El banco de baterías de un UPS se despacha a menudo con una simple división: la carga en vatios, la batería en amperios-hora y el resultado en horas. El resultado suele ser optimista. Las baterías no entregan su capacidad completa a 20 horas cuando la corriente es alta, el inversor no tiene un 100% de eficiencia y la profundidad de descarga utilizable tampoco es del 100%.
Este artículo explica el método de cálculo correcto, las dos químicas de batería dominantes y los métodos de verificación en campo que mantienen la autonomía dentro de lo creíble.
El banco de baterías es también el único componente del UPS que envejece de forma continua. Una autonomía que cumplía los requisitos en el momento de la puesta en marcha variará año tras año según la temperatura, el número de ciclos y la uniformidad de las celdas. Por eso el cálculo es solo el primer paso: al seleccionar el sistema hay que considerar también el margen por envejecimiento y la verificación en campo.
¿Por qué la autonomía no se puede calcular dividiendo los Ah?
La capacidad nominal en Ah de una batería suele especificarse a una tasa de descarga de 20 horas. Una batería de 100 Ah puede entregar 5 A durante 20 horas; sin embargo, descargada a 100 A, no aguanta 1 hora. Tanto la resistencia interna como la cinética electroquímica reducen la capacidad disponible: cuanto mayor es la corriente, menor es la capacidad efectiva.
El inversor añade otra capa de pérdidas. Una eficiencia de 0.85 significa que el 15% de la energía de CC se pierde antes de llegar a la carga. La profundidad de descarga es la tercera limitación: un banco VRLA se limita normalmente al 50–60% de profundidad de descarga para preservar una vida cíclica razonable; un módulo LiFePO4 puede utilizar el 80–90%.
El método correcto consiste en consultar la tabla de descarga del fabricante de la batería para la tensión final y la corriente previstas. La fórmula da el punto de partida; la tabla, la autonomía.
Dentro de una misma cadena de baterías, la falta de uniformidad entre celdas también degrada el rendimiento del conjunto: al cargar, la celda débil alcanza antes el límite superior, y al descargar, antes el límite inferior; la capacidad utilizable de toda la cadena queda determinada por la celda más débil. Mezclar baterías nuevas y viejas amplifica esta disparidad, por lo que en una misma cadena deben usarse baterías del mismo modelo y del mismo lote.
¿Cómo se calcula la capacidad del banco de baterías?
Utilice la fórmula simplificada:
Ah = kW × 1,000 × horas ÷ (tensión del bus de CC × eficiencia del inversor × profundidad de descarga utilizable)
Para una carga de 7.2 kW, 1 hora, un bus de 192 VDC, una eficiencia de 0.85 y una profundidad de descarga de 0.6, el resultado es de aproximadamente 73.5 Ah. Una cadena de 16 baterías de 12 V 100 Ah, con 100 Ah nominales, cubre el objetivo con un pequeño margen. Para 2 horas, los Ah necesarios se duplican hasta unos 147 Ah, por lo que se necesitan dos cadenas.
| Carga | Autonomía | Bus de CC | Ah estimados | Cadenas de 12 V 100 Ah |
|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 30 min | 72 V | 35 Ah | 1 (6 unidades) |
| 3 kW | 1 h | 72 V | 69 Ah | 1 (6 unidades) |
| 7.2 kW | 30 min | 192 V | 37 Ah | 1 (16 unidades) |
| 7.2 kW | 1 h | 192 V | 74 Ah | 1 (16 unidades) |
| 7.2 kW | 2 h | 192 V | 147 Ah | 2 (32 unidades) |
| 14.4 kW | 1 h | 192 V | 147 Ah | 2 (32 unidades) |
| 36 kW | 1 h | 384 V | 184 Ah | 2 (64 unidades) |
El número de unidades se calcula con baterías de 100 Ah. Una batería de menor capacidad exige más cadenas en paralelo; una de mayor capacidad, menos. No supere el número de cadenas en paralelo recomendado por el fabricante.
¿Dónde está la diferencia real de autonomía entre VRLA y LiFePO4?
Un banco VRLA se dimensiona normalmente con una profundidad de descarga utilizable del 50–60%. Un módulo LiFePO4 puede usar el 80–90%, de modo que la misma energía nominal ofrece una autonomía mayor. La curva de descarga de LiFePO4 es más plana, por lo que el inversor ve una tensión de CC más estable durante toda la descarga.
El coste inicial de LiFePO4 es mayor, pero la energía utilizable por kWh, la vida cíclica y el peso son mejores. Para una autonomía de 2 horas en una sala con espacio limitado, el banco de litio puede ser más pequeño y ligero que el de plomo-ácido; para un ride-through de 5 minutos en una sala fresca, VRLA suele ser la opción de menor coste.
La diferencia en vida cíclica se amplía rápidamente en escenarios con carga y descarga diarias; si la batería solo se descarga unas pocas veces al año, el coste inicial y la compatibilidad del cargador suelen importar más que el número de ciclos.
| Criterio | VRLA | LiFePO4 |
|---|---|---|
| Profundidad de descarga utilizable | 50–60% | 80–90% |
| Vida cíclica | 300–600 ciclos al 50% DOD | 6,000 ciclos al 80% DOD |
| Peso | Elevado | Aproximadamente un tercio |
| Espacio ocupado | Mayor | Menor |
| Cargador | Curva de plomo-ácido | Curva de litio + BMS |
| Sensibilidad a la temperatura | Alta | Moderada |
| Coste inicial | Menor por kWh | Mayor por kWh |
¿Cómo afecta la temperatura a la autonomía?
Las bajas temperaturas reducen la capacidad disponible de la batería, mientras que las altas temperaturas acortan su vida útil. Una batería VRLA a 0 °C puede entregar solo el 80–85% de su capacidad a 25 °C; a 40 °C su capacidad puede ser mayor, pero su vida útil se reduce de forma notable. LiFePO4 tiene una ventana de funcionamiento más amplia, pero para alcanzar su vida cíclica nominal sigue necesitando una sala con temperatura controlada.
La sala de baterías VRLA debe mantenerse entre 20 y 25 °C. Por cada 10 °C por encima de 25 °C, la vida útil de diseño se reduce aproximadamente a la mitad. Una batería que «sigue funcionando» a 35 °C puede fallar en el año 3 en lugar del año 8.
El efecto de las bajas y las altas temperaturas va en direcciones distintas: las primeras reducen la energía que puede entregarse en ese momento; las segundas pueden aumentar la capacidad a corto plazo, pero a cambio de vida útil. Al dimensionar el banco de baterías, hay que corregir según la temperatura más desfavorable del emplazamiento, no según el valor ideal de 25 °C.
¿Cuándo conviene elegir un módulo de litio?
Elija LiFePO4 cuando la autonomía sea larga, la sala pequeña, el número de ciclos elevado o el peso sea un factor crítico. Un módulo de 51.2 V 100 Ah almacena aproximadamente 5.12 kWh y pesa unos 45 kg; un banco de plomo-ácido equivalente es mucho más pesado y voluminoso. En una sala en azotea o en plantas altas, la diferencia de peso puede decidir el diseño.
Sin embargo, no utilice baterías de litio si el cargador no es compatible. Un cargador de plomo-ácido puede mantener la tensión del bus en un nivel que las celdas de litio no soportan, o puede no proporcionar la curva de carga correcta. Además, el BMS debe comunicarse con el UPS para lograr una protección completa.
| Aplicación | Química recomendada | Motivo |
|---|---|---|
| Ride-through de 5–15 min | VRLA | Menor coste, cargador sencillo |
| Sala de servidores de 1–2 h | VRLA o LiFePO4 | Comparar espacio y ciclo de vida |
| Emplazamiento remoto de 4–8 h | LiFePO4 | Energía utilizable y peso |
| Ciclado diario / solar | LiFePO4 | Vida cíclica |
| Sala caliente | LiFePO4 o VRLA con refrigeración | Tolerancia a la temperatura |
¿Cómo se verifica la autonomía después de la instalación?
Realice una prueba de descarga con carga a la carga de diseño y mida el tiempo hasta la tensión de fin de descarga. Registre la temperatura de la batería, la tensión de la cadena y la batería más débil. Un UPS que indica «batería correcta» puede fallar igualmente bajo carga.
La prueba debe realizarse con la carga de diseño y prolongarse hasta la tensión final, de modo que la batería más débil quede al descubierto. Una prueba breve con carga ligera no demuestra la autonomía real.
Pruebe cada 12–24 meses, y también después de una descarga profunda o de sustituir las baterías. Si la autonomía cae por debajo del requisito del emplazamiento, sustituya el banco o aumente la capacidad. No espere a un corte real para descubrir que las baterías están debilitadas.
Lista de verificación de la batería
- Convierta kW a Ah con el bus de CC, la eficiencia y la profundidad de descarga utilizable.
- Consulte la tabla de descarga de alta tasa; no dependa del valor nominal a 20 horas.
- Mantenga la sala de baterías a 20–25 °C.
- Confirme la corriente de carga y la capacidad máxima de baterías.
- No mezcle baterías nuevas y viejas en una misma cadena.
- Utilice LiFePO4 solo si el cargador y el BMS son compatibles.
- Pruebe la autonomía con la carga de diseño cada 12–24 meses.
La batería es el componente del UPS que determina la autonomía y merece la misma atención de ingeniería que el propio equipo, no una línea añadida a última hora al pedido.
