la cantidad de ciclos de uso son siempre muy inferiores a los indicados por los fabricantes. En un mundo real ocurre la sulfatación y tenemos despistes que abusan de las descargas muy profundas que machacan las baterías de ácido plomo.

La realidad se impone y en países como EEUU, la venta de baterías de LiFePO4 (química basada en litio, hierro y fosfato) ya es el DOBLE, respecto a las ventas de baterías de ácido plomo de ciclo profundo. Esta es la realidad que se impone y que ciertamente va a acabar por barrer totalmente con el ácido plomo en unos pocos años más (de hecho ya lo está haciendo…).

La “historia” de los ciclos de carga y descarga

Aunque los fabricantes de ácido plomo indican de 600 a 1.200 ciclos de carga y descarga, esto es simplemente una broma (o una estafa, según lo quiera entender el cliente…). Basta someter a las baterías a unas pocas decenas de ciclos profundos de verdad, para simplemente acabar con la vida de todo el parque. Que se lo pregunten a los armadores de los barcos de chárter, en dónde los clientes no tienen ningún reparo en someter al parque, a ciclos profundos hasta simplemente agotarlas tras cada madrugada. Conozco barcos de chárter que han tenido que cambiar todas las baterías de servicio, DOS veces durante una misma temporada.

Algunos armadores argumentan por el contrario, que sus baterías de plomo duran 8 ó 10 años y siguen tan bien como el primer días… Falso, si no abusamos de ellas y utilizamos sólo el 40% de la capacidad de carga total y sobretodo, disponemos de paneles solares que las mantengan día tras día a sus 13,5 voltios, la afirmación pudiera parecer cierta, cogida con alfileres, pero NO lo es… Así lo comprobé en mi anterior barco, con unos 500 Ah que tenía instalados (4 baterías x 120 Ah), de los cuales jamás utilicé ni la mitad de esta capacidad y a pesar de todo, a los pocos años de uso, la capacidad de carga real era muy inferior a la indicada por el fabricante (posiblemente menos de la mitad de la capacidad de almacenamiento indicada). Pero claro… el hecho de verlas todos los días por la mañana, a 13,5 volt gracias al chute de amperios de los paneles solares, siempre me hizo creer que tenía un parque de servicio superdotado, cuando lo único que realmente estaba superdotado era la producción de amperios gracias a los paneles solares sobre el bimini (totalmente imprescindible para vivir a gusto en el barco).

La realidad es que incluso con baterías de reconocido prestigio y mejores tecnologías tipo Gel o AGM, la capacidad de almacenamiento decae muy rápido incluso con un uso razonable. Según los estándares de mercado, si una batería entrega menos de un 80% de su capacidad nominal de almacenamiento es de suponer que ha llegado al final de su vida. Esto es simplemente una broma, pues lo sepan o no los armadores, la inmensa mayoría de los barcos está por debajo del 60 ó 70% cómo mucho. Por ejemplo, para alguna famosa marca de mucho prestigio (no quiero decir su nombre) tras realizar 30 ciclos de carga y descarga al 50% de profundidad, comprobamos como habíamos perdido un 35% de la capacidad de almacenamiento. Es decir teníamos un parque nuevo, pero de sólo el 65% de su capacidad nominal…

Si lo comparamos con los ciclos de vida reales de una batería LiFePo4 que puede oscilar entre los 3.000 y 5.000 ciclos utilizando casi el 100% de su capacidad, empezaremos a entender las cifras de ventas actuales.

El precio se impone

El precio actual (2024) del AGM es de unos 6 €/Ah, teniendo en cuenta que sólo podemos utilizar la mitad (para ser generosos) de lo que instalamos para no cargarnos el parque en 30 días, el precio real de cada AH, será el doble…

Por el contrario el precio del LiFePO4 no ha hecho más que bajar, y continúa su descenso. Este veranos (agosto 2024) el precio es de 0,15 €/wh para baterías montadas a partir de células individuales a las que hemos instalado un BMS. Más caras son las baterías tipo “drop-in” (es decir que se sustituyen en formato a las de plomo- ojo pues debemos tener en cuenta varias consideraciones que luego comentamos) y que llevan su control BMS integrado e incluso tienen dimensiones parecidas a las de ácido plomo, para que encajen en las cajas del parque actual del barco. Marca como “Epoch”, “Battle zone”, “Vatrer”, “Li-Time”, nos permitirán una migración segura, si decidimos instalar este tipo de batería….

¿Sustituir y listo?

No tan rápido…  A pesar de utilizar baterías “drop-in” (las que se parecen en formato y tensión a las típicas de ácido plomo), la cosa es más complicada, por varios asuntos; Debemos tener un cargador de baterías que esté preparado para poder cargar baterías de litio, pues la tensión de carga es distinta a las de plomo, y además debemos tener un alternador del motor que también acepte las nuevas baterías de litio, pues estás chupan amperios a tal velocidad que pueden “freir” el generador por exceso de temperatura. Para esto existen varias soluciones, como más adelante comentamos en este texto.

¿Son seguras frente a fuegos y explosiones?

Hay mucha desinformación sobre este particular… Algunos armadores creen que son peligrosas y pueden arder (como ya ha ocurrido con los coches eléctricos). Pero no todas las baterías de litio son iguales. Las de los coches son de tipo LiCoO2 (litio y cobalto) “otra” química de litio de mayor densidad energética, pero susceptibles de arder bajo determinadas condiciones extremas.

Esto es IMPOSIBLE con las LiFePO4 y para dejarlo claro, la comparación es como si estuviéramos tratando con agua y otras con gasolina. Las LiFePO4 de las que hablamos en este artículo, son extremadamente seguras y es muy improbable que se desencadene un fenómeno de calentamiento descontrolado (lo que los anglosajones llaman “thermal runaway”), como si puede ocurrir con químicas de litio del tipo LiCoO2 y LiMnNi (Litio cobalto o Litio Manganeso) utilizadas en los coches.

Incluso en caso de fallo del regulador de carga, o fallo de un cargador que entregara una tensión de “locos” (por ejemplo 100 voltios en vez de los 14 volt a los que deben cargar), e incluso si además fallara el BMS de protección de la batería, las células de LiFePO4, se hincharían quedando estropeadas, pero sin fuegos ni peligro de incendio.

Que es el BMS y cómo funciona

Acrónimo de “Battery Management System”, o sistema de control de la batería, se trata de un circuito electrónico con un controlador digital y una etapa de potencia con transistores MOSFET, que crea una “frontera” de control entre las células de la batería y la salida hacia los consumos o la carga. El BMS protege cada una de las células de la batería de litio contra sobre cargas, sobre descargas, y temperaturas, además de funcionar como balanceador  para que todas las células trabajen a la misma tensión y por tanto se aproveche al máximo la capacidad de almacenamiento de la batería. El BMS desconectará la batería de la fuente de carga o de de los consumos en caso necesario.

Debemos tener presente que los molinetes de ancla o las hélices de proa demandan corrientes puntuales muy intensas de varios cientos de amperios (Por ejemplo, el motor de una hélice de proa de 4 KW a 12 voltios demandará una corriente de 350 amperios y algunas de más potencia pueden exigir descargas de hasta 600 A). El BMS de la batería debe ser capaz de entregar esas intensidades, que en montajes de parques en paralelo se dividirá por el número de baterías instaladas.

No deberíamos aceptar baterías cuya corriente máxima de descarga sea 100 ó 120 A, y buscaremos otras cuyos BMS sean capaces de controlar descargas de 300 ó 400 A. Por ejemplo, el BMS de Mastervolt o el de Lithionics para baterías marinas de litio, es capaz de entregar 500A de forma continua o hasta 1450 A en un período de 30 segundos.

Muchas baterías de tipo "Drop-in" tienen por desgracia una corriente máxima limitada e inadecuada a los picos de intensidad que necesitamos a veces en nuestros barcos. Por ello en muchas instalaciones se opta por montar baterías que ofrecen mayores intensidades o diseñadas y construidas con celdas, para que cumplan las especificaciones que necesitemos en nuestro barco.

Un motor de arranque de un barco también exige una muy alta corriente durante los primeros milisegundos y es casi como un cortocircuito para los transistores de potencia del BMS. Esta exigencia puede forzar demasiado a los MOSFET del BMS y acortar la vida del circuito de protección. Esta es la razón por la que debemos quedarnos por ahora con baterías de plomo para el arranque del motor del barco.

Pero como ya hemos explicado, si conectamos varias baterías en paralelo, además de multiplicar la capacidad del parque total instalado, también estaremos incrementando la máxima capacidad de ofrecer amperios a un gran consumo, como lo es por ejemplo una hélice de proa o un molinete de ancla o un inversor. Por ejemplo, 4 baterías de 100 Ah 1C pueden en principio, si están bien cableadas e instaladas, soportar una descarga continuada de 400 A. El cableado debe estar bien efectuado para que la descarga se reparta a partes iguales entre las 4 baterías.

Pero siempre será mejor montar dos baterías de 300 Amperios que 6 baterías de 100 A montadas en paralelo. El balanceo de cargas con demasiadas baterías en paralelo puede llegar a convertirse en un dolor de cabeza, y por ello me mejor montar menos baterías pero de mayor capacidad de almacenamiento de energía.

Un buen BMS debe ser capaz de comunicarse a través de un bus de datos con el resto de los equipos de potencia, cargadores o inversores. Muchos de ellos permiten comunicarse mediante BlueTooth para poder consultar detalles de funcionamiento de la batería. Debemos tener presente que bastantes BMS solo controlan los fallos catastróficos y protegen de temperaturas extremas, pero no efectúan correctamente el balanceo entre células, por lo que a la hora de escoger, debemos fijarnos bien en las especificaciones del fabricante.

Esto es fundamental para conseguir maximizar la vida del parque y disfrutar de miles de ciclos de carga a plena capacidad de carga. Para ello el BMS debe proteger y no apurar al máximo las tensiones de corte, tanto por arriba como por abajo (HVC y LVC: Tensión de corte en ciclo de carga y tensión de corte en descarga). En parques de 12 voltios, debemos evitar baterías que apuren los extremos de tensión por encima de los 14,6 voltios a máxima carga y descargas por debajo de los 10 voltios.

Ojo con los alternadores de siempre

La baterías LiFePO4 son capaces de absorber energía a mucha velocidad, debido a su extremadamente baja resistencia interna. Los alternadores típicos están pensados para ser montados con baterías de ácido plomo que no son capaces de cargar a este alto régimen. Esto hace que los generadores intenten suministrar potencia de forma intensiva, produciendo su calentamiento y en muchos casos su destrucción.

Además, el BMS de una batería de litio puede interrumpir la carga de repente cuando sea necesario para la batería, o cuando la batería está totalmente cargada, mientras el alternador se esfuerza en entregar lo máximo que puede. Esto genera un transitorio de alto voltaje (100 o más voltios durante 300 ó 400 milisegundos) en el circuito, que puede acabar con la vida de los diodos rectificadores o el regulador del alternador o de otros equipos conectados al circuito de cargas (equipamiento del barco , electrónica,…). Esto se arregla con diodos de tipo “avalancha” utilizados en alternadores más modernos como los “Balmar”, pero el resto de las cargas del barco quedarán desprotegidas. Más adelante explicaremos un eficaz montaje para solventar toda esta problemática mediante un cargador de tipo DC-DC.

Por este motivo es muy importante instalar un dispositivo que pueda aislar el alternador mientras lo protege de estos fenómenos, como por ejemplo el Sterling APD o el APM de Balmar. En alternadores con regulación externa que podemos programar, encontramos en el mercado el ArcoZeus, BalarMC-618 o el Wakespeed WS-500. 

Algunos BMS avanzados tiene un cable de señal de aviso de desconexión que nos permitirá activar un relay que desacople los equipos de carga (cargador, regulador solar, o el alternador abriendo el circuito de excitación del alternador B+), antes del corte de la batería.

Utilizar un cargador DC-DC

Es una de las mejores soluciones para convertir el barco a Litio sin tener que cambiar el alternador del barco. La idea consiste en dejar que el alternador del barco trabaje con una (o unas) batería de ácido plomo utilizada para el arranque del motor y que desde esta batería cargada por el alternador, se alimente al parque de litio a través de un “puente” que aísla los dos sistemas. Con este tipo de montaje evitamos toda la problemática del alternador y los picos de tensión en el circuito eléctrico, que se puede generar en la desconexión del litio cuando éste quede en carga máxima.

El cargador DC a DC, bombea energía entre los dos sistemas aislándolos entre sí y permitiendo configurar un perfil de carga a las necesidades del Litio. Uno de estos equipos es el Orion de Victron y otro es el TR Smart del fabricante Sterlin, que además pueden absorber el transitorio cuando el BMS de la batería desconecta la batería del circuito.

Con este tipo de solución es importante dimensionar bien la capacidad del cargador DC-DC, que debe estar como máximo en un 50% de la potencia que pueda entregar el alternador. Si nuestro alternador llega a generar 90 Amperios, pues podemos montar un DC-DC de 40 ó 50 Amperios, para de esta manera evitar llevar al alternador al límite en la carga del litio, evitando someterlo a posibles sobrecalentamientos.

Litio en serie o en paralelo

Bastantes barcos tienen el parque de baterías a 24 voltios, muchas veces conseguido mediante conexionado en serie por parejas y a su vez conectando estas parejas en paralelo.

No es demasiado aconsejado con baterías Litio de tipo ‘Drop-in’, a no ser que éstas tengan cables de comunicación para balancearse internamente en pareja y entre ellas. En paralelo el tema no es tan crítico y si es posible que esten conexionadas entre si por un cable de señales. El balanceo entre ellas se efectúa de forma individual contralado por el BMS de cada batería, pero a pesar de ello no deberíamos pasar de 4 baterías en paralelo o en cualquier caso consultar con el fabricante. Es importante que la longitud de grueso cable eléctrico que va desde cada una de ellas a la barra de negativos y positivos tenga la misma longitud para que no se produzcan desequilibrios de algunos milivoltios entre ellas.

Si necesitamos en litio parques de 24 voltios, debemos montar baterías que sean directamente de 24 voltios, evitando las conexiones en serie de 2 de ellas aunque también se puede hacer previa consulta con el fabricante.

Mezclar distintos tipos de baterías

Totalmente desaconsejado y sin sentido, pero si muy peligro. En definitiva NO podemos mezclar baterías de plomo con baterías de LiFePO4, pues las tensiones y parámetros de carga, así como la resistencia interna, son distintas y si una de plomo cortocircuita un vaso, la de Litio la podría hacer explotar.

No debemos mezclar distintas químicas, de ninguna manera. Tampoco es buena idea mezcla baterías de litio de diferentes fabricantes, pues sus distintos BMS tendrán ligeras diferencias en los valores de tensión de corte y carga que conducirían a problemas de balanceos de las células de alguna de las baterías.

Pero si tiene todo el sentido, montar “capas” de energía en diferentes tecnologías. Ya hemos hablado de conservar la instalación de plomo, aunque sea de forma más reducida (conservando solo una o dos baterías) y hacer un puente mediante un DC-DC, hacia el LiFePO4, que pasará a ser el verdadero parque de servicio de gran capacidad y alto almacenamiento.

Cuidado con el cargador actual del barco

Debemos asegurarnos que el cargador actual permita el uso de baterías LiFePO4, pues las tensiones y parámetros de carga son distintos. Al poner varias baterías en paralelo por primera vez, debemos asegurarnos que estén a la misma tensión, con diferencias por debajo de los 50 mVolt entre ellas, evitando así problemas de balanceo.

La tensión de carga para varias baterías LiFePo2 conectadas en paralelo debe estar entre los 13,8 y los 14,2 voltios, y si se trata de una sola batería la tensión será de 14,6 voltios. En cuanto a la corriente máxima de carga, no debemos sobrepasar el 50% de la capacidad instalada (o lo que es lo mismo 0,5 C). Cuando a esta tensión la corriente de carga caiga un 5%, el cargador debe detener la carga de las LiFePO4.

Que es la tensión de flotación

Dato típico de la época de baterías de plomo, (AGM, Gel, y otras), pues una batería de plomo se protege y beneficia al estar sometida a la tensión de máxima carga, conocida como tensión de flotación (ojo no confundir con la tensión de carga que en ácido plomo es ligeramente mayor a esta tensión de flotación).

Pero las LiFePO4 odian estar sometidas a una tensión de máxima carga, o a ninguna tensión de flotación, como ocurre con el plomo, y se encuentran mucho más cómodas durante períodos largos sin uso, en tensiones algo por debajo de su tensión de carga máxima. De esta manera se alarga la vida de la batería y la cantidad de ciclos que pueden ofrecer.

Tan es así, que algunos sistemas de baterías de litio como las de los drones de DJI, pasado un tiempo sin uso, ponen en marcha un mecanismo para descargarse automáticamente mediante una resistencia, hasta bajar la batería a un 60% o incluso algo menos, pues es en esta capacidad de carga en dónde se alarga la vida de la batería y por tanto conseguiremos 4.000 ó 5.000 ciclos de carga.

Una vez cargadas, la LiFePO4 cortan la carga y NO quieren recibir tensión alguna del cargador. No existe por tanto la tensión de flotación y algunos fabricantes la mantienen como herencia de un pasado que está desapareciendo.

Por tanto si hibernamos el barco con LiFePO4, lo suyo no es cargar el parque de baterías a tope y será mejor dejar el parque a media carga, y tras 6 o más meses de inactividad, es bueno hacer un ciclo completo de carga para balancear las células. Por esta misma razón, aunque parezca contra-intuitivo, en un barco con LiFePO4 y paneles solares, cuando nos vayamos por largas temporadas, lo suyo es desconectar los paneles solares para que estos no entreguen energía y el parque quede cargado en torno al 50% de su capacidad total.

Ojo con la carga de los paneles solares

La tendencia entre los armadores (y propietarios de casas con instalaciones solares) es la de poner varios paneles en serie y sumar voltajes hacia un regulador MPPT que trabaje en el punto de máxima potencia y así aprovechar los primeros rayos solares de la mañana y del atardecer. Bien es correcto, Pero…

Ojo con el regulador solar que ponemos, porque como este falle, estaremos inyectando 100 ó 200 voltios en continua hacia las baterías. En un parque de ácido plomo ésto conduce a una explosión de las baterías y con salpicaduras de ácido sulfúrico por todo el barco. En LiFePO4, freiremos los BMS (Lo cual es siempre mucho mejor a lo que ocurre con las de plomo). A partir de ese momento si el BMS se pone en corto, los 100 voltios entrarían a las células destruyendo estos módulos (eso sí, sin explosiones ni incendio). Por este motivo, cuánto más alta sea la tensión de pico de la salida de su parque solar (lo cual está bien), más debemos contar con primeras marcas en su regulador MPPT (Victron, Mastervolt, etc..) que están fabricados con salidas y entradas aisladas y de las que no se tiene conocimiento de fallos, como si ha ocurrido con algunas otras marcas de vendedores tipo Aliexpres, Temu y similares. En el regulador solar, si este trabaja con paneles solares serializados, no conviene jugársela con marcas poco conocidas aunque sean notablemente más económicas.

La solución también pasa por hacer un montaje de paneles en serie y paralelo y no sumar todos los paneles “a saco” (lo cual tampoco sería la solución más optimizada en caso de entrada en sombra de alguno de ellos).

Por ejemplo, podemos montar parejas de paneles de misma potencia en serie y si tenemos espacio para 4 ó 6 paneles en el barco hacer 3 parejas en paralelo, e incluso cada pareja llevarla a un MPPT dedicado para cada 2 paneles y por tanto de menor intensidad. En este asunto lo importante es limitar el voltaje de pico a 50 ó 60 voltios o quedarnos mejor en el límite de tensión que el BMS es capaz de soportar, de forma que en caso de fallo en el regulador solar, el BMS de la batería tome el relevo y corte la carga si fuera necesario.

Cuidado con los consumos exagerados

Ya hemos hablado de la importancia de no someter al parque a corrientes de salida salvajes, como a veces ocurre con la hélice de proa o el molinete en menor medida. Y por supuesto que NO es buena idea hacer uso del molinete mientras estamos dándole a la hélice de proa…

Es bueno hacerse con un instrumento de medida de tipo pinza amperimétrica y medir el consumo real de nuestros equipos más tragones de amperios (sin lugar a dudas la hélice de proa). Tampoco está de más conocer la corriente que chupa nuestro inversor a 220 volts, especialmente si tenemos en el barco una vitrocerámica en la cocina. Ojo con las pinzas amperimétricas pues muchas de ellas no dan medidas correctas y mejor será medirlas con un buen “Fluke” que no engaña.