Equilibrar las heterogeneidades, o por qué un autobús LFP a veces se detiene [El ciclo de la batería #5 | Lanzamiento en 2026]

Hace cinco años, con las perspectivas de Claudius Jehle, CEO de volytica diagnostics GmbH, lanzamos la serie de artículos “The Battery Cycle”, con el objetivo de iluminar las complejidades de las baterías de litio-ion.

Dicha serie ofreció una gran cantidad de información valiosa para todos aquellos involucrados en la movilidad eléctrica.

Ahora, cinco años después, regresamos a esos mismos temas, nuevamente gracias a la colaboración con Claudius Jehle, enriquecidos con datos del mundo real y lecciones aprendidas.

Toda la serie de artículos, actualizada recientemente, también se publicará en una sección especial monográfica que acompañará las ediciones de Sustainable Bus (y sus plataformas hermanas Sustainable Truck & Van y Powertrain International) a lo largo de 2026.

Agradecemos sus preguntas, comentarios y contribuciones en info@sustainable-bus.com.

Foto de crédito: Forsee Power

Una batería no es una sola celda, aunque en la conversación cotidiana podríamos querer reducirla a eso. Idealmente, debería comportarse como tal, pero, como siempre, en la realidad las cosas son más complejas.

En un sistema de baterías, docenas o, típicamente, cientos de celdas individuales se conectan en serie (es decir, el polo positivo de una se conecta al negativo de la siguiente, y así sucesivamente), formando una cadena. Cada celda adicional aumenta la tensión total del sistema. Dado que “la potencia” es “tensión x corriente”, duplicar la tensión (al conectar las celdas en serie) reduce a la mitad la corriente necesaria, y como el diámetro de los cables se determina principalmente por la corriente máxima, aumentar la tensión del sistema al conectar las celdas en serie ayuda básicamente a reducir el tamaño, el peso y los costos de los cables. Tan simple como eso*. Si queremos más capacidad, añadimos cadenas completas en paralelo.

Pero con este sencillo truco surgen nuevos problemas: desequilibrio, heterogeneidad, energía inaccesible y la necesidad de equilibrar.

Heterogeneidad: un experimento mental

Si nos alejamos de un sistema en el que todas las células son iguales, nos encontramos con problemas graves que explicaremos aquí. Como de costumbre, comenzamos con analogías simples que son (casi) perfectamente adecuadas para las conversaciones cotidianas. Considere un sistema de una sola cadena (funciona exactamente igual con sistemas de múltiples cadenas) y imagínelo —atención: es una metáfora— como una cascada de los vasos ya introducidos, conectados entre sí.

¿Estaría de acuerdo en que, mientras no haya fugas, la cantidad de líquido que entra por la parte superior pasa completamente sin cambios por cada una de las células?

Así que, si ahora todas tienen exactamente la misma capacidad (SoH, artículos posteriores) y todas comienzan a la misma altura de llenado (voltaje), entonces todas tienen el mismo contenido inicial (SoC). Si fluye corriente a través de la cascada, cada celda en este ejemplo perfecto se llena/ vacía con exactamente la misma cantidad de líquido. Si sigues descargándolas, todas llegarán al 0% de SoC simultáneamente**. Por el contrario, si sigues llenándolas, todas estarán al 100% de capacidad al mismo tiempo.

La batería se vacía de repente. La consecuencia es el apagado de emergencia del sistema, que a veces llamamos Evento de Agotamiento Súbito (SDE): un vehículo que hasta hace unos minutos mostraba un nivel de carga significativo y sin problemas de repente se detiene y su nivel de carga cae al 0%. Por cierto: si has seguido todos los artículos hasta ahora, deberías tener una idea de por qué especialmente las baterías LFP son propensas a este efecto.

El equilibrio es clave!

¿Qué está haciendo ahora el equilibrado? En términos muy sencillos: el circuito de equilibrado del Sistema de Gestión de Baterías debe asegurarse de que todas las celdas tengan el mismo SoC (nivel de carga), idealmente en todo momento, para que el eslabón más débil no limite el rendimiento general de la manera descrita. El enfoque más simple, pero también el más común, a menudo se denomina equilibrado pasivo, y parece desperdiciario: una lógica maestra determina el SoC de la celda defectuosa y descarga todas las demás celdas****. Sí, en el ejemplo anterior, un sistema de equilibrado pasivo comenzaría a hacer perder aproximadamente el 5% de energía de las 99 celdas buenas, casi “drenándolas” por completo*****. Esta energía se pierde.

También existen sistemas de equilibrio activos, que son mucho más sofisticados y propensos a fallar debido a su complejidad, además de requerir una mayor inversión. Como resultado, las 100 celdas terminarían todas con el mismo nivel de carga, pero al transferir activamente la carga excedente de las 99 restantes para respaldar a las defectuosas, no se pierde carga en el proceso.

¿Cuándo ocurre el equilibrio?

En sistemas estacionarios grandes y muy ocupados, el equilibrio activo está ganando terreno. Sin embargo, la simplicidad y robustez de los sistemas pasivos siguen haciendo que sean la opción preferida en casi todas las aplicaciones, incluidos autobuses y camiones. Por lo tanto, para mantenerlo simple, lo siguiente solo es aplicable a los sistemas pasivos.

Como se mencionó, un sistema de equilibrio debe determinar primero el SoC de cada celda. Como aprendieron en el artículo anterior, esto es particularmente difícil para los componentes electrónicos en situaciones dinámicas o “espumosas”, es decir, durante su funcionamiento o carga, así como para las químicas de baterías con curvas OCV planas, como la LFP. Por lo tanto, el sistema de equilibrio necesita períodos largos y “relajados” en reposo sin que fluya corriente, y está aún más satisfecho si el SoC es muy alto, ya que la “forma de vidrio” de la mayoría de las químicas permite una conversión precisa de voltaje a SoC cuando la batería está casi llena (o vacía, por cierto). Cuanto más tiempo esté en reposo, más desequilibrio puede disiparse mediante fugas.

Consejos prácticos: 1) Planifique el equilibrio pasivo. Después de cargar al 100 %, siga las recomendaciones del fabricante original respecto al tiempo de inactividad para permitir que el BMS equilibre las celdas de manera efectiva. 2) Solicite datos de diagnóstico detallados de la batería. Pida información sobre la distribución del SoC, las tensiones de las celdas y las métricas de desviación, idealmente a nivel de celda o al menos por módulo o cadena. 3) Específíquelo en las licitaciones. Exija una estrategia de equilibrio definida, un límite máximo para el desequilibrio de las celdas y acceso a largo plazo a los datos brutos de la batería.

Ahora entiende por qué los fabricantes originales recomiendan una fase de inactividad prolongada justo después de cargar al 100 %, ¿verdad? Exacto: la inactividad con un alto SoC facilita el equilibrio; cuanto más tiempo, mejor.

No hemos respondido a las preguntas sobre por qué todas las celdas no se comportan de la misma manera. Hemos mencionado el ejemplo en el que una celda está ligeramente más vacía que las demás (es decir, SoC). La realidad es muy compleja, con muchas interacciones. Para destacar una razón muy importante —ya que se autoaplica—: debido a imperfecciones en la fabricación, flujos irregulares de enfriamiento/calentamiento, problemas de soldadura, imperfecciones en los componentes electrónicos, etc., algunas celdas se degradan ligeramente más rápido que otras —realmente solo un poco—, lo que provoca una variación en su capacidad (SoH). Cuando se cargan y descargan continuamente, las diferencias en el SoH harán que los SoCs de todas las celdas comiencen a divergir de manera similar al ejemplo inicial.

Para empeorar las cosas, una celda ligeramente más pequeña que las demás experimenta una corriente mayor por unidad de capacidad (C-rate), lo que aumenta aún más la tensión por degradación y hace que sea aún más pequeña que el resto. Además, es probable que tenga una resistencia ligeramente mayor, lo que provoca un aumento de la temperatura. También se ve afectada la ventana de SoC. Por lo tanto, es probable que una “celda pre-lemon” continúe en un proceso irreversible de deterioro.

Aunque el sistema de equilibrio siempre intenta nivelar el SoC, no puede influir en la dispersión irreversible del SoH. Esto se puede mitigar con un sistema de equilibrio durante algunos meses o años; al menos, el operador no sentirá directamente el proceso en curso. Pero en algún momento, los tiempos de equilibrio serán tan largos como para nivelar completamente todo, lo que afectará gravemente el funcionamiento. O, si se mantiene por un tiempo demasiado corto, el riesgo de SDEs aumentará significativamente.

Entonces, ¿qué?

Los fabricantes y OEMs son muy conscientes de lo que se ha escrito anteriormente, y los sistemas suelen estar bien equipados con las configuraciones de equilibrio adecuadas. Sin embargo, es fundamental que los clientes estén al tanto del desequilibrio y del riesgo de bajo rendimiento del sistema en cada activo, así como de la necesidad de adoptar una estrategia de equilibrio adecuada y seguir las recomendaciones del OEM.

En resumen

Los sistemas de baterías son complejos. Están formados por cientos de celdas que actúan como si fueran una sola: si no lo hacen, no se puede extraer toda la energía aparentemente disponible.

En las situaciones más graves, los sistemas desequilibrados pueden parecer “autoagotarse” durante eventos de agotamiento repentino, lo que provoca paradas bruscas, costosas y potencialmente peligrosas durante el uso.

El equilibrio requiere tiempo y condiciones específicas. Suele realizarse durante las fases de inactividad prolongadas después de una carga completa.

Las causas del desequilibrio y la heterogeneidad son complejas. Un estado previo de desequilibrio puede provocar una degradación interna autorefuerzada que empeora el problema.

Es aconsejable seguir las recomendaciones del fabricante original y hacer un seguimiento independiente de la heterogeneidad (reversible e irreversible) así como de la eficacia del equilibrio.

* Muchos lectores podrían objetar: ¡la electrónica de potencia también funciona mejor a voltajes más altos! Es cierto, pero principalmente por razones similares, es decir, la densidad de corriente.

** Tenga en cuenta que por el momento consideramos que el proceso es extremadamente rápido, es decir, que la resistencia de las celdas es muy baja, y lo mismo ocurre con cada una de ellas. Por supuesto, en la realidad no es así.

*** En realidad, es del 49.95% (1×45% + 99×50%), pero nunca se indica un SoC con dos decimales.

**** De hecho, cada celda con SoC > lemon se descarga utilizando pequeños resistores calefactores.

****** En realidad, este proceso a veces se denomina “bleeding”, y el circuito que lo utiliza cuenta con “resistores de bleeding”.

El artículo Balancing inhomogeneities, or why a LFP bus sometimes stops [The Battery Cycle #5 | 2026 RELEASE] apareció por primera vez en Sustainable Bus.