Índice de contenidos
- Introducción
- 1. El consumidor de energía pasado por alto
- 2. ¿Qué es la resistencia interna de la batería?
- 3. Relación matemática de las pérdidas
- 4. Reacción en cadena: resistencia interna → controlador → motor
- 5. Cinco factores principales del Ri
- 6. Cómo reducir la resistencia del sistema y las pérdidas
- 7. Ajuste del sistema: batería y motor
- 8. Conclusión
Esta guía explica desde perspectiva ingenieril la naturaleza de la resistencia interna de la batería, sus factores influyentes y la interacción con la eficiencia del motor. El objetivo es hacer visible la cadena de pérdidas frecuentemente ignorada —y mostrar palancas pragmáticas con las que se puede aumentar notablemente la eficiencia global.
1. El consumidor de energía pasado por alto
En sistemas fuera de la red, sistemas de energía para RV o embarcaciones eléctricas, los usuarios con frecuencia se fijan en la capacidad, la corriente de descarga y la autonomía: la resistencia interna de la batería suele pasar desapercibida, aunque condiciona fuertemente la eficiencia.
Al arrancar un motor, las corrientes pueden saltar de forma abrupta a decenas o más de 100 A. La resistencia interna determina entonces cuánta energía eléctrica se pierde ya en la batería en forma de calor. Estas pérdidas no se ven directamente, pero ocurren en cada arranque y cada cambio de carga —con consecuencias para la potencia del sistema y la autonomía.
Regla mnemotécnica: Cuanto mayor la resistencia interna, mayores las pérdidas a la misma corriente —y menos potencia útil llega al motor.
2. ¿Qué es la resistencia interna de la batería?
La resistencia interna de la batería (Ri) es el conjunto de todas las resistencias que se oponen al flujo de corriente dentro de la batería. Se compone de:
- Componente óhmico: conductores, material de los electrodos, colectores de corriente, etc.
- Componente de polarización: cinética de reacción y migración iónica; depende de la temperatura, la tasa de corriente (C-Rate) y el SOC.
Al descargar, sobre Ri cae una tensión (Udrop = I × Ri) que reduce la tensión de bornes —la fuente de las pérdidas.
3. Relación matemática de las pérdidas
Pérdida de potencia: Ploss = I² × Ri
Estimación de eficiencia (aproximación simplificada): η ≈ 1 − (I × Ri / Ubatt)
Ejemplo
Batería LiFePO₄ 12,8 V, Ri = 5 mΩ (0,005 Ω), corriente del motor 80 A:
- Potencia perdida: Ploss = 80² × 0,005 = 32 W
- Con 1000 W de potencia de entrada al motor eso son ≈ 3,2 % de pérdida —con carga continua o picos de 100 A se acumula rápido y puede acelerar el calentamiento y el envejecimiento.
4. Reacción en cadena: resistencia interna → controlador → motor
La cadena energética se puede dividir en tres secciones:
- Batería → pérdidas por resistencia interna → Controlador
- Controlador → pérdidas en MOSFET/huellas → Conexiones del motor
- Motor → pérdidas en cobre y hierro → Potencia mecánica
Si Ri es grande, aumentan las pérdidas en la sección 1, lo que provoca los siguientes efectos:
- Menor par de arranque: menos tensión efectiva en el controlador/motor.
- Caída de tensión de entrada: posible desconexión por subtensión del controlador.
- Eficiencia global disminuida: menor tiempo de funcionamiento/autonomía.
5. Cinco factores principales del Ri
- Química y calidad de la celda: Celdas LiFePO₄ típ. 1,5–3 mΩ/celda; claramente mejores que plomo (≈ 10–15 mΩ/celda). Clasificación A+ incrementa la consistencia.
- Temperatura: En frío el componente de polarización aumenta notablemente; a −10 °C Ri puede superar el triple.
- Estado de carga (SOC): En los extremos (casi lleno/casi vacío) Ri aumenta; óptimo 20–80 % SOC.
- Envejecimiento/ciclos: El envejecimiento del electrolito y la pérdida de material incrementan Ri —indicador visible de pérdida de capacidad.
- Resistencias de contacto y de transición: bornes, busbars, crimps, conexiones roscadas —oxidación/aflojamiento añaden resistencia.
6. Cómo reducir la resistencia del sistema y las pérdidas
1. Celdas y montaje
Usar celdas A+ de alta calidad con Ri más bajo; conectores soldados por láser y busbars de cobre minimizan las transiciones.
2. Diseño del BMS
MOSFETs de potencia en estructura paralela, capas gruesas de cobre (PCB) y rutas de protección de baja resistencia mantienen la caída de tensión baja.
3. Cables y bornes
Sección adecuada y par de apriete conforme a norma (p. ej. 12 N·m) reducen pérdidas en cables y calentamiento.
4. Gestión térmica
Precalentar en frío o usar baterías con auto‑calentamiento. Por cada −10 °C Ri puede aumentar ≈ 20–30 %.
5. Ventana de operación
Preferir 20–80 % SOC; descarga continua a tope o profunda aumenta Ri y el envejecimiento.
6. Monitorización y balanceo
Monitorización por Bluetooth (tensión de celdas, temperatura, tendencia de Ri) y balanceo regular evitan puntos calientes.
7. Ajuste del sistema: batería y motor
La tasa de descarga continua de la batería debe coincidir con la potencia del motor —considerar solo la capacidad es un error frecuente.
Ejemplo
- Motor: 800 W, corriente pico 100 A.
- Batería adecuada: Descarga continua ≥ 100 A, pico ≥ 200 A, Ri ≤ 5 mΩ → caída ≈ 0,5 V, η se mantiene ≈ 96 %.
- Batería inadecuada: Ri = 10 mΩ → caída ≈ 1 V; ≈ 8 % de pérdida, revoluciones sensiblemente menores.
Regla empírica: Ri × I ≤ 3 % de la tensión nominal, para que la tensión del motor permanezca estable.
8. Conclusión
La resistencia interna de la batería suele subestimarse —sin embargo determina la eficiencia de descarga, comportamiento térmico, rendimiento del motor, estabilidad del controlador y la autonomía de forma decisiva.
- Cada +1 mΩ significa a 100 A otros 10 W de pérdida.
- +10 °C de temperatura de la batería puede duplicar la tasa de envejecimiento.
- Cada desconexión por subtensión cuesta disponibilidad y vida útil.
Alta eficiencia global surge de muchos detalles: selección de celdas, sección de conductores, gestión térmica, topología del BMS – las ganancias reales de eficiencia a menudo están en pocos mili‑ohmios.
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