IEEE Power & Energy Magazine - Spanish - Septiembre/Octubre 2017 - 32

La capacidad instalada de baterías de Li-ion se prevé que aumente
rápidamente, así que se espera que se convierta en la tecnología
dominante de almacenamiento de batería del futuro.
Resumen
En general, las baterías de flujo, iones de litio y NaS son
actualmente las tecnologías de batería más usadas en el
almacenamiento de energía a escala de servicios públicos. Para acelerar la implementación a gran escala de VE,
las baterías de iones de litio están ganando impulso para
la superación de obstáculos tecnológicos y de costo. La
química, la ciencia de materiales, las aptitudes de fabricación, las técnicas de integración de sistemas y las aplicaciones de baterías de iones de litio se están desarrollando
a un ritmo mucho más rápido que otras baterías. El uso
de baterías de iones de litio está más extendido en VE
(p. ej., el Model S de Tesla); Powerwall y Powerpack de
Tesla adoptan también la tecnología de batería de iones de
litio para el almacenamiento de energía doméstico y de
servicios públicos. La Gigafábrica de Tesla planea una capacidad de producción anual de baterías de iones de litio
de 35 GWh y prevé la reducción del costo de un paquete
de baterías de iones de litio de más del 30%. No cabe
duda de que la batería de iones de litio se encuentra entre
las tecnologías más prometedoras en almacenamiento de
energía eléctrica y su capacidad instalada está lista para
aumentar.

Gestión de baterías
A pesar del progreso significativo en los procesos químicos
y los materiales de las baterías, los sistemas de gestión de
baterías (BMS, por sus siglas en inglés) confiables y efectivos
todavía son necesarios para el monitoreo del estado, la regulación de la carga y la descarga, los controles térmicos, el
equilibrio de las células, el pronóstico de salud y la protección
de la seguridad del almacenamiento de energía de batería de
gran escala. Lo más probable es que la ausencia de tales sistemas sea la razón del uso conservador de las baterías (p. ej.,
un exceso del 20-50% de capacidad de energía, que evoca un
peso, volumen y costos no deseables). Sin BMS adecuados, se
pueden dar amenazas catastróficas y fallos prematuros, tales
como escapes térmicos, debido a prácticas de mantenimiento
y funcionamiento térmico y eléctrico deficiente. Por tanto,
la gestión de batería desempeña un papel fundamental en la
integración del almacenamiento de energía de batería en la
red eléctrica en términos de rendimiento, seguridad, confiabilidad y economía. Tal y como se muestra en el Gráfico 6,
las principales funciones de un BMS son, entre otras:
✔✔ adquisición de datos: la medición y recopilación de
datos sobre corriente, tensión, temperatura, etc.
✔✔ estimación del estado: la medición de alta precisión
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del SOC, del estado de potencia (SOP, por sus siglas
en inglés), del estado de salud (SOH, por sus siglas en
inglés), del estado de temperatura, etc.
✔✔ control de carga y descarga: regulación de la tensión
y corriente de la carga, interfaz de electrónica de potencia, etc.
✔✔ equilibrio de células: estado de carga pasivo o activo
y compensación de tensión
✔✔ gestión térmica: control de la temperatura máxima y
la desviación de temperatura entre células dentro de
un paquete de baterías
✔✔ protección de seguridad: configuración de hardware
para evitar la sobrecarga o sobredescarga y el sobrecalentamiento, así como la redundancia de software y
hardware para el aislamiento, el diagnóstico y el aviso
proactivo de fallas.
Las tecnologías de capacitación fundamentales para
estas funciones en BMS están dedicadas al modelado de
baterías, las estimaciones del SOC, el SOP y el SOH, el
equilibrio de células, el control de carga y los diagnósticos de fallas. Puesto que los estados internos de las baterías generalmente son inaccesibles a través de técnicas de
observación in situ, los modelos se establecen con el objetivo de simular su dinámica y constituir un duplicado de
una batería real. Entonces, en función de dichos modelos, se
puede probar y manipular el comportamiento del parámetro
o estado mediante la estimación sofisticada y los enfoques
de control. Por otra parte, el almacenamiento de batería a
gran escala consta invariablemente de miles de células en
conexiones en serie y en paralelo para satisfacer los requisitos de energía y potencia. Las funciones de BMS complicadas pero fundamentales maximizan el potencial de un sistema completo de baterías al equilibrar la carga en células
y evitar el efecto envase provocado por la célula más débil.
El BMS también realiza la supervisión del sistema mediante
la realización de un diagnóstico de fallas y el pronóstico del
estado de las células.

Modelado de baterías
El modelado matemático de la dinámica de baterías es fundamental y también es una herramienta eficiente para la
gestión de batería avanzada. El trabajo correspondiente se
puede categorizar en tres tipos: modelos de caja gris, negra o
blanca. Los modelos de caja blanca se desarrollan a partir de
los principios básicos y captan con precisión las dinámicas
de batería internas como la difusión de iones, la cinética de
intercalación y los potenciales eléctricos. Matemáticamente,
septiembre/octubre 2017



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