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Como entender las tensiones de batería y estado de carga

La única forma de conocer el estado de carga (SOC) de una batería es midiendo la tensión entre bornes y calculado los amperios-hora que hay en la batería, sumando los que entran y restando los que salen. Además, como no es lo mismo descargar la batería con un régimen de descarga alto que con uno bajo, es necesario corregir los amperios de descarga con la fórmula de Peukert. Para ello, los fabricantes de cargadores diseñan algoritmos complejos para intentar que el estado de carga mostrado por el equipo sea lo más aproximado a la realidad…

No obstante, en la realidad nos encontramos que el estado de carga en (%) mostrado por los equipos no son exactos y nos llevan a confusión. Y esto es debido a muchos factores que entran en la ecuación, temperatura de la batería, tecnología, ciclos de vida, capacidad, régimen de descarga, la fórmula de Peukert no es exacta, etc. que hacen que las baterías no se comporten siempre igual y los valores en % mostrados por los equipos no sean muy aproximados a la realidad.

A mí personalmente me gusta más entender las tensiones de una batería durante todo el proceso de carga y descarga e interpretar el estado de carga (SOC), y para eso debemos tener en cuenta varios aspectos. Para facilitar la explicación, en este post hablaremos de baterías plomo-ácido abiertas de 24V. (para baterías de 12V solamente hay que dividir los valores entre 2)

Las tensiones de batería pasan por las siguientes fases:

Bulk: 28,8V

En esta primera etapa de carga se utiliza toda la corriente disponible del cargador para cargar la batería hasta la tensión de absorción (28,8V). Una batería de plomo-ácido se carga hasta un 85% aprox. en esta fase.

Absorción: tiempo variable

Durante esta fase se mantiene la tensión de Absorción 28,8V durante un tiempo variable que decidirá el algoritmo teniendo en cuenta el estado de carga inicial de la batería y pudiendo ser hasta 5 veces más largo que la fase bulk. La corriente de carga se reduce gradualmente hasta llegar a la corriente de flotación.

Flotación: 27V

Una vez finalizada la fase de absorción y tras un tiempo que dependerá del algoritmo de carga del regulador o cargador de baterías, se pasa a flotación. En este momento la batería se considera cargada al 100%. En esta etapa se disminuye la tensión suministrada a la batería a 27V y se reduce la corriente de carga (denominada corriente de cola) a un 4% de la capacidad de la batería, para compensar la autodescarga de la batería y mantenerla cargada al 100%.

Cuando se pone el sol:

Una vez la fuente de energía desaparece, deja de aplicarse tensión de carga a la batería y por lo tanto la tensión de la batería baja a unos 25V – 25,6V.

Este hecho es muy importante conocerlo bien. Solamente por dejar de cargar la batería, la tensión baja a 25V – 25,6V.

Durante la noche:

Todos los consumos nocturnos consumirán energía de la batería, además de la propia autodescarga de la misma. Por lo tanto, la tensión de la batería bajará en proporción a la descarga que se realice a la batería. Lo que se descarga la batería es lo que se conoce como Profundidad de descarga (DOD, Depth of Discharge), que es precisamente lo contrario que el estado de carga (SOC, State of Charge).

Podemos decir que el Estado de carga de la batería es del 80% cuando la profundidad de descarga es del 20%

Cuanto mayor sea la descarga más bajará la tensión y peor será para la batería. Los inversores se paran cuando la tensión de batería baja por debajo de unos 21V-22V para proteger la batería contra sobredescargas.

*Hay que evitar descargas muy profundas para alargar la vida de la batería lo máximo posible.

Cuando vuelve a salir el sol:

Por la mañana, después del consumo nocturno, es habitual tener tensiones en la batería entre 24V a 25V, dependiendo del consumo.

Una vez sale el sol, la tensión de la batería irá subiendo hasta llegar de nuevo a los 28,8V.

*Es conveniente realizar cargas al 100% todos los días. O al menos 4 días a la semana para asegurar un buen mantenimiento de la batería.

Analizamos una curva real de tensiones de batería durante 24h:

  • De 9h a 12:50h se produce la carga de absorción.
  • A las 12:50h se alcanza la tensión de absorción: 28,8V.
  • A las 13:15h se pasa a flotación 27V.
  • A las 17:30h se va el sol y la tensión de batería baja a unos 25,6V.
  • Desde las 18h hasta que sale el sol a las 9h la tensión de batería se mantiene entre unos 25V – 24,6V.
  • A las 7:20h hay un pico de consumo que hace bajar la tensión de batería a unos 23,9V. Pero al desaparecer el consumo la tensión se recupera.
  • Evidentemente si hubiera más consumo la tensión de batería bajaría más. Y en caso de haber mucho consumo podría bajar hasta los 21,9V – 22V donde el inversor se pararía para evitar una descarga profunda de la batería.

La batería analizada es la Batería estacionaria Hoppecke 6 OPzS 600

¿Que relación existe entre la tensión entre bornes de batería y el porcentaje de carga?

La tensión de la batería es proporcional al estado de carga de la misma, pero hay varios factores que afectan a esta medición.

La resistencia interna de la batería:

Cuando hay corriente de entrada a la batería. Para cargar la batería es necesario aplicar una tensión superior a la de la batería, para de este modo poder forzar el paso de corriente hacia misma. Al aplicar tensión a la batería veremos como la tensión en bornes de la misma sube.

Cuando hay corriente de salida de la batería. Cuando hay consumos la corriente sale de la batería y por lo tanto la tensión de la batería baja. Esta bajada es proporcional a la tasa de corriente de salida. Cuando se para el consumo la tensión de la batería se recupera al valor anterior menos un poco que dependerá del consumo realizado.

La homogeneinización del electrolito:

Hay que dejar 2 horas para que se homogenice el electrolito en el interior de la batería y poder medir una tensión proporcional al estado de carga.

La temperatura de la batería:

Las baterías se ven fuertemente afectadas por la temperatura de funcionamiento, tanto en capacidad como en ciclos de vida. Así pues a mayor temperatura tendremos mayor capacidad pero muchos menos ciclos de vida (la mitad de vida por cada 10ºC por encima de la temperatura de ensayo de 20ºC)

La vida de la batería:

Cuanto más vieja es la batería es menos capaz de acumular energía y por lo tanto menor es su capacidad. Mayor la fluctuación de la tensión entre bornes dependiendo del consumo.

La C de descarga:

Cuanto mayor es el régimen de descarga, menos capacidad tiene la batería

CONCLUSIÓN:

No es fácil conocer el estado real de la batería midiendo la tensión de la misma. Los reguladores e inversores utilizan un algoritmo para calcular el porcentaje de carga dependiendo de la tensión de la batería y los amperios de entrada y de salida de la batería.

Por lo tanto, no son ciertas las tablas que relacionan de linealmente la tensión de batería con el Estado de Carga (%).

En las instalaciones en las que la carga se realiza mediante un regulador solar pero la descarga se realiza desde un inversor, ninguno de los equipos es capaz de realizar el cálculo de amperios almacenados en la batería y por lo tanto el porcentaje de carga de batería mostrado será erróneo o muy dependiente de las fluctuaciones de las tensiones. En estos casos se puede utilizar un monitor de baterías para conocer el estado de carga: Monitores de baterías

En mi opinión: No te fíes de los %, es conveniente entender las tensiones de carga de una batería y conocer que la energía real de la batería está realmente durante la descarga entre los 25V y los 22V aproximadamente.

Para facilitar el entendimiento de las tensiones puedes quedarte con estas ideas:

  • Cada día la batería debe alcanzar la tensión de final de carga. 28,8V
  • Luego pasará a 27V en flotación
  • Cuando se va el sol se queda en unos 25V-25,6V
  • Cuando sale corriente de la batería la tensión de la misma baja.
  • Cuando entra corriente a la batería la tensión de la misma sube.
  • La batería necesita 2h sin entrada ni salida de corriente para que la medición de tensión sea proporcional al estado de carga de la batería.
  • Intenta que tu batería no se descargue por debajo de los 24V muy a menudo. Y no descargarla nunca por debajo de los 21V.

Recuerda que todas las tensiones de este artículo son para baterías plomo-ácido abiertas

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Acerca de Jorge Insa

Soy un apasionado de la tecnología y la naturaleza, si juntas las 2 descubres todo un mundo de posibilidades con las energías renovables. Y como todos tenemos que trabajar, yo lo hago siguiendo una idea bien clara, la sostenibilidad del planeta. Mis esfuerzos están dirigidos a promover, divulgar y concienciar a la gente en el uso de energías alternativas por un futuro sostenible.

28 Comentarios

  1. Ricardo

    Hola Jorge
    Te comento tengo un kit solar independiente con 4 baterias, dos pares en paralelo y cada par en serie osea con tension de 24v. Originalmente eran dos baterias y hace unos meses colocamos dos mas pero ocurre que al inicio de la mañana 8hs estan al 100% y antes del mediodia baja al 65% siendo que la carga es casi nula (una lampara y una radio). Y sigue bajando hasta que un dia directamente se apago el sistema
    Al medir con tester cuando marca 65% veo que en cada par de baterias una tiene 13v y la otra 11v, en los dos pares de baterias lo mismo. Asumiendo que las que indican 11 han bajado su efectividad las cambie de lugar dejando juntas las dos que miden 13 un par y las dos de 11 el otro par.
    Reenciendo el equipo y marca 100% casi sin modificarse durante una hora con la minima carga
    Sintetizando en tu opinion las dos que marcan 11v se consideran agotadas siendo que son de este año??

    • Jorge Insa
    • Ricardo

      Como? no entiendo
      Si tengo cada par para llegar a 24v y para aumentar la autonomia le agregamos otro par de baterias y logicamente en paralelo para seguir teniendo ese voltaje, me dice no conectar en paralelo.
      Le agradezco una aclaracion para comprender su respuesta

  2. Carlos Zapata

    Hola Jorge, en mi controlador me marca FLDAT que significa?

  3. Emilio Aranda

    Hola Don Jorge

    Tengo una consulta respecto a las baterías agm

    Tengo un banco de 4 baterías AGM de 12v, 200Ah cada una conectadas en serie 48v. ¿Tengo que configurar en el regulador la corriente máxima de carga? ¿Cuál sería?
    Eh visto que dicen el 10%. Osea 20A para una Batería de 200Ah. Pero como yo tengo mi banco de baterías en serie tengo la duda.
    Gracias

    • Jorge Insa

      Las conexiones en serie suman tensión pero no amperios:
      4 baterías de 12V y 200Ah en serie forman una batería de 48V y 200Ah // total energía 48V x 200Ah = 9.600Wh
      Las conexiones en paralelo suman amperios pero no tensión:
      4 baterías de 12V y 200Ah en paralelo forman una batería de 12V y 800Ah // total energía 48V x 200Ah = 9.600Wh
      El límite de carga suele ser el 20% de la capacidad de la batería expresada en C10. Significado capacidad de batería en C100, C20 o C5
      Saludos

  4. Eugenio

    Hola, muy bueno el blog la verdad que me fue de mucha ayuda toda la informacion que compartis !

    Mi consulta es: como calculas la corriente de corto circuito que te puede proporcionar un banco de baterias ? . Porque veo que a los bancos suelen ponerles secciones como 25mm2 siendo que con 16mm2 seria suficiente par ala corriente nominal, pero no encuento fundamentos para esto.

    Desde ya muchas gracias!

    • Jorge Insa

      Las baterías no tienen corriente de cortocircuito, o mejor dicho, no te gustaría verla en persona…
      La sección mínima recomendada de cable para baterías es de 35mm2
      Para calcular la corriente de salida de batería se divide la potencia del inversor entre la tensión de batería.
      Para el caso máximo sería el pico de potencia máxima del inversor entre la tensión de batería.
      saludos

  5. Jaime

    Hola amigo tengo el siguiente problema que no he podido resolver
    Mis sistema autónomo de iluminación y computadoras portátiles solo se utiliza para eso.
    Tengo una bateria de12v 115ah lth solar
    Inversor de 450w
    Fusible de 40 a
    Panel de 350w
    Controlador de carga de 30a

    Mi batería a las 11am llega a su máxima tensión de 14.4
    A esa hora tiene muy poco consumo
    Se le puso un fusible de 40 amperes entre la batería y el inversor para protección de cable.

    Cuando el inversor lo dejo prendido por el día bota el fusible de 40.
    Durante la. Noche el fusible ha trabajado si problema 12 horas continuas.
    ¿Será que la batería en maximatencion supere los 40a?
    ¿Que amperaje debe tener esa protección?

    • Jorge Insa

      Si el inversor es de 450W puede demandar más de 450W / 12V = 37,5 amperios fácilmente durante arranques de cargas.
      Pero además la corriente de la batería es corriente continua, si estás utilizando un magnetotérmico de corriente alterna deberás sobredimensionarlo.
      saludos

    • Noel

      Your inverter consumption is 37.8 amp and the fuse is 40 amp,normally need fuse 15% over than inverters.

  6. José María

    Tengo una batería de AGM de 105 A que utilizo como batería de servicios en una embarcación, ésta es posible que pueda ser la 9 o la décima en un periodo de 20 años, lo digo porque para nada se ha modificado la instalación de cableado de la embarcación.
    He instalado hace poco 2 cosa en mi barco: un protector de batería y un Batery mate , la batería en cuestión comenzó a dar problemas ya que transcurrido + ó – 3 horas con el único consumo de una nevera, se apagaba, (eran tardes de difrute “playero” con la familia), he empezado la etapa de pesca y en esta situación al margen de la nevera, el consumo también se ve sujeto a dar servicio, 2 GPs Sonda, VHF y ocasionalmente el radar.
    La situación es que en aproximadamente 50’ 1 hora se apaga todo el aparatasen referido, y se ve en el Batery mate que la tensión va bajando rápidamente desde un estado normal hasta caer por debajo de los 10 V, esto conlleva el apagado de todo aparatándose…, pero aquí una apagado, el voltaje vuelve a posicionarse en 11,6 e intenta de nuevo arrancar los equipos, fracasando de nuevo.
    Tod funcionaba correctamente, ¿el problema como parece puede ser de la batería?
    Agradeciendo sus comentarios, un saludo

    • Jorge Insa

      La fluctuación de tensión en batería es normal, en descarga baja y cuando desaparece el consumo vuelve a subir.
      Si el cambio en el sistema ha sido añadir un nuevo componente como el Battery mate, por qué no empiezas buscando por ahí el problema?
      saludos

    • José María

      Tal vez no me haya explicado correctamente , una batería en la que :
      Hora 18:05 100% carga la tensión es 13.35 V “esta situación es después de 4 horas sin recibir ningún tipo de carga y desconectada de su cargador”. En esta hora pongo en funcionamiento la nevera de 12 V, 2 unidades de GPS uno de ellos con Sonda y Radar, también enciendo el VHF.
      Hora 18.53 – 95% carga – Tensión 12.68V – ah consumidos desde 18:05 6Ah
      Hora 19:00 – 94% carga – Tensión 11,16 V – 7 ah consumidos
      Hora 19:01 – 94% de carga -Tensión 10.85 V – 7 ah consumidos
      Hora 19:02 – 94% de carga – Tensión 10.29 V – 7 ah consumidos
      Hora 19:02 – 94% de carga – Tensión 10.06 V – 7 ah consumidos (es correcto, estamos en el mismo minuto anterior)
      Instantáneamente se apagan todos los aparatos.
      Hora 19:03 – 94% de carga 9.00 V – 7 ah consumidos
      Aparatos apagados.
      Hora 19:19 – 93% de carga – Tensión 10.94 V 7 ah consumidos
      Por cierto, la empresa que ha instalado el Batery Mate, ha realizado las comprobaciones a través de Data Loguer y según refieren el problema es de la batería.
      Me gustaría conocer su opinión a través de los datos que adjunto, muchas gracias y disculpas por ser tan pesado.

    • Jorge Insa

      Hola José María,
      Si es la novena o décima batería que llevas sustituida, pensaba que sería fácil para ti detectar cuando la batería se está haciendo vieja y no es capaz de almacenar suficiente energía…

      Si la batería se descarga muy rápidamente con un consumo tan bajo significa que:
      Las baterías se están haciendo viejas y la capacidad es cada vez más pequeña.
      Esto realmente no es un problema de la instalación, esto es la vida misma. Conforme las baterías van envejeciendo la capacidad que pueden almacenar va disminuyendo y cuando antes no me quedaba sin luz, ahora haciendo los mismos consumos me quedo varias veces sin luz.
      ¿Cómo puedo saber si mis baterías se están haciendo viejas?
      El síntoma de baterías viejas es que se cargan muy pronto y se descargan muy pronto. Es decir, que no «aguantan» nada de consumo.
      Durante las horas de sol, como los paneles solares están produciendo energía, no tenemos problemas de consumo, ya que lo que consumos provienen directamente de la producción solar. Pero cuando el sol se pone a las pocas horas nos quedamos sin energía en las baterías.

      saludos

    • Vete a la mierda

      🖕
      Tienes las dendritas colapsadas de d3 y los d2 en el cortex prefontral te hacen más imbécil, si es que resultase posible.
      Cuando quieras insultar a alguien, no seas tan socarrón.
      Al menos lo habrás leído, evidentemente no lo publicarás.
      Ah y creo que no has visto una batería en tu vida, la mía es una batería con 1 año y el problema que tiene se define en términos coloquiales de los no versados…., como fallo de resistencia interna.
      Ha sido todo un despropósito haber dado con alguien tan inepto y maleducado como tú.

    • Jorge Insa

      claro que lo publico, para que se vea como eres!
      En tu último «comentario» (si es que se puede llamar así), es la primera vez que mencionas que la batería tiene un año de vida.
      Además de que no das información alguna de las marcas y modelos de todos los componentes que componen el sistema solar y quieres que te den respuesta.

  7. Manuel

    Hola Jorge, el artículo me resultó interesante, gracias por tus aportaciones al conocimiento compartido.

    Tras el análisis de la gráfica que arriba adjuntáis me surgieron algunas reflexiones:

    – no conocemos el SOC (estado de carga) en ningún momento del eje temporal, sólo la variación de la tensión en los bornes de la batería; sería interesante conocer qué SOC presentaba la batería justo antes de salir el Sol.

    – Si la fase bulk duró 4 horas (cuando las referencias hablan de una etapa del orden de 5-8 horas) parece que la batería estaba prácticamente cargada.

    – Hecho que corroborarían los 10 minutos de la fase de absorción o saturación (para la que se esperan hasta 7-10 horas) en función del SOC previo que presentara la batería.

    – Tampoco conocemos la DOD (profundidad de descarga) que se extrajo de la batería desde las 17.30, que es cuando se pone el Sol.

    En definitiva, el artículo se titula cómo entender las tensiones de la batería y el estado de carga, y es precisamente lo que yo hecho en falta en esta gráfica tan ilustrativa.

    Gracias por tu atención, un saludo.

    • Jorge Insa

      Hola Manuel, gracias por tus comentarios.
      Efectivamente la gráfica muestra un día con un estado inicial de carga bastante elevado y por lo tanto el tiempo de absorción es bajo.
      No obstante, no sé a que referencias te refieres cuando dices que la etapa bulk debe durar entre 5-8 horas y que absorción se esperan 7-10h.
      Por qué una etapa bulk no puede durar 1 hora por ejemplo?? o por qué una absorción no puede durar 30 minutos?
      Por otro lado sí es verdad que se podría completar la gráfica añadiendo el estado de carga de la batería, corriente de carga de la batería, corriente de descarga de la batería, pero desde mi punto de vista era demasiada información para la intención del artículo y en cuanto al SOC es una mala idea para la mayoría de usuarios, yo prefiero que la gente entienda cómo funcionan las tensiones y si posteriormente tienen la posibilidad de tener un valor real del estado de carga pues mejor.
      Pero veo por internet tablas con relaciones directas entre tensiones y % de carga de batería que confunden a la gente y que son totalmente falsas. Además en la mayoría de casos, la batería se carga a través de un regulador y se descarga a través de un inversor, por lo que no se puede conocer el SOC real y lo que muestran los reguladores es erróneo.
      Saludos

  8. Eddie Torres

    Tengo un controlador schneider 60 150 como debo de conectar mis placas de 240 w .29v y 7.9ah. De 2en2. De 3en3 o 4en4

  9. Ezequiel Insausti

    Hola, soy nuevo en esto, muy interesante todo lo que publica, gracias. Mi nombre es Ezequiel Insausti, vivo en Costa Rica. Tengo un sistema solar de 24V fuera de red, 5 paneles de 750w, un controlador Schneider C-60, se me rompió el inversor Magnum 2700w hace 2 años y hasta el momento me he mantenido con uno de 1500w de $250. Compre un inversor EDECOA 2000w (nunca los había visto) porque el viejo empezó a dar falla. Aquí hay mucho sol y a las 9am, el inversor se dispara por sobrevoltaje cuando llega a 29V.
    Además yo baje el potenciómetro manual de Bulk a 27V aprox y el de Float a 26,6V.
    Aun asi, las baterias llegan a 29V y el inversor también.

    Imaginaba que el controlador las mantendría a esos voltajes. Tiene una idea que sucede?
    Le agradezco cualquier comentario.

    Saludos

    • Jorge Insa

      Si las baterías llegan a 29 voltios pueden ser 4 motivos.
      1.- Que esté en una carga de ecualización. Seria solamente 1 vez cada 30 días.
      2.- Que el regulador no esté bien programado. La programación de las tensiones es bastante difícil con estos reguladores. Hay que mirar bien el manual, hacer bien el cálculo de la fórmula y midiendo con un multímetro, ajustar el valor del potenciómetro.
      3.- Que el regulador esté dañado y no pare la carga de las baterías.
      4.- Que algún vaso de la batería esté dañado. Mirar la tensión de cada uno de los vasos para detectar problemas.

      *Así sin más información, yo apostaría por la opción 2.
      Saludos

  10. Mario

    Gracias Jorge, como siempre… buen consejo.

    Saludos
    Mario

  11. Mario

    Buenas Jorge
    Gracias por tu respuesta. pero en este tema cada vez surgen nuevas preguntas.

    Las baterías que tengo son de 12V 250 AH C100 de AGM conectadas en paralelo (hasta encontrar tu blog no he sabido que NO se deben de conectar en paralelo)
    Noto que la carga en el regulador de 30 A llega siempre a 13.6 ( a pleno sol ) y segun leo en Monsolar esta debe de llegar a 14,4 porque no suben, tengo un inversor de 12V de 1500 pico 3000.
    Este finde quiero unir las baterias lo mas cerca posible a unos 20 cms cabez con cabeza puede arreglar algo?

    saludos
    Mario

    • Jorge Insa

      La tensión de 13,5V o 13,6V debe ser la tensión de flotación. Seguramente estén cargadas cuando miras y están el flotación.
      14,4V es la tensión de absorción. Podrás ver esta tensión durante la carga por la mañana antes de llegar a flotación.
      saludos

  12. Mario

    Buenas Jorge

    Cual es la seccion de cable que debo de usar para conectar mis baterias de 12 V 250Ah C-100 AGM entre ellas (2) y la distancia ideal ? gracias

    Saludos
    Mariio

    • Jorge Insa

      Las baterías deben estar juntas. Lo más cerca posible. Cable mínimo recomendado normalmente 35mm2. Pero como no has indicado la aplicación ni si vas a conectar las baterías en serie o paralelo, no puedo decirte más.
      Por ejemplo, si las baterías son para una pequeña bombilla con cable de 6mm2 tienes bastante…

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