Estado de salud de las baterías ¿Cómo evaluar su degradación y estimar su vida útil?

La capacidad nominal de una batería describe sus características cuando es nueva y se encuentra bajo las condiciones de ensayo especificadas por el fabricante. Sin embargo, durante su vida útil, el comportamiento de una batería cambia progresivamente debido al envejecimiento, los ciclos de carga y descarga y las condiciones en las que trabaja.

En los sistemas de almacenamiento energético, conocer este deterioro es fundamental para evaluar la capacidad disponible, planificar el mantenimiento y determinar si el equipo continúa respondiendo a las necesidades de la instalación.

Para ello se utiliza el estado de salud de la batería, conocido como SOH por sus siglas en inglés (State of Health). Este indicador ayuda a describir la condición actual del sistema respecto a una referencia inicial, aunque su cálculo puede variar según la tecnología y la metodología utilizada.

¿Qué significa el estado de salud de una batería?

El SOH es un indicador del estado de una batería en comparación con una condición de referencia. Puede estimarse a partir de diferentes parámetros, como la capacidad energética disponible, la resistencia interna o la capacidad de entregar potencia.

En aplicaciones de almacenamiento estacionario, la capacidad disponible suele ser uno de los indicadores más relevantes, pero no es el único. Una batería puede conservar una parte importante de su capacidad y, al mismo tiempo, presentar cambios en su respuesta eléctrica o en su capacidad de suministrar potencia.

Por ello, el SOH debe interpretarse junto con las necesidades reales de la aplicación y con las especificaciones del fabricante.

Un porcentaje de salud no debe confundirse con el estado de carga, conocido como SOC (State of Charge). El SOC indica cuánta carga tiene disponible la batería en un momento determinado; el SOH, en cambio, describe su condición en relación con una referencia.

Una batería puede mostrar un SOC del 100 % y, aun así, haber perdido parte de la capacidad que tenía cuando era nueva.

¿Por qué se degradan las baterías?

La degradación es un proceso progresivo que puede producirse incluso cuando la batería no está en uso. En términos generales, se distinguen dos mecanismos: el envejecimiento asociado al paso del tiempo y el relacionado con la utilización.

Envejecimiento calendario

El envejecimiento calendario describe los cambios que se producen con el paso del tiempo, independientemente del número de ciclos realizados.

Su evolución puede depender de factores como la temperatura, el estado de carga y la química de las celdas. Por eso, dos baterías del mismo modelo pueden presentar diferencias en su evolución si han trabajado en condiciones distintas.

Envejecimiento por ciclos

El envejecimiento por ciclos está relacionado con la carga y descarga repetida de la batería. Su magnitud depende, entre otros factores, de la profundidad de descarga, las corrientes de operación y las condiciones térmicas.

El número de ciclos es un dato importante, pero no describe por sí solo el desgaste. Dos sistemas con el mismo número de ciclos pueden presentar resultados diferentes si sus perfiles de funcionamiento no han sido equivalentes.

El Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos, NREL, contempla ambos mecanismos en sus herramientas de modelado de vida útil de baterías, junto con variables como la temperatura y el estado de carga.

Cómo se puede estimar el SOH

No existe una única metodología válida para todas las baterías. El procedimiento depende de los datos disponibles, del sistema de gestión y de los requisitos de la aplicación.

Evaluación mediante capacidad disponible

Una forma de evaluar la salud consiste en comparar la capacidad útil actual con la capacidad de referencia, bajo condiciones de ensayo comparables.

De manera simplificada:

[
SOH_C=\frac{C_{\text{actual}}}{C_{\text{referencia}}}\times100
]

Donde (C_{\text{actual}}) es la capacidad medida y (C_{\text{referencia}}) es la capacidad utilizada como referencia.

Esta fórmula es ilustrativa: la medición debe realizarse siguiendo un procedimiento apropiado, con condiciones comparables de temperatura, corriente, tensión y límites de carga y descarga.

No siempre es posible obtener una medida precisa de capacidad durante el funcionamiento normal, ya que puede ser necesario realizar pruebas controladas o disponer de datos suficientes para estimarla.

Evaluación mediante resistencia interna

Los cambios en la resistencia interna pueden aportar información sobre el envejecimiento y la capacidad de entregar potencia.

Sin embargo, la resistencia también depende de la temperatura, el estado de carga y el método de medición. Por tanto, una variación aislada no debe interpretarse automáticamente como una pérdida equivalente de capacidad.

Estimación mediante el sistema de gestión de baterías

El BMS (Battery Management System) supervisa variables relevantes, como tensión, corriente y temperatura, y puede calcular estimaciones de estado de carga y estado de salud.

La precisión depende de la calidad de los sensores, los algoritmos empleados, los datos históricos y las características de la batería. Por ello, la información del BMS es una referencia útil, pero debe interpretarse de acuerdo con la documentación del fabricante.

Qué datos conviene registrar para evaluar la degradación

Una evaluación consistente requiere disponer de información histórica. Entre los datos más útiles se encuentran:

• Capacidad estimada o medida a lo largo del tiempo.
• Energía cargada y descargada.
• Número y características de los ciclos.
• Profundidad de descarga habitual.
• Temperaturas de funcionamiento.
• Corrientes de carga y descarga.
• Alarmas y eventos del BMS.
• Periodos de almacenamiento prolongado y condiciones de carga.

La recopilación de estos datos permite identificar tendencias y comparar el comportamiento real con las condiciones previstas durante el diseño.

También conviene registrar las intervenciones realizadas, los cambios de configuración y las incidencias que puedan afectar a la interpretación de los resultados.

¿Cómo influye el SOH en una instalación de almacenamiento?

La degradación puede afectar a la cantidad de energía disponible y, dependiendo del mecanismo de envejecimiento, a la potencia que puede suministrar el sistema.

Esto tiene consecuencias diferentes según la aplicación.

En un sistema diseñado para almacenar excedentes solares, una reducción de capacidad puede limitar la energía disponible para utilizarla posteriormente. En una aplicación de respaldo, el deterioro puede afectar al tiempo durante el cual se pueden alimentar determinadas cargas.

En instalaciones que participan en estrategias de gestión de demanda, también es importante comprobar si el sistema conserva la capacidad de entregar la potencia requerida durante el intervalo previsto.

Por eso, el estado de salud debe evaluarse en relación con la función que la batería debe cumplir, no únicamente mediante un porcentaje aislado.

Cómo utilizar el SOH para planificar el mantenimiento

El seguimiento del estado de salud permite establecer criterios para revisar el sistema, investigar anomalías y anticipar posibles necesidades de sustitución.

Una metodología práctica puede incluir cuatro etapas:

1. Establecer una referencia inicial. Registrar los parámetros disponibles durante la puesta en servicio y conservar la documentación técnica de la batería.

2. Supervisar la evolución. Analizar periódicamente la capacidad estimada, los ciclos, las temperaturas y los eventos registrados.

3. Investigar desviaciones. Contrastar las variaciones con el perfil de uso, las condiciones ambientales y los datos de los equipos.

4. Definir criterios de actuación. Establecer límites de revisión y sustitución de acuerdo con las necesidades de la aplicación, las recomendaciones del fabricante y las condiciones de garantía.

Este enfoque ayuda a distinguir una evolución gradual del envejecimiento de una anomalía que requiere atención.

Vida útil: por qué no basta con conocer el número de ciclos

El número de ciclos anunciado para una batería suele estar asociado a condiciones de ensayo determinadas. Para interpretar esa cifra es necesario conocer los criterios utilizados, como la profundidad de descarga, la temperatura y el umbral de capacidad residual considerado al finalizar el ensayo.

Además, la vida útil puede estar condicionada por el envejecimiento calendario, incluso cuando el número de ciclos es reducido.

Por eso, estimar cuánto durará una batería requiere analizar tanto su perfil de utilización como sus condiciones ambientales y los límites definidos por el fabricante.

En proyectos profesionales, las estimaciones deben basarse en datos técnicos específicos del modelo y en hipótesis transparentes. No es recomendable extrapolar directamente resultados de una batería a otra tecnología o aplicación.

Conclusión

El estado de salud es un indicador clave para comprender cómo evoluciona una batería a lo largo de su vida útil. Su evaluación permite analizar la capacidad disponible, detectar desviaciones y planificar el mantenimiento con criterios técnicos.

Para obtener resultados fiables, es necesario combinar las estimaciones del BMS con datos históricos, condiciones de ensayo comparables y las especificaciones del fabricante. De esta manera, el SOH se convierte en una herramienta útil para gestionar sistemas de almacenamiento y evaluar su capacidad para seguir respondiendo a las necesidades de la instalación.