correctamente configurados. La mayoría de armadores se conforman con llevar un voltímetro y así poder interpretar, más o menos, el estado de carga del parque de baterías. Pero con un voltímetro esto es del todo imposible si tenemos un parque de baterías LiFePO4.

Ya sabemos que con baterías de ácido, al rededor de 14 voltios significa que las baterías están al 100%, mientras que si leemos un valor en torno a los 10,5 voltios, significará que el parque está casi vacío. Y entre estos valores, si siguiéramos una curva de descargas, que no es lineal, podríamos más o menos interpretar el nivel de carga que aún tenemos disponible. Y esto ocurre con todos los tipos de baterías de ácido plomo (AGM, GEL o las que sea..), pero con litio es imposible, pues este mantiene prácticamente inalterado la tensión mientras vamos vamos consumiendo, hasta que muy al final, la tensión cae de forma brusca, indicando que la batería está vacía, pero ya sin tener capacidad de reacción por nuestra parte.

El asunto es aún más complicado, pues la tensión indicará aproximadamente la capacidad porcentual que queda disponible en el parque, en su estado actual, que nada tiene que ver con la capacidad que tenían estas baterías cuándo eran nuevas... Las baterías (especialmente de ácido plomo), se degradan con bastante rapidez a medida que las vamos utilizando mes tras mes y año tras año...

La cosa se pone aún más difícil, pues la energía que disponemos en un parque de ácido-plomo, depende además de la forma en la que la consumimos. Es decir, si en nuestro parque tenemos, pongamos 100 unidades de energía y las consumimos poco a poco, pongamos que a lo largo de 24 horas, pues es posible que dispongamos de esas 100 unidades, pero si las consumimos en muy poco tiempo, digamos en sólo 2 horas, entonces la batería solo entregará 65 unidades de esa energía perdiéndose el resto en calor degradado en el mismo parque. Con el Litio este problema casi desaparece y pasa a ser un asunto menor.

Pero aún hemos de dar otras vueltas de tuerca, pues la energía que sacamos del parque, debe ser retornada por una cantidad mayor, debido a un coeficiente conocido como factor de carga. Es decir, que por cada 100 unidades de energía que sacamos y consumimos desde nuestro parque, los paneles solares, el cargador de baterías o el alternador, pueden llegar a tener que entregar entre 110 a 160 unidades, para volver al estado inicial de carga de nuestro parque.

¿Cómo conocer la carga del parque a partir de la tensión leída?

Como ya hemos indicado, esto es posible en parques con baterías de plomo, pero es muy complicado con baterías de litio LiFePO4, aunque si con otras químicas de litio. En las baterías de plomo, la cantidad porcentual de amperios  que aún quedan en una batería (respecto a la capacidad ACTUAL máxima de esa batería), se refleja más o menos, en la tensión que muestra esa batería. Cada tecnología de baterías de ácido-plomo tiene una curva de descarga diferente, pero todas ellas coinciden, en que a medida que baja la carga, cae la tensión, según una curva que nos permite conocer el porcentaje de capacidad en cada momento, en función de la tensión leída.

Si por ejemplo a 12,5 voltios estamos a un 50% de capacidad, ¿nos quedarían 50 Ah en una batería de 100 Ah de capacidad? Pues no. Lo real es que nos quedará un 50% de lo que esa batería, en este momento de su vida, ofrece como máxima capacidad. Posiblemente esa batería de 100 Ah que tiene 2 años y ha sido cuidada con mayor o menor esmero, tenga actualmente una capacidad real de almacenamiento de 80 Ah, por tanto, cuando marque 12,5 voltios, tendremos el 50%, ósea unos 40 Ah de energía almacenada. Este método es algo “tosco”, e imposible de aplicar para un parque de baterías de LiFePO4.

Pongamos un símil de ejemplo para las baterías de plomo: Imaginemos un depósito de agua con una salida en su parte inferior. La presión con la que el agua saldrá, dependerá de lo cargado que esté el depósito en cada momento. La diferencia de altura, entre la base del depósito y el nivel del líquido es lo que en electricidad, valga el símil, llamamos diferencia de potencial o voltaje. A mayor voltaje, más cargado está el “depósito” o parque de baterías. En este símil de ejemplo, ocurriría que con el paso del tiempo, el volumen del depósito irá menguando.  

Contar amperios…

La mayoría de medidores de estado de carga se basan en llevar una “contabilidad” de todo lo que sale y todo lo que entra al parque de baterías. Realmente se cuentan de forma muy precisa los Amperios-Hora que transitan hacia fuera y hacia dentro en nuestro parque de baterías. Y como lo importante es conocer los Ah que nos quedan en todo momento, es fundamental indicar al instrumento la capacidad REAL del parque (cosa que casi nadie hace…)

Es decir, para que todo esto funcione bien, deberíamos conocer y programar en el contador, la capacidad verdadera de nuestro parque de baterías (que no será la suma de Amperios-Hora de todas las baterías montadas). La capacidad se verá deteriorada inexorablemente a cada ciclo de carga y descarga que efectuemos. Y por desgracia, no son tanto ciclos como podríamos pensar...

Un fabricante típico de baterías de ácido-plomo puede indicar en la ficha técnica unos 600 ó 700 ciclos hasta perder un 60% de capacidad de carga, en cuyo caso podemos darlas casi por “muertas”. Pero esto ocurriría en condiciones de laboratorio, perfectas y con ciclos bien realizado y sin abusos (no hacer ciclos muy profundos), ni someterlas a sobre esfuerzos de descargas excesivamente fuertes.

La realidad es MUY distinta, pues unas baterías de plomo pueden estar para cambiar en las condiciones típicas de uso en un barco, más o menos a partir de unos 200 a 250 ciclos completos de carga y descarga. Sorprendente pero cierto…

¿Cómo instalar un medidor?

El monitor de carga es un instrumento muy útil en cualquier barco que nos permite controlar la energía disponible y alargar, gracias a un buen uso, la vida útil de las baterías. Pero una vez instalado, debe ser calibrado para que pueda dar medidas correctas y útiles. 9 de cada 10 barcos no tienen bien instalado el medidor y su “Shunt”, y sólo un 2% de estos barcos tienen bien configurado el medidor, lo cual suele conducir a medidas muy disparatadas.

El Shunt debe ser instalado al negativo de la batería, y si es del fabricante Victron debe respetar los bornes indicados uno al negativo de la batería (-BATTERY) y el otro a la barra de negativos (-LOAD).

Este medidor puede ser conectado al instrumento mediante un cable de tipo UTP, aunque en los modelos más recientes admiten un enlace por BlueTooth. Además debemos llevar un cable fino al borne positivo de la batería que alimente al dispositivo Shunt d Victron (en otros modelos de otros fabricantes, esto no es necesario).

Ojo con la conexión en paralelo de una batería de arranque, separada del parque de servicios, pues se suele cometer un error bastante común. El negativo de la batería de arranque debe ser conectada al borne de cargas (-LOAD). De esta manera la energía utilizada para arrancar el motor, proporcionada por la batería de arranque, no es contabilizada ni tenida en cuenta en el contador de Ah del medidor.

Sin embargo, todo el resto de cargas incluida la bomba automática de emergencia de sentina debe pasar por el Shunt para que el se tengan en cuenta estos consumos. Y por supuesto también los bornes negativos del cargador del alternador, del regulador de los paneles solares, del aerogenerador, etc. Prestemos especial atención al negativo del alternador del motor que en muchos casos va a la masa del motor y por tanto esta masa debe ser conectada a la barra de negativos y NO al negativo de la batería.

¿Cómo calcular la capacidad REAL de nuestro parque de baterías?

Quédese con el término SOC. Es acrónimo de “State Of Charge” o en Español “Estado Actual de Carga” que simplemente indica el porcentaje de la cantidad de energía actualmente almacenada en nuestra batería o parque.

La capacidad de un parque de baterías de ácido plomo baja continuamente a medida que pasan los meses desde que montamos las baterías… Después de uno o dos años, el armador debería hacer un “test” para conocer la capacidad real con la que programar el medidor de estado, de nuestro parque de baterías. No es propósito de este artículo extenderse en los motivos por los que se degrada la capacidad del parque de baterías, aunque en resumen y dependiendo de la química de nuestro parque (LiFePO4 es del todo distinta), las baterías de ácido-plomo se estropean simplemente con la edad, pero especialmente por el número de ciclos de carga y descarga, por la profundidad de estos ciclos, por la temperatura a las que las hacemos trabajar, y por la velocidad y forma en que extraemos esos amperios de las baterías (entre otros factores ya menos importantes). 

Un parque de ácido-plomo jamás entregará su capacidad energética prometida en un ciclo de descarga de 20 horas, incluso cuando están nuevas. Por ejemplo, las baterías de ciclo profundo necesitan hacer algunas decenas de ciclos profundos para que comiencen a entregar la capacidad prometida por el fabricante, a partir de la cual esa capacidad empezará a menguar.

Esto, aunque parece contra-intuitivo con lo que siempre hemos escuchado de intentar no someter las baterías a ciclos profundos, es necesario en las baterías nuevas de ciclo profundo, y por tanto, el mensaje que debemos entender es que la capacidad ofrecida por un fabricante es una mera indicación aproximada de la capacidad real que tiene la batería. No es raro desviaciones (siempre a la baja) de en torno al 5%, aunque a veces este valor puede llegar a un alarmante 15% en algunos fabricante. Las baterías de tipo AGM, por su tipo de construcción y tecnología, alcanzan su capacidad máxima cuándo son nuevas, en solo 3 ó 5 ciclos completos de carga y descarga y a partir de allí, irán inexorablemente para abajo, degradando su capacidad de almacenamiento.

Medimos la capacidad real de nuestro parque

La capacidad de almacenar energía de nuestro parque, y que medimos en Amperios-Hora (o mejor en Watios-Hora como ya se está normalizando para los parques de baterías de litio) responde a un ciclo de descarga de 20 horas. Esto es importante, pues una misma batería pero descargada en solo 2 horas va a entregar mucha menos energía, como luego explicaremos con más detalle.

Si por ejemplo, tenemos un parque de 500 Ah y lo descargamos en 20 horas, debemos tener un consumo constante  de 500/20 = 25 amperios. Esto con un parque de 12 voltios significa tener una carga constante de 300 watios. Podemos utilizar 10 bombillas de 30 watios o equivalentes. Dos neveras de por ejemplo 150 watios NO valdrán, pues éstas se encienden y apagan de forma intermitente.

Además el consumo real irá cambiando a medida que vaya cayendo la tensión del parque mientras este se va consumiendo, por lo que para hacer bien las cosas, deberíamos ir cambiando el consumo para que se mantengan constantes los amperios que vamos consumiendo durante las 20 horas. Si por ejemplo tuviésemos una sola batería de 100Ah, tendríamos que hacer el test con una carga de 100Ah/20 horas= 5 amperios es decir 60 watios, pero pasadas por ejemplo 10 horas la tensión ha caído a por ejemplo 11,5 voltios y entonces habríamos se aumentar un poco la carga para que se mantengan constantes los amperios de descarga.

Daremos por concluido el test, cuando partiendo con el parque cargado a tope, la tensión caiga hasta los 10,5 voltios (con una temperatura constante de 25ºC). Estas son las condiciones ideales y al alejarnos de ellas obtendremos un valor más inexacto de capacidad del parque. Lo ideal es tener una carga que podamos regular de forma que mantengamos constante el amperaje de descarga a medida que cae la tensión del parque.

Mientras realizamos el test, debemos mantener las baterías a unos 25 ºC pues la capacidad de entregar energía depende de la temperatura a la que se encuentra la batería. Por ello debemos intentar no desviarnos más de 5 grados arriba o abajo para conseguir una medida acertada de la capacidad que estamos midiendo.

Pasos a seguir para el test de capacidad

Huelga decir que si no tenemos un valor correcto sobre la nuestra capacidad real de nuestro parque, estaremos engañando al medidor de estado de carga de las baterías, que sí contará correctamente la contabilidad de amperio que entran y salen pero sin saber cuántos disponemos.

Y para aquellos que no deseen hacer un test de capacidad, adoptando de alguna manera el comportamiento del avestruz que esconde la cabeza para no conocer el problema, al menos deberán asumir una pérdida de capacidad (ácido plomo) de un 7 a un 10% anual. Es decir, si el parque tiene 5 años y ha sido bien cuidado (en caso contrario ya estaría destruido), estaremos en torno a la mitad de capacidad real respecto a unas baterías nuevas. Veamos los pasos a seguir para realizar la medición real de nuestro parque.

El lector inteligente, se preguntará si no es malo bajar hasta los 10,5 voltios, en un ciclo profundo de verdad, y es cierto que no es bueno, pero el test se hace una vez, cada uno o cada dos años, y el esfuerzo merece la pena pues es menos dañino, que actuar o comportarnos en le barco como si tuviésemos más capacidad de la que en verdad tenemos, y estar así estresando mucho más de la cuenta al parque al pensar que disponemos una capacidad mayor a la disponible.  Por tanto se trata de un mal “menor”.

Imaginemos que en nuestro barco tenemos un parque de 300 Ah y que programamos nuestro medidor para esta capacidad, pero han pasado 3 años desde que cambiamos las baterías. Como el parque se ha degradado un 30% en realidad tendremos aproximadamente unos 210 Ah de capacidad real, pero el medidor sigue pensando que tenemos un “deposito” de energía de 300 AH. Consumimos durante toda la noche una corriente de 20 amperios (240 watios de una nevera y la luz de tope de palo) durante 10 horas y el indicador nos dirá que aún tenemos 100Ah disponibles, cuando en realidad tenemos el parque totalmente destrozado a cero de carga y forzado en un  ciclo profundo, tras ciclo profundo, tras ciclo profundo, que acaba por destruir el parque en poco tiempo.

Como se pueden medir los amperios que entran y salen de una batería? (El Shunt)

O lo que es lo mismo, ¿cómo se puede saber de forma precisa la corriente (amperios) que circula por un cable?  En todo cable la corriente sufre una resistencia en su circulación que responde a la ley de Ohm (V=IR).  Por ello en cada longitud de cable se produce una pérdida de tensión (caída de tensión) que es proporcional a la resistencia del cable, la cuál es siempre constante y conocida. Pero sobre todo muy importante para lo que nos ocupa, esa caída de tensión es también proporcional a la cantidad de amperios que por allí circulan.

Para no alargaros en este artículo en un curso de electricidad, lo importante que debemos retener es que un “Shunt” es un simplemente bloque de metal conductor, de resistividad perfectamente conocida, que se “inserta” en serie en el circuito eléctrico. Al circular la corriente por él, se produce una ligerísima caída de tensión, que se mide en despreciables y exactas milésimas de voltio, y que son proporcionales  a la cantidad de amperios que por allí circulan. 

El “shunt” tiene dos cablecitos en sus extremos, que miden esa ligerísima caída de tensión. Esa pérdida de voltaje es justamente la medición que nos interesa y que es trasladada  al medidor que la interpreta como la circulación de amperios. Si la caída de tensión es negativa, indica que la corriente circula en sentido contrario al pres-establecido, lo cual indica que hay carga de corriente en vez de consumos.

Cómo se caracteriza un “Shunt”?

Los dos datos importantes de cualquier “shunt” son la cantidad de amperios máxima para el que ha sido fabricado y su tensión de caída a ese amperaje. Es decir en el comercio podemos adquirir por ejemplo un “shunt”  de pongamos “500A-50 mv”, que significa que puede conducir hasta 500 Amperios, y que a ese “flujo” de amperios circulando por él, se produce una caída de tensión de 50 milivoltios.

A partir de allí todo es fácil pues la ley de Ohm es rigurosamente lineal, o lo que es lo mismo, si por ejemplo circulan 50 amperios (600 watios de consumo en un barco con baterías de 12 voltios), estaríamos midiendo una caída de 5 milivoltios.

Configurar el Medidor para LiFePo4  (Litio LFP)

Los contadores de amperios hora son muy precisos pero la clave para poder conseguir un sistema fiable consiste en su correcta configuración (lo cual muy pocos armadores realizan). Para este ejemplo, vamos a utilizar un Victron BMV-600 o cualquiera de sus versiones más modernas, pues es uno de los mejores equipos del mercado, (que además tiene un precio correcto, y por cierto, no tenemos ninguna vinculación comercial con esta marca).

El primer punto y probablemente el más importante es indicar al medidor la capacidad real de nuestro parque. Por desgracia las baterías se degradan y por tanto este ajuste debe ser efectuado cada 2 años por ejemplo (Depende del uso que demos a nuestro parque) pues si el medidor piensa que tenemos 500 Ah y con el paso de los años nuestras baterías degradadas en un 30%, ya solo pueden almacenar 300 Ah, estaremos engañando al sistema de medición.  En definitiva, la medición y contabilidad de Ah que logramos con un contador de Ah es muy precisa, pero los armadores saben que han de ajustar el medidor a la capacidad real de parque, cada cierto tiempo.

 En Litio:

1)       Indicar la capacidad del parque en Ah.

2)       Ajustar la tensión de carga en 0.22 voltios por debajo de la tensión de absorción del cargador.

3)       Indicar el tiempo de detección de carga a 3 minutos (Setcharged detection)

4)       Indicar la corriente “de cola” o TailCurrent a  2A. (corriente a la que se deja de cargar el parque)

5)       Indicar el coeficiente de Peukert a 1,02

6)       Indicar el coeficiente de eficiencia (CEF) (o coulomb effuciency) al 99%

7)       Indicar el tope de descarga al un 10%

8)       No marcar la opción “start synchronized” salvo con baterías al 100% del estado de carga (SOC)

9)       Indicar la temperatura de trabajo de la batería.

La eficiencia de Carga

Si sacamos amperios de la batería estos han de ser repuestos por el cargador, pero en mayor número, debido a las pérdidas que se producen en la batería durante el proceso de almacenamiento de energía. Este porcentaje que indica la cantidad de más que debemos inyectar es lo que se conoce como el Factor de Eficiencia de Carga o CEF (Charge Efficiency Factor). Esta eficiencia de Coulomb suele ser del un 110% en baterías nuevas, es decir que si sacamos 100 Ah, debemos inyectar 110 Ah para recuperar la carga inicial , pero según se degradan puede llegar hasta un 130%. El valor también diferirá dependiendo del estado de carga de la batería y de la temperatura a la que se efectúa la carga.

Durante la carga en modo “bulk” (carga a corriente constante) la eficiencia es muy alta y cercana al 100% pero no ocurre lo mismo durante la fase de absorción (carga a tensión constante). En el medidor, debemos indicar este parámetros para que el contador sepa que no todos los Ah que se introducen han pasado a formar parte de la carga de la batería. Al final se trata de un valor promedio y aproximado, pues la eficiencia de carga, varía dependiendo del estado de la batería, del momento del ciclo de carga, de la fase de carga, y de la temperatura. Peor aún, muchos fabricantes de baterías no indican en sus fichas este dato…

La compensación de Peukert

Es otro de los parámetros que debemos conocer para programar correctamente un medidor de estado de carga de nuestro parque de baterías.  Si el parque está bien dimensionado, no deberíamos extraer corriente, a más velocidad de la que corresponde a un ciclo de descarga de 20 horas (se denomina “C20” o lo que es lo mismo “totalmente descargada en 20 horas”).

Es decir, si por ejemplo tenemos un parque de 500 Ah, la máxima corriente a consumir en condiciones ideales sería de 500 Ah/ 20 horas = 25 amperios durante 20 horas de descarga, a una temperatura de las baterías de 25 ºC (300 watios de consumo), lo cual está bien para la mayoría de los barcos.

Si consumimos amperios a más velocidad, por ejemplo porque ponemos durante unos minutos el inversor para alimentar el horno microondas para calentar una comida, o durante los consumos exigentes de un molinete de ancla o cuándo activamos un winch eléctrico, estaremos lidiando con potencias entre los 2.000 a 3.000 watios es decir una corriente 10 veces mayor de unos 250 Amperios. Esa energía extraída del parque está muy por encima de los 25 amperios indicados en el párrafo anterior, y producen una alta pérdida de rendimiento de esa energía extraída.  Este es justamente el coeficiente o exponente de Peukert.

El asunto es aún más enrevesado, pues este exponente de Peukert, varía con el tiempo según el estado de la batería y también es afectado por el tiempo corto durante el cual conectamos una carga importante al parque. Es decir es mejor hacer 10 conexiones de 5 segundos en el molinete que dos conexiones de 25 segundos que producirían mayores pérdidas por coefiente de Peukert.

Cuanto mayor sea este exponente de Peukert, más rápidamente disminuirá la capacidad real de la batería, a medida que aumentamos la velocidad de descarga. Una batería teórica y perfecta tendría un coeficiente de Peukert de 1,00, mientras que otra de 1,20 (que es más o menos real para el plomo) significa una pérdida en corriente altas de un 20%.

El contador de medidor tendrá en cuenta la “velocidad” a la que extraemos esos Ah para computar un uso mayor al que verdaderamente aprovechamos. Existen medidores que en vez de permitir introducir este coeficiente en sus parámetros de programación, utilizan un algoritmo interno que “simula” este coeficiente, teniendo en cuenta el consumo puntual y el tiempo durante el cual exigimos esa fuerte descarga al parque.

En definitiva, si conectamos cargas por encima de régimen de 20 horas de descarga, tendremos menos energía disponible. Si consumimos a una velocidad de descarga de 20 horas, dispondremos de todos los Ah nominales del parque. Y en el caso ideal, si consumimos el parque a una velocidad más lenta de las 20 horas de descarga, podremos extraer más Ah de los nominales.

Qué es el índice  “C” de descarga

Cuando vamos a adquirir baterías nuevas un parámetro muy importante es la “C” de esa batería. Este dato es especialmente importante en parques de litio e indica la velocidad máxima a la que podemos cargar o descargar esa batería.

La clasificación “C” indica cuántas horas durará la batería con una capacidad determinada. Por ejemplo una tasa 1C significa 1 hora, es decir que la corriente de descarga descargará la batería en 1 hora. En una batería de por ejemplo 100 Ah, una corriente 1C sería justamente una corriente de 100 Amperios. Una velocidad máxima 5C equivaldría a una corriente de 500 amperios que vaciaría la batería en 1/5 de hora osea en solo 12 minutos.

Ojo en dónde va puesta la “C”, porque por ejemplo, una corriente C5 (la “c” va primero en este caso) indica algo MUY DISTINTO. En este ejemplo C5 indica una corriente en 5 horas de descarga que para una batería de 100Ah tendría que ser de 20 amperios.  Es decir la posición de la “C” indica la inversa de la otra. (Por ejemplo 5C = C,02 y naturalmente 1C/C1).

Corrección por temperatura

El funcionamiento de la batería puede quedar muy comprometido en bajas temperaturas. La capacidad nueva nominal de una batería está medida a 25 ºC y a medida que va haciendo frío esta decae de forma significativa.  Por este motivo muchos buenos medidores como el Victron BMV-702 llevan un sensor de temperatura que debemos situar pegado al parque y así poder tener en cuenta este importante parámetro que aplica el contador en tiempo real.

En la gráfica vemos como para una baterías de plomo, si hace mucho frío y estamos a -10 grados centígrados las baterías podrán ofrecer un máximo del 75% de su capacidad REAL que tengan en ese momento de su vida. Este es por ejemplo uno de los motivos, entre otros, por los que nos cuesta más arrancar el coche en invierno.

Auto descarga

Toda batería se va descargando sola poco a poco con el paso del tiempo, y esta autodescarga también dependerá de la temperatura a la que esté el barco. El valor de perdida por autodescarga es difícil de computar y la mayorái de los medidores no lo hacen. La autodescarga aumenta con la temperatura y se mide en un porcentaje de perdida sobre la capacidad actual SOC de forma mensual.