Baterías domésticas en serie o en paralelo: ¿Qué determina la compatibilidad?

Dos baterías de litio pueden tener el mismo voltaje nominal y capacidad nominal, pero aun así no ser aptas para una conexión directa.

La diferencia radica en algo más que las especificaciones de su placa de características. El diseño del sistema de gestión de baterías (BMS), los límites de carga y descarga, los requisitos de comunicación y las configuraciones aprobadas por el fabricante influyen en si las baterías pueden funcionar juntas.

Para el almacenamiento de energía residencial, comprender estas restricciones es fundamental al evaluar un sistema de baterías o al añadir unidades de batería. Los principios eléctricos básicos de las conexiones en serie y en paralelo son sencillos, pero aplicarlos a los productos de baterías terminados requiere un análisis más detallado del funcionamiento de cada producto.

Conexión en serie frente a conexión en paralelo: ¿Qué cambios se producen eléctricamente?

Las conexiones en serie y en paralelo afectan de manera diferente al voltaje y a la capacidad en amperios-hora. Comprender estas diferencias constituye un punto de partida para evaluar una configuración de batería propuesta.

Cómo funcionan las conexiones en serie

Cuando se conectan en serie baterías compatibles, sus voltajes nominales se suman, mientras que su capacidad en amperios-hora generalmente permanece inalterada.

Por ejemplo, dos baterías de 51,2 V y 100 Ah formarían teóricamente un banco de baterías de 102,4 V y 100 Ah, con una energía nominal combinada de aproximadamente 10,24 kWh.

Esta configuración aumenta el voltaje total. Sin embargo, el cálculo no garantiza que dos baterías residenciales de 51,2 V estén homologadas para conectarse en serie. El diseño de su sistema de gestión de baterías (BMS), los requisitos de aislamiento y otras limitaciones técnicas deben ser compatibles con la configuración prevista.

Cómo funcionan las conexiones paralelas

Cuando se conectan en paralelo baterías compatibles, su voltaje nominal permanece igual mientras que su capacidad en amperios-hora aumenta.

Siguiendo con el mismo ejemplo, dos baterías de 51,2 V y 100 Ah conectadas en paralelo formarían teóricamente un banco de baterías de 51,2 V y 200 Ah, con una energía nominal combinada de aproximadamente 10,24 kWh.

La tensión del sistema permanece inalterada, pero la capacidad nominal total del banco de baterías aumenta.

Comparación de conexiones en serie y en paralelo

Cuando se utiliza el mismo número de baterías idénticas y compatibles, ambas configuraciones proporcionan aproximadamente la misma energía nominal combinada. La diferencia radica en cómo se suministra esa energía en términos de voltaje y corriente.

La energía útil real depende de las especificaciones de la batería, las condiciones de funcionamiento, las pérdidas del sistema y el rango de funcionamiento permitido.

1. Los productos de baterías completas no son lo mismo que las celdas individuales.

Una fuente común de confusión es la suposición de que los principios de conexión utilizados para las celdas de batería individuales se pueden aplicar directamente a los productos terminados de baterías de litio.

Las celdas individuales se combinan para formar un paquete de baterías como parte de un diseño eléctrico definido. El producto final puede incluir un sistema de gestión de baterías (BMS), dispositivos de protección, funciones de monitorización y otros componentes que determinan sus límites de funcionamiento.

Las baterías de almacenamiento de energía para uso residencial son productos completos diseñados para aplicaciones específicas. Sus terminales externos permiten conexiones eléctricas, pero esto no significa que admitan todas las posibles configuraciones de conexión.

Por ejemplo, una batería diseñada para la expansión en paralelo puede no ser adecuada para la conexión en serie. Otro producto puede admitir solo un número específico de unidades en paralelo o requerir configuraciones de comunicación particulares cuando varias baterías funcionan simultáneamente.

Esta distinción es importante porque el resultado eléctrico teórico de una conexión no es el mismo que la configuración de un producto aprobado.

Antes de combinar baterías, la primera pregunta que se debe hacer es si los modelos exactos están diseñados y aprobados para funcionar juntos en la configuración propuesta.

2. Cómo afecta el diseño del BMS a la compatibilidad de la batería

El sistema de gestión de la batería es uno de los principales factores que determinan si una batería de litio puede utilizarse en una configuración de varias baterías.

Según el producto, el BMS puede monitorizar el voltaje, la corriente y la temperatura de las celdas, gestionar los límites de carga y descarga, equilibrar las celdas y activar respuestas de protección cuando las condiciones de funcionamiento se salen de los rangos permitidos.

Estas funciones no hacen que una batería sea automáticamente adecuada para cualquier configuración en serie o en paralelo.

Restricciones de conexión en serie

Una conexión en serie aumenta la tensión total del sistema. El sistema de gestión de baterías (BMS) de cada batería y sus componentes eléctricos asociados deben ser adecuados para la configuración prevista.

Si una batería alcanza el umbral de protección e interrumpe el funcionamiento, toda la cadena en serie podría verse afectada. La tensión combinada también debe mantenerse dentro del rango permitido para el inversor, el cargador, el sistema de aislamiento y demás equipos conectados.

El hecho de que una batería individual tenga un sistema de gestión de baterías (BMS) no significa que su diseño de protección admita el funcionamiento en serie.

Por este motivo, algunos modelos de baterías residenciales permiten la conexión en paralelo, pero prohíben la conexión en serie. La restricción exacta depende del diseño del producto y de sus aplicaciones aprobadas.

Restricciones de conexión en paralelo

El funcionamiento en paralelo introduce consideraciones diferentes.

Aunque las baterías comparten la carga, la corriente puede no distribuirse de manera uniforme en todas las condiciones. Las diferencias en el voltaje de los terminales, la resistencia interna, el estado de la batería y la configuración de las conexiones pueden afectar la cantidad de corriente que cada unidad suministra o recibe.

Una batería que se desconecta debido a una protección del sistema de gestión de baterías (BMS) también puede modificar la carga de las unidades restantes. Por lo tanto, el sistema debe configurarse dentro de los límites de corriente permitidos para las baterías y los equipos asociados.

En el caso de baterías compatibles, el fabricante puede especificar los requisitos para la carga inicial, la coincidencia del estado de carga, la disposición del cableado y la corriente máxima de funcionamiento.

Estos requisitos deben confirmarse antes de la conexión, en lugar de sustituirse por una regla general que suponga que todas las baterías de litio se comportan de la misma manera.

3. Por qué no basta con hacer coincidir el voltaje y la capacidad.

Dos baterías con la misma tensión nominal y capacidad nominal pueden diferir en características técnicas importantes.

Límites de carga y descarga

La corriente de carga máxima, la corriente de descarga continua y las condiciones de funcionamiento permitidas pueden variar entre productos con especificaciones principales similares.

Conectar dos baterías no hace que sus límites individuales sean idénticos. La configuración completa debe mantenerse dentro de los límites establecidos para las baterías y la electrónica de potencia conectada.

Estado de la batería y estado de carga

El estado de cada batería es otro factor a tener en cuenta.

Cuando las baterías se conectan en paralelo, una diferencia en la tensión de los terminales puede provocar que circule una corriente de compensación entre ellas. La diferencia de tensión admisible y cualquier procedimiento de preparación necesario dependen de las instrucciones del fabricante.

En una configuración en serie, las diferencias en el estado o la carga de la batería pueden contribuir a un desequilibrio durante el funcionamiento.

Por estos motivos, los fabricantes pueden especificar requisitos relativos a la antigüedad de la batería, la carga inicial, el estado de carga o las combinaciones de modelos. Estos requisitos son especialmente importantes al añadir baterías a un sistema ya existente.

Diferentes modelos y fabricantes

Que el voltaje y la capacidad coincidan no garantiza que las baterías de diferentes modelos o fabricantes puedan funcionar juntas.

Los productos pueden utilizar diferentes diseños de BMS, límites de carga, umbrales de protección, protocolos de comunicación o configuraciones de control. Estas diferencias pueden afectar tanto al funcionamiento de la batería como a la forma en que el inversor gestiona el sistema.

Algunos fabricantes pueden aprobar combinaciones específicas de modelos, mientras que otros pueden restringir el funcionamiento con varias baterías a una serie de productos definida.

Por lo tanto, la compatibilidad debe confirmarse utilizando los números de modelo exactos y la configuración aprobada por el fabricante, en lugar de inferirse únicamente a partir de características eléctricas similares.

4. Protocolos de comunicación y cantidad máxima de batería

Muchas baterías de almacenamiento de energía residenciales se comunican con un inversor a través de interfaces como CAN o RS485. En sistemas con varias baterías, también puede ser necesaria la comunicación entre baterías individuales o mediante un sistema de control específico.

Dependiendo del producto, su correcto funcionamiento puede requerir ajustes de comunicación específicos, versiones de firmware, direcciones de batería o una unidad maestra designada.

Sin embargo, el hecho de tener el mismo puerto de comunicación no garantiza que dos baterías utilicen el mismo protocolo o puedan intercambiar la información necesaria para un funcionamiento coordinado.

Antes de combinar las baterías, verifique que la configuración prevista sea compatible con:

• El protocolo de comunicación y la configuración necesarios.
• Modelos de batería y método de control compatibles con el inversor.
• Cualquier requisito específico de firmware o unidad maestra.
• El número máximo de unidades de batería permitido por el fabricante.

¿Por qué la cantidad máxima de baterías depende del modelo?

La cantidad máxima de conexiones en paralelo especificada para una serie de baterías no debe aplicarse automáticamente a otra. La aprobación para el funcionamiento en paralelo tampoco implica la aprobación para el funcionamiento en serie o para configuraciones combinadas serie-paralelo.

La adición de unidades aumenta la energía nominal total, pero la capacidad útil del sistema y la potencia de salida disponible dependen de la configuración permitida y de las especificaciones del sistema completo.

El límite correcto es el documentado para el modelo exacto de batería y la configuración aprobada.

5. Qué comprobar antes de conectar las baterías de almacenamiento domésticas

Antes de finalizar la configuración de la batería, se deben verificar los siguientes requisitos cotejándolos con la documentación del producto correspondiente.

Estas comprobaciones deben realizarse antes de la instalación o conexión. El personal cualificado debe seguir las instrucciones del fabricante y los requisitos de seguridad eléctrica aplicables.

Preguntas frecuentes

¿Se pueden conectar en paralelo dos baterías de litio con el mismo voltaje?

No necesariamente. La compatibilidad de voltaje es solo uno de los factores a considerar. Las baterías también deben cumplir con los requisitos del fabricante en cuanto a combinaciones de modelos, límites de carga y descarga, funcionamiento del sistema de gestión de baterías (BMS) y procedimientos de conexión.

¿Se pueden conectar dos baterías de litio de 51,2 V en serie?

Solo cuando los productos de batería específicos estén aprobados explícitamente para esa configuración. Muchos productos de baterías residenciales de bajo voltaje están diseñados para la expansión en paralelo y no están aprobados para la conexión en serie. No se debe asumir que un voltaje combinado más alto sea compatible con el sistema de gestión de baterías (BMS) o el equipo asociado.

¿Se pueden conectar en paralelo baterías de litio de diferentes marcas?

No existe una respuesta universal que se aplique a todos los productos. Incluso cuando el voltaje y la capacidad coinciden, las distintas baterías pueden utilizar controles BMS, límites de carga o protocolos de comunicación incompatibles. La combinación propuesta no debe utilizarse a menos que esté respaldada por las instrucciones del fabricante.

¿Cuántas baterías de almacenamiento domésticas se pueden conectar en paralelo?

La cantidad máxima depende del modelo de batería y de la configuración del sistema aprobada. Consulte la documentación técnica del fabricante para conocer el número de unidades permitidas, los requisitos del inversor, las opciones de comunicación y cualquier otro límite aplicable.

¿Es mejor la conexión en serie o en paralelo para el almacenamiento de energía en viviendas?

Ninguna de las dos configuraciones es universalmente mejor. La configuración adecuada depende del voltaje del sistema requerido, las especificaciones del inversor, el diseño de la batería y la aprobación del fabricante. En muchos sistemas residenciales de bajo voltaje, se utiliza la expansión en paralelo para aumentar la capacidad de almacenamiento manteniendo el voltaje nominal de la batería, pero las instrucciones del producto seleccionado siempre deben prevalecer sobre las reglas generales.

Conclusión

Las conexiones en serie y en paralelo producen diferentes voltajes y valores de amperios-hora, pero esos principios eléctricos por sí solos no pueden determinar si dos baterías de litio residenciales terminadas son compatibles.

El diseño del sistema de gestión de baterías (BMS), los límites de carga y descarga, los requisitos de comunicación, el estado de la batería y las configuraciones de sistema aprobadas influyen en si una conexión propuesta es adecuada.

Para el almacenamiento de energía en entornos residenciales, la compatibilidad debe comprobarse utilizando los modelos exactos de baterías, el equipo asociado y la documentación del fabricante. Si bien la coincidencia de voltaje y capacidad es un buen punto de partida, no garantiza que las baterías puedan funcionar juntas.

Una configuración bien definida comienza con las opciones de conexión y los límites técnicos aprobados del producto. Verificar estos requisitos antes de la instalación ayuda a reducir la incertidumbre en la configuración y garantiza un funcionamiento fiable del sistema.