Equilibrado de baterías LiFePO4: una guía práctica esencial

Introducción: la ampliación del parque de baterías, un gran reto técnico

La adopción de baterías de litio-hierro-fosfato (LiFePO4 ) para el almacenamiento de energía solar está experimentando un crecimiento excepcional en Bélgica. Ante el aumento de las necesidades energéticas o el deseo de optimizar el autoconsumo, muchos propietarios de instalaciones fotovoltaicas desean aumentar la capacidad de sus bancos de baterías existentes. Aunque añadir nuevas baterías puede parecer una solución sencilla y rentable, existen importantes riesgos técnicos y es necesaria una preparación cuidadosa.

Este artículo técnico explica por qué el equilibrado previo de todas las baterías es un paso absolutamente innegociable y propone un método práctico de campo, accesible a cualquier instalador o usuario experimentado, para realizar esta operación de forma segura sin necesidad de costosos equipos de laboratorio.

El reto fundamental: casar lo viejo con lo nuevo

Integrar una batería nueva en una flota que ya ha acumulado ciclos de uso significa acoplar elementos con características electroquímicas y electrónicas fundamentalmente diferentes. Esta diferencia no es insignificante y merece un conocimiento profundo.

Envejecimiento inevitable de las baterías LiFePO4

Con el paso del tiempo y los ciclos de carga y descarga, cualquier batería de litio envejece inevitablemente, aunque la tecnología LiFePO4 tiene una vida útil excelente en comparación con otras químicas de litio:

• Disminución de la capacidad real: una batería de 100Ah puede que sólo sea capaz de suministrar 90-95Ah tras varios años de uso intensivo.
• Aumento de la resistencia interna: Las reacciones electroquímicas se vuelven menos eficientes, generando más calor y pérdidas.
• Cambio en la curva de carga: Las características de voltaje varían ligeramente con la edad.
• Disparidades entre las celdas: Incluso dentro de una misma batería, las celdas individuales envejecen a ritmos diferentes.

El peligro del acoplamiento directo

Conectar una batería nueva directamente a otra más vieja crea un desequilibrio eléctrico importante. Cuando las baterías se conectan en paralelo, si los estados de carga (SOC) no son exactamente iguales, se produce un fenómeno físico que no se puede ignorar:

Una corriente muy alta fluirá de forma incontrolada desde el pack con el voltaje más alto al que tiene el voltaje más bajo, creando un estrés eléctrico y térmico potencialmente destructivo.

Esta corriente de compensación repentina puede :

• Dañar irreparablemente las células de litio más frágiles.
• Activar las protecciones de sobrecorriente del BMS
• Provocar un calentamiento localizado peligroso
• Reducir drásticamente la vida útil de todo el conjunto
• dejar el sistema totalmente inoperativo en los casos más graves

La falsa seguridad: los límites críticos de los BMS pasivos

El sistema de gestión de baterías (BMS ) es el cerebro electrónico del banco de baterías. Proporciona protección contra sobrecargas, descargas profundas, cortocircuitos y gestiona el equilibrado de las celdas. Sin embargo, la mayoría de los BMS disponibles en los mercados de consumo y profesional utilizan la llamada tecnología de equilibrado "pasivo", cuyas limitaciones a menudo se malinterpretan o subestiman.

El principio del equilibrado pasivo

El equilibrado pasivo funciona según un principio sencillo pero limitado: cuando una célula alcanza una tensión superior a las demás durante la carga, el BMS activa una resistencia paralela que disipa el exceso de energía en forma de calor. Este método tiene dos limitaciones técnicas importantes que lo hacen totalmente inadecuado para el equilibrado inicial de baterías nuevas y viejas.

Estas limitaciones técnicas demuestran que es totalmente irreal confiar en un SGE pasivo para armonizar un banco de baterías heterogéneo compuesto por celdas nuevas y viejas. El equilibrado debe realizarse manualmente antes de la puesta en servicio del conjunto ampliado.

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La solución de campo: equilibrado de carga 100% forzado

A falta de una fuente de alimentación de laboratorio estabilizada y programable (equipo caro reservado a los profesionales), es totalmente posible lograr un equilibrado fiable y seguro utilizando el equipo ya presente en su instalación: el inversor solar híbrido o el inversor de almacenamiento.

El principio: alcanzar la tensión de referencia

Este método, conocido como equilibrado de carga completa, tiene como objetivo llevar cada batería (antigua y nueva) a su estado de carga máximo (100% SOC) de forma totalmente independiente antes de acoplarlas eléctricamente. El objetivo es garantizar que todas las baterías alcancen su tensión máxima de fin de carga perfectamente estabilizada. Es en este punto preciso donde las tensiones son más fiables y más comparables entre las distintas baterías.

Por qué el 100% de carga es el punto de referencia ideal

• Tensión estable y predecible: Al 100% de SOC, la tensión está en su punto máximo y ya no varía significativamente.
• Estado de referencia universal: Todas las baterías LiFePO4, ya sean nuevas o viejas, alcanzan un voltaje de fin de carga comparable (dependiendo de su configuración 15S o 16S).
• Minimización de las corrientes de igualación: Las baterías con tensiones idénticas no generan corrientes de circulación peligrosas durante el acoplamiento.
• Activación del BMS: A este nivel de carga, el BMS ha realizado su trabajo de equilibrado interno de las células.

Procedimiento práctico de equilibrado paso a paso

Equipo necesario

• Su inversor híbrido solar existente
• Un multímetro digital de calidad (precisión de ±0,1 V como mínimo)
• Herramientas para una desconexión segura (destornilladores aislados, guantes protectores)
• Fuente de alimentación: red eléctrica o generador
• Paciencia: el procedimiento puede durar varias horas dependiendo de la capacidad

Etapa 1: Carga completa de las baterías existentes

Mantenga únicamente el banco de baterías existente conectado al SAI. Las baterías nuevas deben desconectarse físicamente y almacenarse en un lugar seco y templado.

1. Configure el SAI para forzar una carga desde la red (o generador).
2. Inicie una carga completa hasta alcanzar el 100% del SOC mostrado.
3. Punto crucial: No se detenga en cuanto se muestre el 100%. Deje que el sistema mantenga esta carga durante 1 ó 2 horas más.
4. Controle la tensión en la interfaz del inversor hasta que se estabilice por completo (variación <50 mV en 15 minutos).
5. Anote con precisión la tensión estabilizada final (ejemplo: 53,2 V para un pack de 15 S).

Paso 2: Carga completa del New Park

La seguridad ante todo: apague el SAI y desconecte el banco de baterías existente de acuerdo con los procedimientos de seguridad eléctrica vigentes.

1. Conecte únicamente el nuevo banco de baterías al SAI.
2. Vuelva a encender el sistema
3. Repita exactamente la misma operación que en el paso 1: carga forzada hasta el 100% SOC
4. Continúe la carga durante 1 ó 2 horas más después de alcanzar el 100%.
5. Espere a que la tensión se estabilice completamente
6. Anote la tensión estabilizada final del nuevo parque

Paso 3: Verificación crucial de las tensiones de referencia

Este paso es absolutamente crítico para la seguridad de la operación. Una vez cargada y estabilizada cada batería por separado, es necesario medir su tensión en vacío con un multímetro calibrado.

Criterios de validación: Las dos tensiones medidas deben ser prácticamente idénticas, con una diferencia máxima tolerable de 200mV (0,2V). Si las tensiones son equivalentes, puede proceder al acoplamiento. Si la diferencia es mayor, mantenga la carga en el pack con la tensión más baja hasta que alcance el nivel de la primera.

Paso 4: Acoplamiento seguro de los parques

1. Desconecte siempre el sistema (inversor apagado, disyuntores abiertos).
2. Compruebe las tensiones una última vez con el multímetro.
3. Conecte los dos bancos de baterías en paralelo según el esquema eléctrico recomendado por el fabricante
4. Apriete todas las conexiones con los pares de apriete especificados.
5. Vuelva a encender gradualmente el sistema
6. Compruebe inmediatamente en la interfaz del SAI que se detectan todos los BMS y que no hay alarmas activas

Dado que las tensiones de sus baterías son ahora idénticas, no se producirán corrientes de circulación peligrosas al ponerlas en paralelo. El acoplamiento es seguro.

Paso 5: Supervisión posterior a la instalación - La importancia del ciclado completo

El trabajo no termina con el acoplamiento inicial. Para garantizar la salud y longevidad óptimas de su parque de baterías ampliado, es imprescindible realizar ciclos de carga completa regulares (hasta el 100% de SOC). Esta práctica permite al BMS afinar el equilibrio entre celdas individuales a largo plazo.

Estrategia de ciclado estacional

• En verano: la abundancia de sol en Bélgica (de mayo a septiembre) permite alcanzar el 100% de SOC varias veces a la semana de forma natural gracias a la producción fotovoltaica.
• Eninvierno: Con una producción solar reducida (noviembre-febrero), programe una carga forzada completa desde la red al menos una vez al mes.
• Indicador de salud: Vigilar mensualmente la diferencia de tensión entre células que muestra el BMS (debe permanecer <100mV).

Errores comunes que hay que evitar absolutamente

1. Acoplamiento en caliente - El error fatal

Conectar una batería nueva directamente a un banco de baterías en funcionamiento es el error más común y peligroso. Incluso con una diferencia de voltaje aparentemente pequeña (1-2V), las corrientes generadas pueden superar los 100A durante varios segundos, creando un riesgo de incendio.

2. Confiar únicamente en la indicación del SOC

El porcentaje de carga (SOC) que muestra el SAI es una estimación calculada, no una medición directa. Dos baterías que muestren el 100% pueden tener tensiones reales que difieran en varios voltios. Mida siempre la tensión con un multímetro.

3. Descuidar la fase de estabilización

No basta con detener la carga en cuanto aparezca el 100%. La tensión seguirá variando durante 1-2 horas. Sin una estabilización completa, estará comparando valores no representativos.

4. Mezcla de diferentes tecnologías

Nunca combine baterías con diferentes químicas (LiFePO4 + NMC, o LiFePO4 + plomo) o diferentes configuraciones (15S + 16S). Las características de carga son incompatibles.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Puedo mezclar baterías de diferentes marcas?

Puedes hacerlo si tienen la misma configuración (15S o 16S), la misma tensión nominal (48V) y capacidades similares (diferencia <20%). Sin embargo, utiliza siempre baterías idénticas para optimizar la comunicación BMS y la garantía del fabricante. Marcas como Pylontech, Dyness y BYD ofrecen sistemas modulares diseñados para la ampliación.

¿Cuánto dura el proceso de equilibrado?

Para una batería de 5 kWh, prevea 3-4 horas por parque para alcanzar el 100% de SOC desde el 50%, más 1-2 horas para la estabilización. En total, toda la operación suele llevar un día de trabajo.

Mi SAI no tiene función de "carga forzada", ¿qué debo hacer?

La mayoría de los inversores híbridos modernos (Deye, Growatt, Victron, Huawei) ofrecen esta función en los ajustes avanzados. Consulte el manual o póngase en contacto con el servicio de asistencia técnica. Como último recurso, puede utilizar un cargador externo compatible con LiFePO4.

¿Es necesario repetir el equilibrado con regularidad?

El equilibrado inicial es la etapa crítica. Después, los ciclos mensuales completos (100% SOC) son suficientes para mantener el equilibrio. El BMS se encarga de los microajustes diarios.

¿Qué ocurre si ignoro este procedimiento?

En el mejor de los casos, la capacidad real es inferior a la capacidad teórica total y las baterías se desgastan prematuramente. En el peor de los casos: activación permanente de las protecciones BMS, daños en los elementos, pérdida de la garantía, incluso riesgo de incendio.

¿Las baterías de gel o AGM requieren el mismo protocolo?

No, las baterías de plomo-ácido (gel, AGM, líquido) son mucho más tolerantes al acoplamiento directo gracias a su mayor resistencia interna. Sin embargo, se recomienda cargarlas al 100% antes de acoplarlas para optimizar su vida útil. Este estricto protocolo se aplica específicamente a las baterías de litio.

Conclusión: el equilibrado, una inversión en seguridad y longevidad

Ampliar un parque de baterías LiFePO4 es una operación técnica accesible que no requiere improvisación. La física electroquímica de las baterías impone una regla de oro ineludible: la homogeneidad de los estados de carga antes de cualquier acoplamiento.

Sustituyendo las costosas herramientas de laboratorio por un riguroso método de carga forzada a través del inversor existente, cualquier usuario o instalador puede garantizar un equilibrado seguro, eficaz y económico. Este procedimiento práctico, combinado con un seguimiento minucioso de los ciclos de carga completos, garantiza no sólo la seguridad inmediata de su instalación, sino también su máxima longevidad y el aprovechamiento de toda su capacidad energética.

El equilibrado previo no es una opción técnica más: es la condición sine qua non para el éxito de cualquier ampliación del parque de baterías de litio. Es un know-how esencial para cualquier propietario de un sistema moderno de almacenamiento de energía.

Nuestro equipo de expertos de Wattuneed está a su disposición para responder a cualquier pregunta técnica que pueda tener o para proporcionarle apoyo personalizado en el dimensionamiento y la ampliación de su banco de baterías a través de nuestra plataforma de soporte técnico o nuestro blog fotovoltaico.

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