Cómo dimensionar un banco de baterías de litio: capacidad y tasa C

Un banco de baterías que se agota antes del amanecer o activa la protección del BMS cuando arranca un motor suele estar mal dimensionado. Los compradores pueden centrarse únicamente en los amperios-hora, pero para dimensionarlo de forma fiable hay que tener en cuenta el consumo de energía, la profundidad de descarga (DoD) utilizable, la potencia máxima, la tasa C de descarga y las condiciones a las que estará expuesto el sistema.

Empiece por las cargas. Anote la potencia nominal en vatios de cada dispositivo y cuántas horas funciona al día. Multiplique los vatios por las horas para obtener vatios-hora (Wh) y luego sume el consumo diario de todas las cargas. En equipos con demanda variable, use mediciones de consumo o un perfil de funcionamiento realista en lugar del máximo indicado en la placa de características.

Por ejemplo, una carga de comunicaciones de 100 W que funciona continuamente consume 2.400 Wh al día. Una bomba de 600 W que funciona durante dos horas añade 1.200 Wh, para un total de 3.600 Wh al día. Incluya las pérdidas del inversor y el consumo de otros componentes del sistema; si no dispone de datos medidos, un margen de planificación del 10 % al 15 % es un punto de partida razonable, no una garantía.

A continuación, establezca la autonomía necesaria: el número de días durante los cuales el banco debe alimentar las cargas sin una recarga adecuada. Un objetivo de un día puede ser apropiado para un sistema con una entrada solar diaria fiable; una instalación crítica aislada de la red o de telecomunicaciones puede necesitar más. Compruebe también el plazo previsto para la recarga, ya que un banco más grande tarda más en recargarse cuando la generación es limitada.

Calcule la energía nominal de la batería con esta fórmula: Wh nominales requeridos = Wh de carga diarios × días de autonomía ÷ (DoD utilizable × eficiencia del sistema). Si el ejemplo de 3.600 Wh requiere un día de autonomía, utiliza el 80 % de la capacidad nominal y supone una eficiencia del sistema del 90 %, el resultado es 5.000 Wh, o 5 kWh nominales. Confirme que el fabricante de la batería permite la DoD prevista; el límite elegido afecta a la capacidad utilizable y a la vida útil en ciclos.

Convierta la energía a amperios-hora según la tensión nominal del banco de baterías: Ah = Wh ÷ V. Un banco de 5 kWh a 51,2 V equivale aproximadamente a 98 Ah nominales. A 25,6 V equivale aproximadamente a 195 Ah. Al comparar sistemas con distintas tensiones, compare la energía en Wh o kWh, ya que los amperios-hora por sí solos no describen la energía almacenada.

Secuencia práctica de dimensionamiento:

- Mida o estime el consumo diario de energía en Wh, incluido el consumo del inversor y del sistema de control.

- Elija los días de autonomía según la criticidad de la carga y la fiabilidad de la recarga, no según las mejores condiciones meteorológicas.

- Establezca la DoD permitida y tenga en cuenta las pérdidas de conversión, la temperatura y el envejecimiento.

- Compruebe si la batería puede suministrar potencia continua y máxima con el SOC y la temperatura previstos.

- Verifique que el cargador y la fuente de generación puedan recargar el banco dentro del plazo requerido.

La capacidad es solo la mitad de la comprobación. La tasa C expresa la corriente en relación con la capacidad nominal: una batería de 100 Ah descargada a 0,5C suministra 50 A; a 1C suministra 100 A. Para obtener una estimación aproximada en el lado de CC, corriente en amperios = potencia de carga en vatios ÷ tensión de la batería. Una carga de 3.000 W en un inversor conectado a un banco de 48 V consume unos 62,5 A antes de las pérdidas, por lo que la corriente real será mayor. Compruebe los límites de descarga continua y de corta duración de la batería, la demanda de sobretensión del inversor, el cableado y los dispositivos de protección.

Una comparación representativa, suponiendo una eficiencia del sistema del 90 % y una DoD utilizable del 80 %, sería la siguiente: un banco de 5,12 kWh, 51,2 V y 100 Ah proporciona aproximadamente 3,69 kWh de energía en el lado de la carga; un banco de 10,24 kWh, 51,2 V y 200 Ah proporciona aproximadamente 7,37 kWh. Si ambos están especificados para una descarga continua de 1C, sus límites aproximados en el lado de la batería son de 100 A y 200 A, respectivamente. Estas cifras son ilustrativas; consulte la ficha técnica del producto específico y no dé por sentado que la especificación de descarga máxima de una batería equivale a su especificación de descarga continua.

Compruebe los límites del BMS en función del perfil de funcionamiento real. Un BMS puede limitar la corriente de carga o descarga en función de la temperatura de las celdas, el SOC, los fallos o los ajustes configurados. Las bajas temperaturas pueden impedir la carga, mientras que una corriente de descarga elevada puede provocar una caída de tensión o activar la protección. Confirme los límites de conexión en paralelo, la compatibilidad con el inversor, el protocolo de comunicación y cualquier ajuste necesario con los fabricantes de la batería y del inversor.

Planifique teniendo en cuenta el envejecimiento y las condiciones de funcionamiento. La capacidad disminuye con el tiempo y la energía realmente utilizable puede variar según la temperatura, la tasa de descarga y el equilibrado de las celdas. Compare la vida útil en ciclos según la DoD y la temperatura especificadas, no como una cifra destacada aislada. Pregunte cómo se comunican el SOC y el SOH, cómo los estima el BMS y qué capacidad al final de la vida útil se presupone en la garantía.

Para la cualificación de productos y proyectos, solicite documentación pertinente para la aplicación y el mercado de destino. La norma UN38.3 aborda las pruebas de transporte; IEC 62619 establece requisitos de seguridad para baterías de litio industriales; UL 1973 es una norma de seguridad para baterías utilizadas en aplicaciones estacionarias y otras aplicaciones especificadas. El alcance de la certificación es importante: verifique el modelo exacto, la configuración y la instalación prevista, en lugar de confiar en una afirmación general del proveedor.

Antes de realizar el pedido, confirme la energía nominal y utilizable, la tasa C continua y máxima, el rango de tensión, los límites de temperatura, las protecciones del BMS, las condiciones de la garantía y la compatibilidad del sistema. Para proyectos OEM/ODM, establezca también los requisitos de la carcasa y los conectores, las comunicaciones, la cantidad mínima de pedido (MOQ), las muestras de validación y el plazo de entrega. Newbeebattery puede colaborar como socio de fabricación de paquetes personalizados OEM/ODM para adaptar la configuración del paquete a la aplicación y a los requisitos de integración.

Un banco correctamente dimensionado satisface tanto el presupuesto de energía como la demanda de potencia en las condiciones reales de funcionamiento del sistema. Calcule los Wh necesarios para la autonomía, conviértalos en capacidad nominal teniendo en cuenta la DoD y las pérdidas, y después verifique la tasa C y los límites del BMS con datos específicos del producto antes de aprobar el diseño.