Fundamentos: Banco de baterías en serie y/o en paralelo
Publicado: 01 Feb 2019, 20:05
Las baterías son fuentes de energía eléctrica, que se pueden conectar tanto en serie como en paralelo, para aumentar la tensión respectivamente la capacidad. En este capítulo hablaremos de baterías de plomo-ácido. En fotovoltaica (FV) son muy habituales elementos de 2V, llamados "vasos" (2V es la tensión del elemento base de plomo-ácido). Una batería de 6V ("monoblock") consta de 3 vasos -llamados "celdas"- en una misma carcasa, conectados en serie, y una batería monoblock de 12V consta de 6 celdas conectadas en serie, en una misma carcasa
Una gran ventaja de los vasos respecto a las monoblock -aparte de vivir muchos más ciclos- es tener acceso a la tensión de cada uno de los vasos/celdas. Gracias a esto es fácil detectar y sustituir vasos "muertos"; en el caso de una monoblock hay que sustituir toda la batería
- Baterías en serie
Conexión en serie significa conectar el polo positivo de una batería con el polo negativo de la siguente. Es como una fila de elefantes, donde cada uno coge la cola del anterior con su trompa. Solo quedan "libres" un polo de la primera y otro de última batería; uno será negativo y el otro positivo. Éstos polos libres son los polos del banco en seríe, donde se conectarán todas las cargas
La intensidad que pasa por un banco de baterías en serie, es la misma para cada una de sus baterías; pero la tensión de cada batería no es necesariamente igual
Un banco de baterías conectadas en serie tiene como tensión la suma de las tensiones de sus baterías. La capacidad del banco es la misma que tiene cada una de sus baterías, por lo que conviene mucho que todas tengan la misma capacidad. Si se serían baterías de distinta capacidad, el banco tendrá la capacidad de la batería con menor capacidad. Es decir, solo se podría aprovechar esa capacidad menor. No se hará, salvo raras excepciones.
Ejemplo: Si conectamos 8 baterías de 6V y 200Ah (1.2kWh) en serie, tendremos un banco con 48V y 200Ah (9.6kWh)
Para la intensidad máxima es lo mismo que para la capacidad: Si cada batería puede entregar Imax=1200A, por ejemplo, la serie también tendrá Imax=1200A
La conexión en serie tiene un inconveniente: Si todos los vasos de una serie son 100% iguales, no hay problemas. Pero en la vida real, la resistencia interna (Ri) de los vasos seriados puede ser un poco diferente de vaso a vaso. Entonces, algunos vasos se cargarán menos que otros, lo que significa que durante el proceso de carga, algunos recibiran demasiada carga (más shedding), mientras a otros nunca llegarán al SoC 100% (más sulfatación). Debido a este desequilibrio, las diferencias entre los vasos aumentan con el tiempo, y el banco acabaría muerto. Por esa razón hay que ecualizar, cuando se observa un desequilibrio entre vasos
- Baterías en paralelo
Conectar varias baterías en paralelo significa juntar todos los polos positivos y todos los polos negativos de las baterías. Estos polos comúnes son también los polos del banco de baterías, donde se conectarán todas las cargas. La conexión de baterías en paralelo es como un grupo de ovejas bebiendo de la misma fuente
La tensión de un banco de baterías en paralelo es la misma que la de cada una de sus baterías; pero puede pasar una intensidad distinta por cada batería
Un banco de baterías conectadas en paralelo tiene como tensión la misma de cada una de sus baterías; y como capacidad la suma de las capacidades de sus baterías. La intensidad máxima que puede entregar un banco en paralelo también es la suma de la intensidad máxima de sus baterías
Ejemplo: Un banco de 4 baterías de 12V y 200Ah (2.4kWh) en paralelo tiene 12V y 800Ah (9.6kWh)
Conectadas en paralelo es aún más importante que en serie, que las baterías sean todas iguales. Y casi más importante aún, que el cableado sea simétrico!
Como la tensión del banco en paralelo es la misma que la de cada una de sus baterías, todas deben tener la misma tensión. Y todas deben ser de la misma capacidad, porque al no ser así, constantemente habria intensidad de carga y descarga entre ellas, es decir se ciclarían mútuamente, acortando su vida útil. Una pequeña diferencia de capacidad no es mala, al contrario: Serviría de balanceo, igualando a las batería. Pero si la diferencia aumenta, el banco en paralelo llegará a deteriorarse
Por esta razón, muchas veces se dice, que "no conviene conectar baterías en paralelo". Dicho tan estrictamente, eso no es cierto. Si las baterías son bien iguales (mismo modelo, misma edad/ciclaje), se pueden conectar en paralelo sin problema. Lo que no hay que hacer nunca, es conectar en paralelo baterías de distintas características o de edad/ciclaje diferente. Y hay que tener mucho cuidado con el cableado (los puentes), porque la resistencia de los cables puede provocar desequilibrio!
Nota: Gabriel_2018 ha ideado un circuito electrónico que permite paralelizar baterías no iguales. [mention]Gabriel_2018[/mention]: Aquí sería un buen sitio para presentar este circuito
Lógicamente, también se pueden combinar las dos formas de conectar batería, obteniendo un banco de baterías en serie-paralelo. Por ejemplo, las siglas 12S4P significan un banco de batería en serie-paralelo, con 4 series paralelizadas, siendo cada serie de 12 baterías (o vasos)
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. Fig.1: Ejemplo de baterías conectadas en serie
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. Fig.2: Ejemplo de baterías conectadas en paralelo. Conexión no ideal, porque a la batería de abajo van cables más largos. Lo correcto sería conectar los cables que van al inversor en el punto medio de los puentes entre las dos baterías
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. Fig.3: Ejemplo de baterías conectadas en serie-paralelo. Conexión no ideal, por repetir los errores de las fig. 1 y 2
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Nota: El cableado de las baterías en un banco (los cables de conexión entre baterías o vasos se llaman "puentes") es muy importante, especialmente en paralelo. Es que la resistencia interna de una batería es muy pequeña, y los cables también tienen su resistencia. Si la resistencia de los puentes no es igual para todas las baterías, se introduce un desequilibrio en la carga y descarga de las baterías, que puede llevar al deterioro acelerado del banco
Para que nos entendamos: Si la intensidad que circula por los cables es pequeña, no pasa nada. Pero si son muchos amperios, como en el caso de la FV, la caída de tensión en los cables puede significar un desbalance importante, aunque los cables sean gruesos
Aviso: En FV es muy importante que la conexión en paralelo sea simétrica! Los cables que van a cada batería deben tener la misma longitud y sección!
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. Fig.4: Ejemplo de una conexión en paralelo mal hecha. Razón: Cuanto más a la izquierda está la batería, más resistencia de cable ve
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. Fig.5: Ejemplo de una conexión en paralelo bien hecha (esquema; en realidad todos los cables deben ser igual de largos)
Nota: Es curioso! Buscando en la red algunas imágenes para los ejemplos, he encontrado una sola conexión en paralelo bien hecha (la Fig.5). Supongo que esto se debe a que (casi) todos los ejemplos son de circuitos con muy poca intensidad
El cableado correcto para baterías en paralelo es el tipo "telaraña" de la Fig.5, con un borne central, del cual van cables idénticos en sección y longitud a todas las baterías/vasos. El cableado mal hecho es la razón, por la que muchos "expertos" recomiendan no paralelizar nunca las baterías en sistemas FV
Otro ejemplo de un esquema bien hecho -aunque no lo parezca- es el siguiente (en este caso dos series de baterías en paralelo):
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Digo "aunque no lo parezca", porque evidentemente, la serie de la derecha ve un cable negro más largo que la serie de la izquierda. Y para la serie de la izquierda es al revés: Ve un cable rojo más largo que la serie de la derecha. Y en un cable más largo habrá más caída de tensión! Se trata de una asimetría en el esquema?
No es una asimetría, porque la diferencia se compensa!
- La serie de baterías de la izquierda tiene el cable rojo más largo y el cable negro más corto
- La serie de baterías de la derecha tiene el cable rojo más corto y el cable negro más largo
Ambas conexiones son equivalentes! Dado que la tensión se mide entre los bornes de la serie, da igual si la mayor caída de tensión se dé en el cable rojo o en el negro
Conclusión: Las dos series de baterías ven exactamente la misma tensión (siempre que los segmentos de cable rojo y negro tengan la misma sección y longitud)
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Una gran ventaja de los vasos respecto a las monoblock -aparte de vivir muchos más ciclos- es tener acceso a la tensión de cada uno de los vasos/celdas. Gracias a esto es fácil detectar y sustituir vasos "muertos"; en el caso de una monoblock hay que sustituir toda la batería
- Baterías en serie
Conexión en serie significa conectar el polo positivo de una batería con el polo negativo de la siguente. Es como una fila de elefantes, donde cada uno coge la cola del anterior con su trompa. Solo quedan "libres" un polo de la primera y otro de última batería; uno será negativo y el otro positivo. Éstos polos libres son los polos del banco en seríe, donde se conectarán todas las cargas
La intensidad que pasa por un banco de baterías en serie, es la misma para cada una de sus baterías; pero la tensión de cada batería no es necesariamente igual
Un banco de baterías conectadas en serie tiene como tensión la suma de las tensiones de sus baterías. La capacidad del banco es la misma que tiene cada una de sus baterías, por lo que conviene mucho que todas tengan la misma capacidad. Si se serían baterías de distinta capacidad, el banco tendrá la capacidad de la batería con menor capacidad. Es decir, solo se podría aprovechar esa capacidad menor. No se hará, salvo raras excepciones.
Ejemplo: Si conectamos 8 baterías de 6V y 200Ah (1.2kWh) en serie, tendremos un banco con 48V y 200Ah (9.6kWh)
Para la intensidad máxima es lo mismo que para la capacidad: Si cada batería puede entregar Imax=1200A, por ejemplo, la serie también tendrá Imax=1200A
La conexión en serie tiene un inconveniente: Si todos los vasos de una serie son 100% iguales, no hay problemas. Pero en la vida real, la resistencia interna (Ri) de los vasos seriados puede ser un poco diferente de vaso a vaso. Entonces, algunos vasos se cargarán menos que otros, lo que significa que durante el proceso de carga, algunos recibiran demasiada carga (más shedding), mientras a otros nunca llegarán al SoC 100% (más sulfatación). Debido a este desequilibrio, las diferencias entre los vasos aumentan con el tiempo, y el banco acabaría muerto. Por esa razón hay que ecualizar, cuando se observa un desequilibrio entre vasos
- Baterías en paralelo
Conectar varias baterías en paralelo significa juntar todos los polos positivos y todos los polos negativos de las baterías. Estos polos comúnes son también los polos del banco de baterías, donde se conectarán todas las cargas. La conexión de baterías en paralelo es como un grupo de ovejas bebiendo de la misma fuente
La tensión de un banco de baterías en paralelo es la misma que la de cada una de sus baterías; pero puede pasar una intensidad distinta por cada batería
Un banco de baterías conectadas en paralelo tiene como tensión la misma de cada una de sus baterías; y como capacidad la suma de las capacidades de sus baterías. La intensidad máxima que puede entregar un banco en paralelo también es la suma de la intensidad máxima de sus baterías
Ejemplo: Un banco de 4 baterías de 12V y 200Ah (2.4kWh) en paralelo tiene 12V y 800Ah (9.6kWh)
Conectadas en paralelo es aún más importante que en serie, que las baterías sean todas iguales. Y casi más importante aún, que el cableado sea simétrico!
Como la tensión del banco en paralelo es la misma que la de cada una de sus baterías, todas deben tener la misma tensión. Y todas deben ser de la misma capacidad, porque al no ser así, constantemente habria intensidad de carga y descarga entre ellas, es decir se ciclarían mútuamente, acortando su vida útil. Una pequeña diferencia de capacidad no es mala, al contrario: Serviría de balanceo, igualando a las batería. Pero si la diferencia aumenta, el banco en paralelo llegará a deteriorarse
Por esta razón, muchas veces se dice, que "no conviene conectar baterías en paralelo". Dicho tan estrictamente, eso no es cierto. Si las baterías son bien iguales (mismo modelo, misma edad/ciclaje), se pueden conectar en paralelo sin problema. Lo que no hay que hacer nunca, es conectar en paralelo baterías de distintas características o de edad/ciclaje diferente. Y hay que tener mucho cuidado con el cableado (los puentes), porque la resistencia de los cables puede provocar desequilibrio!
Nota: Gabriel_2018 ha ideado un circuito electrónico que permite paralelizar baterías no iguales. [mention]Gabriel_2018[/mention]: Aquí sería un buen sitio para presentar este circuito
Lógicamente, también se pueden combinar las dos formas de conectar batería, obteniendo un banco de baterías en serie-paralelo. Por ejemplo, las siglas 12S4P significan un banco de batería en serie-paralelo, con 4 series paralelizadas, siendo cada serie de 12 baterías (o vasos)
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. Fig.1: Ejemplo de baterías conectadas en serie
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. Fig.2: Ejemplo de baterías conectadas en paralelo. Conexión no ideal, porque a la batería de abajo van cables más largos. Lo correcto sería conectar los cables que van al inversor en el punto medio de los puentes entre las dos baterías
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. Fig.3: Ejemplo de baterías conectadas en serie-paralelo. Conexión no ideal, por repetir los errores de las fig. 1 y 2
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Nota: El cableado de las baterías en un banco (los cables de conexión entre baterías o vasos se llaman "puentes") es muy importante, especialmente en paralelo. Es que la resistencia interna de una batería es muy pequeña, y los cables también tienen su resistencia. Si la resistencia de los puentes no es igual para todas las baterías, se introduce un desequilibrio en la carga y descarga de las baterías, que puede llevar al deterioro acelerado del banco
Para que nos entendamos: Si la intensidad que circula por los cables es pequeña, no pasa nada. Pero si son muchos amperios, como en el caso de la FV, la caída de tensión en los cables puede significar un desbalance importante, aunque los cables sean gruesos
Aviso: En FV es muy importante que la conexión en paralelo sea simétrica! Los cables que van a cada batería deben tener la misma longitud y sección!
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. Fig.4: Ejemplo de una conexión en paralelo mal hecha. Razón: Cuanto más a la izquierda está la batería, más resistencia de cable ve
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. Fig.5: Ejemplo de una conexión en paralelo bien hecha (esquema; en realidad todos los cables deben ser igual de largos)
Nota: Es curioso! Buscando en la red algunas imágenes para los ejemplos, he encontrado una sola conexión en paralelo bien hecha (la Fig.5). Supongo que esto se debe a que (casi) todos los ejemplos son de circuitos con muy poca intensidad
El cableado correcto para baterías en paralelo es el tipo "telaraña" de la Fig.5, con un borne central, del cual van cables idénticos en sección y longitud a todas las baterías/vasos. El cableado mal hecho es la razón, por la que muchos "expertos" recomiendan no paralelizar nunca las baterías en sistemas FV
Otro ejemplo de un esquema bien hecho -aunque no lo parezca- es el siguiente (en este caso dos series de baterías en paralelo):
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Digo "aunque no lo parezca", porque evidentemente, la serie de la derecha ve un cable negro más largo que la serie de la izquierda. Y para la serie de la izquierda es al revés: Ve un cable rojo más largo que la serie de la derecha. Y en un cable más largo habrá más caída de tensión! Se trata de una asimetría en el esquema?
No es una asimetría, porque la diferencia se compensa!
- La serie de baterías de la izquierda tiene el cable rojo más largo y el cable negro más corto
- La serie de baterías de la derecha tiene el cable rojo más corto y el cable negro más largo
Ambas conexiones son equivalentes! Dado que la tensión se mide entre los bornes de la serie, da igual si la mayor caída de tensión se dé en el cable rojo o en el negro
Conclusión: Las dos series de baterías ven exactamente la misma tensión (siempre que los segmentos de cable rojo y negro tengan la misma sección y longitud)
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