, incluyendo las degradativas.
• Tiempo: El envejecimiento natural de la batería ocurre con el tiempo, incluso sin uso.

4. Sistemas de Gestión de Baterías (BMS)

Un BMS (Battery Management System) es un sistema electrónico que gestiona una batería recargable (celda o paquete de baterías), por ejemplo, protegiendo la batería para que no funcione fuera de su zona de operación segura, monitorizando su estado, calculando datos secundarios, reportando esos datos, controlando su entorno, autentificándola y/o balanceándola.

Las funciones principales de un BMS son:

• Control del estado de cada celda.
• Cálculo de datos secundarios.
• Presentación de informes con los datos.
• Control del entorno.
• Equilibrado o nivelación de celdas.

Un BMS puede supervisar el estado de la batería a través de diversas mediciones:

• Tensión: Tensión total del paquete y tensión individual de las celdas.
• Corriente: Corriente que circula por la batería.
• Temperatura: Temperatura global o de las celdas individuales.
• Condiciones ambientales: Como el flujo de aire que enfría las celdas.

Además, un BMS puede calcular datos adicionales como:

• SOC (State of Charge)
• DOD (Depth of Discharge)
• SOH (State of Health)
• CCL (Charge Current Limit)
• DCL (Discharge Current Limit)

5. Métodos de Nivelación de Carga

La nivelación de carga es esencial en todas las baterías multicelda.

5.1 Balanceador Capacitivo

Utiliza condensadores para equilibrar la carga entre celdas contiguas. Los condensadores transportan la energía a lo largo de las líneas de las celdas en cualquier dirección. Tienen un rendimiento aproximado del 50% y no se recomiendan para más de 12 celdas.

5.2 Balanceador Inductivo Basado en Transformadores

La transferencia de energía se realiza de forma inductiva, lo que proporciona una mayor eficiencia en comparación con los capacitivos. Se basa en transformadores, donde los primarios se conectan a la batería y los secundarios a cada celda individual. Pueden ser positivos o negativos, dependiendo de si la batería cede energía a las celdas o viceversa. Este sistema permite una medición efectiva del voltaje de cada celda.

5.3 Balanceador Inductivo Puro

Este sistema utiliza un convertidor buck-boost controlado por un microprocesador que amplifica y reduce el voltaje para transferir energía de una celda a otra, optimizando el proceso de balanceo.