Electricidad/Exploración de 6 min

¿Cómo decide una batería doméstica cuándo cargar?

Una batería doméstica sigue una regla de despacho, no un reloj.

El sol sirve primero a la casa y el excedente carga el paquete; el modo por horario carga de noche y descarga en el pico vespertino; el modo de respaldo guarda la carga hasta que falla la red. Un sistema de gestión vigila cada celda y un inversor convierte entre CC y CA.

¿Cómo decide una batería doméstica cuándo almacenar energía y cuándo liberarla?

Modelo 3D

Explora el modelo y sigue sus piezas en movimiento.

Lee la explicación completa ↓
Arrastra para girar · Pellizca o Ctrl + rueda para ampliar · Selecciona una pieza
Regla de la batería

Qué debes recordar

La capacidad en kilovatios-hora de la batería fija cuánto tiempo puede sostener la casa; la potencia en kilovatios de su inversor fija la rapidez con que la energía puede moverse. El sistema de gestión decide qué regla seguir, cuenta la carga porque la tensión de las celdas LFP es plana, y abre el contactor antes de que las celdas se dañen.

Una batería de 10 kWh llena con un inversor de 5 kW alimenta una carga vespertina de 4 kW durante un apagón. La reserva de respaldo está en 20%. ¿Cuánto tiempo puede alimentar la casa aproximadamente?

Sigue la explicación

Volver al modelo ↑

Cómo funcionan juntas las piezas

  1. Observe un día de flujo de energía

    Todo el sistema está en una pared de garaje: el arreglo solar a la izquierda, el poste eléctrico más allá, el gabinete de batería y el inversor en la pared, y la casa a la derecha. A las 10:00 de un día despejado los paneles producen, la casa necesita menos de lo que generan, y el excedente fluye en pulsos hacia el paquete. Las dos calificaciones hacen trabajos distintos: 5 kW de potencia de inversor fijan la rapidez del movimiento de energía, mientras que 10 kWh de carga almacenada fijan cuánta puede contener el paquete. Pulse reproducir y vea la curva de carga almacenada subir hacia el máximo.

  2. Dentro del paquete: cada celda está vigilada

    Abra el gabinete. Cada módulo son 16 celdas prismáticas en serie, unidas celda a celda por láminas de cobre. Un cable de detección aterriza en cada derivación y corre a la placa de gestión, así el BMS ve las 32 celdas. La tensión LFP es casi igual del 20% al 80% de carga, así que la placa no puede leer la carga desde la tensión: la cuenta hacia dentro y hacia fuera. Cerca de la carga completa, las celdas más altas tenderían a desviarse y el BMS las disipa por resistencias en derivación: observe brillar las celdas 5 y 12 al cargar por encima del 80%. El conductor principal pasa por el contactor, cuya barra deslizante puede separarse de los terminales para desconectar el paquete por completo.

  3. Corte la red y atraviese la tarde

    Una tormenta: la red se cae y el pico vespertino llega a 4 kW. Sin sol, la casa funciona solo con el paquete: los pulsos azules entran desde el inversor mientras crece la descarga ámbar. Ponga la reserva en 5% y pulse reproducir: la carga almacenada baja hacia el suelo de protección del BMS. Al llegar, el contactor se abre, las ventanas se apagan y el indicador dice bloqueo por baja tensión. El paquete queda aislado hasta que vuelve la producción solar tras el amanecer, el BMS cierra el contactor y la carga se reanuda. La casa no se apagó porque el inversor de 5 kW fuera pequeño, sino porque se agotaron los 9,5 kilovatios-hora utilizables (unos 9,1 kWh tras las pérdidas).

Las piezas principales

Gabinete de pared
La carcasa a prueba de intemperie atornillada a la pared. Su tapa frontal se quita para revelar los módulos, y su tira de LED muestra la carga almacenada. Las dimensiones son valores didácticos de autor.
Módulos de batería LFP
Dos módulos apilados de 16 celdas prismáticas en serie: 3,2 V por celda da 102,4 V en el paquete y 10 kWh de energía almacenada. Láminas de cobre unen cada terminal de celda.
Sistema de gestión de batería
El BMS mide cada celda mediante cables de detección, sigue la carga almacenada contándola (la curva de tensión LFP es plana) y disipa las celdas más altas mediante resistencias en derivación durante la carga.
Contactor del paquete
El interruptor electromecánico del conductor principal del paquete. Su barra deslizante une ambos bloques de terminal cuando está cerrado; el BMS la retrae al llegar al suelo de protección por baja tensión, aislando el paquete hasta que vuelve una fuente de carga.
Inversor híbrido
Convierte la CC del paquete en CA doméstica y de vuelta. Dentro, cuatro módulos de conmutación forman un puente H que alterna en pares complementarios a través de un inductor de filtro. Su rama de batería está limitada a 5 kW y funciona con 96% de eficiencia en cada sentido.
Arreglo solar
Dos paneles montados en tierra que alimentan el inversor por un conducto protegido. Su salida sigue la curva en campana del sol entre las 06:00 y las 18:00.
Conexión a la red
El poste de servicios, la bajada, el medidor y el panel de la casa. La energía fluye en ambos sentidos: importada de noche, exportada al mediodía. Apague el control de red para simular un apagón.
Cargas de la casa
Una base nocturna con un pico matutino y otro vespertino. El brillo de las ventanas muestra cuánta demanda se satisface realmente, y se apaga cuando la batería se agota durante un apagón.
Cables y conductos
Un par de CC desde la prensaestopas del gabinete al inversor, un conducto de CA hasta el panel y el medidor, y la bajada aérea. Pulsos en movimiento acompañan cada cable como indicadores de flujo, codificados por color según la fuente y la dirección.

Preguntas que vale la pena explorar

¿Cuál es la diferencia entre los kWh y los kW de una batería?

Los kilovatios-hora miden energía almacenada: cuánta electricidad contiene el paquete. Los kilovatios miden potencia: la rapidez con que puede moverse. Un paquete de 10 kWh con un inversor de 5 kW puede alimentar una carga de 4 kW durante unas 1,9 horas con el 80% de carga utilizable, pero nunca podría entregar 8 kW de una vez, por lleno que esté. El explicador de almacenamiento de la EIA define precisamente estas dos calificaciones.

U.S. EIA · Energy storage for electricity generation (power versus energy capacity ratings; storage uses and net losses)OpenStax · University Physics Volume 2, §9.5 Electrical Energy and Power (P = dE/dt and the kilowatt-hour)

¿Qué hace realmente un sistema de gestión de batería?

El BMS mide la tensión de cada celda (o grupo en paralelo), vigila la temperatura y mantiene el paquete dentro de su envolvente segura. Como las celdas LFP tienen una meseta de tensión plana, sigue la carga almacenada contando la corriente que entra y sale en lugar de leer la tensión. Equilibra las celdas de forma pasiva disipando las más altas mediante resistencias conmutables, y gestiona el contactor, un interruptor electromecánico que desconecta el paquete ante una falla crítica como una baja tensión profunda.

U.S. DOE / Sandia · Energy Storage Handbook, Ch. 3 Lithium-Ion Batteries, §2.1.3 (modules, BMS balancing, contactors; LFP chemistry and flat voltage)Wikipedia · Lithium iron phosphate battery (nominal 3.2 V cell, 3.60–3.65 V charge, 2.5 V floor) and Tesla Powerwall (13.5 kWh / 5 kW residential scale)

¿Cómo conecta el inversor una batería de CC a la red de CA?

Un sistema de conversión llamado inversor intercambia potencia en ambos sentidos entre el puerto de CC del paquete y la CA doméstica. Dentro, cuatro interruptores forman un puente H que conmuta en pares complementarios, sintetizando CA a través de un filtro. Conectado a la red usa control de seguimiento de red, rastreando la fase y la frecuencia e inyectando la potencia ordenada; también puede invertirse para cargar el paquete, incluso con energía nocturna barata en una regla de tarifa por horario.

U.S. DOE / Sandia · Energy Storage Handbook, Ch. 13 Power Conversion Systems (bidirectional inverters, H-bridge, grid-following control)

¿Por qué las baterías domésticas usan celdas de fosfato de hierro y litio?

Los cátodos LFP tienen estructura de olivino y no usan cobalto ni níquel, lo que abarata las celdas y las hace más estables térmicamente: el fuerte enlace fósforo-oxígeno no libera oxígeno al degradarse, así que el LFP domina el almacenamiento estacionario, donde el bajo costo y la seguridad importan más que la densidad de energía de un automóvil. La contrapartida es una tensión de descarga plana, que dificulta leer el estado de carga desde la tensión y obliga al BMS a contar culombios.

U.S. DOE / Sandia · Energy Storage Handbook, Ch. 3 Lithium-Ion Batteries, §2.1.3 (modules, BMS balancing, contactors; LFP chemistry and flat voltage)Wikipedia · Lithium iron phosphate battery (nominal 3.2 V cell, 3.60–3.65 V charge, 2.5 V floor) and Tesla Powerwall (13.5 kWh / 5 kW residential scale)

Un descubrimiento lleva a otro.

ElectricidadCómo un transformador cambia el voltajeEnergíaDentro de una turbina PeltonElectricidad¿Cómo produce luz un LED?Electricidad¿Cómo funciona un panel solar?