Inicio / Herramientas / Dimensionamiento de baterías
Dimensionamiento de baterías: banco DC, BESS y sistema aislado
Dimensione baterías para tres usos: el banco de corriente continua de una subestación o planta (ciclo de trabajo, método de secciones de IEEE 485 e IEEE 1115 y factores Kt), un BESS que recorta picos de demanda o respalda una carga (kW del PCS, kWh, tasa C, profundidad de descarga, eficiencia y garantía) y el banco de un sistema fotovoltaico aislado (días de autonomía).
IEEE 485método de secciones, plomo-ácidoIEEE 1115método de secciones, níquel-cadmioIEEE 946corriente del cargadorIEC 62933-1definiciones y eficiencia de ida y vuelta de un BESSIEEE 2030.2.1guía de sistemas de almacenamientoIEEE 1013baterías de sistemas fotovoltaicos aisladosIEEE 1562guía de sistemas fotovoltaicos aislados
¿Quiere recibir el boletín técnico mensual?
Resultados
— Ah
—
— V
— A
— Ah
— Ah
— kW
— kWh
—
— kW
— kWh
— kWh
— kWh
— kW
—
— kWh
— kWh
— Ah
— kWh
—
Gráficas
- Corriente del ciclo
- Carga aleatoria
- Interpolación log-log
- Duración del ciclo
- Carga
- Red con batería
- Umbral
- Estado de carga
- Piso por profundidad de descarga
- Batería nueva
- Al final de la garantía
- Energía nominal
- Días elegidos
Cómo se calculó y normas
Cálculo paso a paso
Qué significa para su banco de baterías
¿Lo necesita para un proyecto real? Hacemos el estudio completo, con su informe.
Para qué sirve
Para estimar el tamaño del banco de baterías y del cargador de los servicios auxiliares de corriente continua de una subestación o de una planta industrial, revisar si un banco existente sigue alcanzando después de agregar bahías o equipos, y preparar la información que pide un fabricante para cotizar. También sirve para entender el resultado de una prueba de capacidad: un banco que entrega el 80 % de su capacidad todavía debe cubrir el ciclo de trabajo.
Con las otras pestañas dimensiona un BESS (sistema de almacenamiento con baterías) para recortar los picos de demanda de un edificio o una industria, o para respaldar una carga crítica, y el banco de un sistema fotovoltaico aislado. Los tres usos son lo mismo: un perfil de potencia en el tiempo contra una capacidad de energía.
Cómo se calcula
IEEE 485número de celdas
N = ⌊Vmáx / Vcarga por celda⌋ · Vfinal = Vmín / NSe redondea hacia abajo para que la carga de igualación no supere la tensión máxima de los equipos. Con la tensión final por celda se leen los Kt del fabricante; la herramienta avisa si queda fuera de 1,60 a 1,90 V en plomo-ácido o de 0,90 a 1,20 V en níquel-cadmio.
IEEE 485método de seccionesIEEE 1115método de secciones
FS = ΣP=1…S (AP − AP−1) · Kt(TP)Para cada sección S, formada por los periodos 1 a S, AP es la corriente del periodo P (A0 = 0) y TP el tiempo desde el inicio del periodo P hasta el final de la sección S. Los escalones negativos restan. La capacidad sin corregir es la mayor FS más la de la carga aleatoria, AR · Kt(tR).
IEEE 485factores de corrección
Capacidad = F · ktemperatura · kmargen · kenvejecimientoEl factor de temperatura sale de la tabla de IEEE 485 o del fabricante para la temperatura mínima del electrolito (1,00 a 25 °C); la herramienta avisa si se usa un valor menor que 1, porque supone dar crédito a una temperatura alta. El de envejecimiento es 1,25 en IEEE 485 porque la batería se reemplaza cuando su capacidad cae al 80 %; IEEE 1115 también lo incluye para níquel-cadmio, con un valor que depende de la celda y del criterio de reemplazo. El margen de diseño cubre cargas futuras y lo fija el proyectista. El resultado está en Ah a la base de capacidad de la curva Kt (por ejemplo, 8 h); se elige la celda comercial inmediatamente mayor.
IEEE 485curva Kt del fabricanteIEEE 1115curva Kt del fabricante
Inexactitud = F(Kt de celdas reales) / F(Kt típica) − 1Mientras se use la curva Kt típica (siempre en el modo Esencial), la herramienta repite el cálculo de su ciclo con curvas de celdas reales y muestra el menor y el mayor cambio de la capacidad, redondeados hacia fuera al 5 %. Las curvas salen de las tablas de descarga a corriente constante que publican los fabricantes, a la tensión final de la tabla más cercana a la suya (±0,035 V): en plomo-ácido, C&D Technologies DCU y KCR (ventiladas, 25 °C) y EnerSys PowerSafe DDm (reguladas por válvula, 20 °C), con la capacidad de 8 h a 1,75 V por celda como base; en níquel-cadmio, Saft SBLE, SBM y SBH después de flotación prolongada, con la capacidad de 5 h como base.
Entre esas celdas, a 1,75 V por celda, el Kt de 1 min va de 0,53 a 0,82 (la curva típica usa 0,65), el de 1 h de 1,65 a 2,13 (1,85) y el de 4 h de 4,56 a 4,88 (4,9). En níquel-cadmio a 1,14 V, el de 1 min va de 0,36 a 1,34 (la curva típica usa 0,86, la mediana de esas celdas) y el de 4 h de 4,4 a 5,3 (4,8). En los casos de ejemplo resulta aprox. ±5 % para el ciclo de 8 h en plomo-ácido, ±10 % para el de 2 h de la planta y ±20 % para el de níquel-cadmio, donde las celdas de régimen bajo, medio y alto difieren mucho entre sí. El rango no cubre baterías tubulares (OPzS, OPzV) ni Planté, de las que no se encontraron tablas con el régimen de 1 min, ni la diferencia entre la capacidad nominal de un catálogo y la base de la curva.
IEEE 946cargador
A = L + k · C / HEs el método que usan los fabricantes de cargadores: L es la carga continua, C los Ah descargados durante el ciclo de trabajo, H el tiempo de recarga en horas y k el factor que compensa la eficiencia de la recarga: 1,1 es el valor habitual para plomo-ácido y 1,4 para níquel-cadmio, y algunos fabricantes usan 1,15 para plomo-ácido.
IEC 62933-1eficiencia de ida y vueltaIEEE 2030.2.1guía de BESS
PCS = Ppico − umbral · Eútil = máx. D · Enominal = Eútil / (DoD · kgarantía)Todo lo que la carga pide por encima del umbral lo entrega la batería. D es la energía que la batería ha sacado desde que estaba llena, contada del lado de las celdas: se divide entre la raíz de la eficiencia de ida y vuelta al descargar y se multiplica por ella al recargar. La energía útil es el mayor D del día, con el día repetido para comprobar que la batería se recarga sin que la red supere el umbral. El nominal se corrige con la profundidad de descarga y con la capacidad que la garantía asegura al final; la tasa C es PCS / Enominal, y si el producto admite menos, la potencia fija el tamaño.
IEEE 2030.2.1guía de BESS
Enominal = P · h / (√RTE · DoD · kgarantía)Respaldo de una carga crítica P durante h horas: la energía de la carga se divide entre la eficiencia de descarga, la profundidad de descarga y la capacidad que la garantía asegura al final de la vida. La batería nueva dura más que la autonomía pedida, y al final de la garantía dura justo esa.
IEEE 1013baterías de sistemas aisladosIEEE 1562guía de sistemas aislados
Enominal = Ediaria · días / (DoD · η · ktemperatura · kvida) · Ah = Enominal / VEl banco de un sistema fotovoltaico aislado debe sostener la carga los días de autonomía elegidos. La energía se corrige por la profundidad de descarga permitida, la eficiencia del camino batería–inversor, la capacidad a la temperatura mínima y el envejecimiento; los amperios-hora salen de dividir entre la tensión del banco.
Límites del cálculo
- Es una forma simplificada del método, no el dimensionamiento formal. La exactitud depende por completo de los Kt: con la curva ilustrativa el resultado no sirve para comprar.
- Supone cargas de corriente constante. Las de potencia constante, como inversores y convertidores, suben su corriente cuando baja la tensión.
- Usa un solo factor de temperatura para todo el ciclo y suma la carga aleatoria a la sección más exigente, sin comprobar que cabe al final de esa sección.
- No verifica la caída de tensión en los cables ni la tensión máxima de flotación.
- El BESS usa un perfil de un día que se repite, pasos de una hora y una eficiencia de ida y vuelta constante. No modela la degradación año a año, la potencia que cambia con el estado de carga, el límite de la conexión a la red ni la tarifa.
- La profundidad de descarga, la eficiencia, la tasa C y la capacidad al final de la garantía son de la hoja de datos y de la garantía del fabricante, que usted escribe: la herramienta no inventa constantes de degradación. Los requisitos de seguridad (IEC 62619, IEC 62933-5-2, UL 9540, NFPA 855) no se calculan aquí.
- El banco aislado no dimensiona el campo fotovoltaico ni el regulador: solo la energía que debe sostener el banco.
- La capacidad real de un banco instalado se comprueba con la prueba de capacidad según IEEE 450 (plomo-ácido ventilado), IEEE 1188 (regulado por válvula) o IEEE 1106 (níquel-cadmio).
Preguntas frecuentes
¿Cómo se dimensiona un banco de baterías de una subestación?
Se arma el ciclo de trabajo con todas las cargas en corriente continua y su duración: la carga continua, los disparos y cierres de interruptores al inicio y al final, y las cargas aleatorias. Con el método de IEEE 485 (plomo-ácido) o IEEE 1115 (níquel-cadmio) se calcula la capacidad necesaria con los factores de capacidad Kt de la celda elegida y se aplican los factores de temperatura, margen de diseño y envejecimiento.
¿Qué es el factor Kt en el cálculo de baterías?
Es la relación entre la capacidad nominal de la celda en Ah y la corriente que puede entregar durante un tiempo dado hasta la tensión final por celda elegida. Sale de las curvas o tablas de descarga del fabricante para cada modelo, temperatura y tensión final, por eso el cálculo cambia de una marca a otra aunque la capacidad nominal sea la misma.
¿Cuántas celdas lleva un banco de baterías de 125 V?
Depende de la química y de los límites de tensión del sistema. El número se obtiene dividiendo la tensión máxima que admiten los equipos entre la tensión de carga (igualación) por celda; con ese número, la tensión mínima del sistema dividida entre las celdas da la tensión final por celda que se usa en el dimensionamiento. En plomo-ácido suele resultar del orden de 60 celdas, y en níquel-cadmio bastantes más, porque cada celda tiene menor tensión.
¿Cómo se dimensiona un BESS para recortar picos de demanda?
Con el perfil de carga de un día se fija el umbral que no se quiere superar. Todo lo que pasa del umbral lo entrega la batería: la mayor diferencia fija la potencia del PCS y la energía de esas horas, más las pérdidas de la conversión, fija la energía útil. Esa energía se divide entre la profundidad de descarga y la capacidad que la garantía asegura al final, y se verifica que la batería se recargue dentro del mismo día sin superar el umbral.
¿Cuál es la diferencia entre kW y kWh en una batería?
Los kW son la potencia que el PCS puede entregar en un instante y fijan cuánto pico se recorta; los kWh son la energía almacenada y fijan cuántas horas dura ese recorte. La tasa C relaciona las dos: una batería de 100 kWh con un PCS de 50 kW trabaja a 0,5 C. Pedir solo kWh o solo kW es el error más común al cotizar.
¿Cómo se dimensiona el banco de baterías de un sistema fotovoltaico aislado?
Se parte de la energía que consume la carga cada día y de los días de autonomía que se quieren sin sol. La energía almacenada necesaria se corrige por la profundidad de descarga permitida, la eficiencia del camino batería–inversor, la temperatura mínima y el envejecimiento; dividida entre la tensión del banco da los amperios-hora. Los métodos de IEEE 1013 e IEEE 1562 siguen esta misma lógica.
Probamos y diseñamos su sistema de corriente continua
Hacemos la prueba de capacidad de su banco de baterías y revisamos el cargador, y diseñamos o actualizamos los servicios auxiliares de corriente continua de subestaciones y plantas, con el ciclo de trabajo real.