Problemas de batería baja en sistemas de almacenamiento de energía: causas comunes y soluciones

1. Comprender qué significa realmente una condición de batería baja

• SOC (%): Estado de carga estimado que indica la carga restante de la batería en relación con su capacidad de referencia.
• Potencia (kW): Velocidad instantánea a la que la batería se carga o descarga.
• Energía (kWh): Cantidad de energía almacenada o transferida a lo largo del tiempo.

2. Entrada de energía insuficiente: la batería no puede cargarse sin potencia disponible

Generación solar fotovoltaica insuficiente

• Comprueba si el sistema PV dispone de suficiente generación durante el periodo de carga previsto.
• Verifica si el perfil de carga de las instalaciones deja suficiente energía excedente para cargar la batería.
• Revisa las restricciones de exportación y los límites operativos del inversor fotovoltaico.
• Considera la carga desde la red eléctrica si la configuración del proyecto, la tarifa eléctrica y la estrategia operativa lo permiten.
• Reevalúa el programa de carga teniendo en cuenta la producción fotovoltaica estacional, en lugar de basarte únicamente en la producción prevista para los días soleados.

La carga desde la red eléctrica no está disponible o está restringida

3. La potencia de carga está limitada por el PCS o la configuración del sistema

• La potencia máxima de carga del PCS.
• La corriente y el voltaje de carga permitidos para la batería.
• El límite de carga establecido por el BMS.
• La potencia disponible del sistema fotovoltaico o de la red eléctrica.
• Las restricciones de importación de energía de las instalaciones.
• Las consignas de carga y los programas operativos del EMS.

• Verifica que la configuración de la potencia de carga del PCS coincida con el diseño del proyecto.
• Comprueba si el BMS está limitando activamente la carga.
• Revisa las restricciones de importación de energía de la red y de potencia fotovoltaica.
•  Confirma que las consignas del EMS coincidan con la estrategia de carga prevista.
• Comprueba si las potencias nominales de la batería y del PCS están correctamente dimensionadas y son compatibles.

4. La protección del BMS y la temperatura de la batería limitan la carga  

Restricciones de carga a bajas temperaturas

Restricciones por altas temperaturas

Desequilibrio del voltaje de las celdas

5. Los ajustes del EMS y los programas de carga impiden que la batería alcance el SOC objetivo

• Programa de carga: Define cuándo está permitida la carga.
• SOC objetivo: Determina el nivel de carga deseado en un modo de funcionamiento concreto.
• SOC mínimo: Establece un límite operativo por debajo del cual puede restringirse la descarga normal.
• Permiso de carga desde la red: Determina si el sistema puede cargarse utilizando electricidad de la red.
• Límites de potencia: Restringen la carga o descarga de acuerdo con la configuración del proyecto.
• OPrioridad operativa: Determina cómo el EMS equilibra los distintos objetivos.

6. Descarga inesperada y consumo excesivo de energía

Las cargas de la instalación superan la demanda prevista

Los equipos auxiliares consumen energía

Autodescarga de la batería y periodos de inactividad

7. La degradación de la batería reduce la energía disponible con el tiempo

• La temperatura de funcionamiento y las condiciones térmicas.
• Las tasas de carga y descarga.
• La profundidad y la frecuencia de los ciclos.
• El tiempo que la batería permanece con un SOC alto o bajo.
• La calidad de las celdas y la consistencia de fabricación.
• El historial de funcionamiento y mantenimiento de la batería.

Cómo identificar la degradación

Compara la capacidad energética medida actualmente con los resultados originales de la puesta en servicio o de las pruebas de aceptación, utilizando condiciones de funcionamiento y límites de medición comparables. Revisa las estimaciones de SOH, el flujo energético acumulado, el historial de ciclos y la información del fabricante sobre la retención de capacidad de la batería.

Un indicio especialmente útil es la diferencia recurrente entre la energía de descarga prevista y la medida. Si la batería alcanza su límite superior habitual de SOC, pero suministra notablemente menos energía que antes en condiciones comparables, es posible que exista una reducción de capacidad.

Posibles soluciones

En primer lugar, determina si el cambio observado es compatible con el envejecimiento normal o si indica una degradación anómala. Revisa la temperatura de funcionamiento, los patrones de carga y descarga y los datos históricos de la batería.

Si el rendimiento medido queda fuera de los límites garantizados por el fabricante, ponte en contacto con el proveedor para solicitar una evaluación formal. Según el diseño de la batería y las condiciones de garantía, las medidas correctivas pueden incluir la sustitución de módulos, la ampliación de la capacidad de la batería u otras medidas aprobadas por el fabricante.

No des por sentado que aumentar el objetivo de carga o modificar la calibración del SOC permitirá recuperar la capacidad perdida de la batería.

8. Los problemas de comunicación y monitorización del SOC generan lecturas engañosas

En ocasiones, la batería funciona con normalidad, pero la plataforma de monitorización muestra un valor de SOC incorrecto o desactualizado. Esto puede hacer que el sistema parezca tener un problema de batería baja cuando, en realidad, el problema se encuentra en la adquisición de datos o en la comunicación.
Un BESS comercial puede incluir varias capas de monitorización y control:

• El BMS monitoriza las celdas, los módulos y los racks de baterías.
• El PCS informa sobre las condiciones eléctricas de funcionamiento y el estado de conversión de potencia.
• El EMS coordina las consignas de carga y descarga.
• La plataforma de monitorización de la instalación recopila y muestra la información del sistema.

Estos componentes intercambian datos a través de interfaces de comunicación. Si la comunicación se interrumpe, se retrasa o se configura incorrectamente, la información mostrada en la interfaz del operador puede no reflejar el estado actual de la batería.

Interrupciones de la comunicación

Un fallo de comunicación entre el BMS y el EMS puede impedir que el EMS reciba información actualizada de la batería o las autorizaciones de carga. Según el diseño del sistema, el PCS puede reducir la potencia, detener la carga o entrar en un estado de funcionamiento de protección cuando los datos necesarios no están disponibles.

Un problema de comunicación también puede afectar a racks de baterías individuales. Si el EMS no puede confirmar el estado operativo de un rack, puede excluirlo del funcionamiento normal.

Cómo identificar la causa:

Comprueba las alarmas de comunicación, las marcas de tiempo, los intervalos de actualización de datos, la disponibilidad de los racks y el estado de comunicación entre el BMS, el PCS y el EMS. Compara las lecturas del controlador local de la batería con las de la plataforma central de monitorización.

Posibles soluciones:

Inspecciona las conexiones de comunicación, los dispositivos de red, los ajustes de protocolo y el estado de los controladores. Confirma que los dispositivos correctos estén conectados y que los datos se transmitan de forma constante. Cualquier cambio de configuración debe seguir los procedimientos aprobados por el proveedor del sistema.

Estimación incorrecta del SOC

El SOC es un parámetro operativo estimado, no una medición directa de la energía almacenada, como ocurre con un contador que mide el flujo de energía eléctrica. Los sistemas de gestión de baterías utilizan información como la corriente, el voltaje, la temperatura y los modelos de batería para estimar el SOC.

Pueden producirse errores de estimación cuando las mediciones subyacentes o las hipótesis del modelo dejan de ser precisas. Por ejemplo, unos parámetros incorrectos de capacidad de la batería, errores en los sensores de corriente o datos de funcionamiento inconsistentes pueden hacer que el SOC mostrado se desvíe del estado real.

Algunos sistemas también realizan una recalibración o corrección del SOC bajo determinadas condiciones de funcionamiento. Por tanto, un cambio repentino en el SOC mostrado puede reflejar una corrección de la estimación, en lugar de una pérdida física inmediata de energía.

Cómo identificar la causa:

Compara los valores de SOC del BMS con los de interfaces de monitorización independientes, cuando estén disponibles. Revisa las mediciones de corriente y voltaje, los cambios históricos del SOC y cualquier alarma de calibración o estimación. Busca saltos bruscos en el SOC que no puedan explicarse por la energía de carga o descarga medida.

Posibles soluciones:

Solicita a personal cualificado que verifique los sensores de medición, los parámetros de la batería y los ajustes de estimación del SOC de acuerdo con los requisitos del fabricante. No ajustes manualmente los valores de SOC simplemente para que la pantalla coincida con una cifra esperada.

La importancia de una monitorización y comunicación fiables del BMS también se refleja en la norma IEEE 2686-2024, que aborda la configuración, la protección y la interoperabilidad de los BMS en aplicaciones estacionarias de almacenamiento de energía. 

9. Procedimiento práctico de diagnóstico para problemas de batería baja

Cuando un sistema de almacenamiento de energía permanece repetidamente con un SOC bajo o no se carga según lo previsto, el diagnóstico debe seguir la secuencia eléctrica y de control, en lugar de asumir inmediatamente que existe un fallo de la batería.

Una investigación estructurada ayuda a identificar dónde se está limitando o consumiendo la energía.

Paso 1: Confirmar el estado real de la batería

Comienza comprobando el SOC indicado por el BMS y compáralo con el de la plataforma central de monitorización. Revisa el voltaje, la corriente, la temperatura, el SOH y las alarmas pertinentes de la batería.

Determina si la batería tiene realmente un nivel de carga bajo o si el SOC mostrado puede ser inexacto.

Paso 2: Comprobar si hay energía disponible para la carga

Revisa la generación fotovoltaica y el suministro de la red en los mismos intervalos de tiempo que la actividad de carga de la batería.

En un sistema solar con almacenamiento, determina si la generación fotovoltaica supera el consumo de la instalación y si hay energía excedentaria disponible. Para la carga desde la red, confirma que la conexión a la red y las autorizaciones de carga estén disponibles.

Si no hay energía disponible para la carga, investigar la propia batería probablemente no resolverá el problema.

Paso 3: Identificar qué componente está limitando la carga

Compara los siguientes valores:

• Potencia de carga real.
• Límite de potencia de carga del PCS.
• Consigna de carga del EMS.
• Corriente de carga permitida por el BMS.
• Límites de temperatura y voltaje de la batería.

Esta comparación ayuda a determinar si la limitación procede de la fuente de alimentación disponible, del PCS, del EMS o del BMS.

Paso 4: Investigar las descargas inesperadas

Si la carga funciona con normalidad, pero el SOC sigue disminuyendo, examina la carga de la instalación, el programa de descarga de la batería, el consumo auxiliar y las condiciones de funcionamiento en modo de espera.
Comprueba si el EMS está descargando la batería de forma intencionada o si hay cargas inesperadas que están consumiendo la energía almacenada.

Paso 5: Revisar el rendimiento de la batería y el historial del sistema

Si las comprobaciones anteriores no permiten explicar el problema, investiga el desequilibrio entre celdas, la degradación de la capacidad, la precisión de los sensores y la fiabilidad de las comunicaciones.
Compara los datos actuales de funcionamiento con los registros históricos y las mediciones realizadas durante la puesta en servicio. Las tendencias recurrentes suelen ser más útiles que una única lectura del SOC.

Paso 6: Verificar la corrección

Una vez resuelto el problema subyacente, monitoriza el sistema durante un ciclo operativo completo, siempre que sea posible. Confirma que la potencia de carga, los cambios del SOC, el comportamiento durante la descarga y las alarmas sean coherentes con la estrategia operativa prevista.

En el caso de fallos complejos de un BESS, las inspecciones y los trabajos correctivos deben ser realizados por personal cualificado siguiendo los procedimientos del fabricante. La guía de puesta en servicio de sistemas de almacenamiento de energía de Sandia destaca la importancia de verificar el funcionamiento del BMS, la comunicación entre los distintos niveles de la jerarquía de control, los controles del inversor y las funciones operativas del sistema completo.

10. Cómo prevenir los problemas recurrentes de batería baja

El diagnóstico permite abordar un problema existente, pero prevenir las situaciones recurrentes de bajo SOC requiere una monitorización constante y una coordinación adecuada de todo el sistema de almacenamiento de energía.

Varias prácticas pueden mejorar la fiabilidad operativa.

Monitoriza las tendencias de carga y descarga, no solo el SOC. Registra el SOC de la batería junto con la potencia de carga, la potencia de descarga, la generación fotovoltaica, la importación de energía de la red y la demanda de la instalación. Esto facilita identificar si la batería está recibiendo una cantidad insuficiente de energía o consumiendo más de lo previsto.

Revisa los ajustes del EMS cuando cambien las condiciones de funcionamiento. Los cambios en los horarios de producción, las tarifas eléctricas, la producción fotovoltaica o los requisitos de respaldo pueden hacer que la estrategia original de carga y descarga deje de ser adecuada. Verifica periódicamente que el programa de funcionamiento siga respondiendo a las necesidades reales de la instalación.

Mantén el sistema de gestión térmica de la batería. Comprueba los equipos de refrigeración o calefacción, los sensores de temperatura, las vías de circulación del aire, las bombas y las alarmas asociadas de acuerdo con el programa de mantenimiento del fabricante. De lo contrario, las restricciones relacionadas con la temperatura pueden convertirse en causas recurrentes de una menor capacidad de carga.

Monitoriza los datos de funcionamiento a nivel de celda. El SOC general puede ocultar diferencias entre los módulos o racks de baterías. Revisar el voltaje de las celdas, la temperatura, el estado del equilibrado y las advertencias del BMS ayuda a identificar problemas incipientes antes de que afecten significativamente a la disponibilidad del sistema.

Mantén la fiabilidad de las comunicaciones y la monitorización. Confirma que el BMS, el PCS, el EMS y la plataforma de monitorización de la instalación intercambien información precisa y oportuna. Las interrupciones de comunicación pueden afectar tanto al control del sistema como al diagnóstico de fallos.

Conserva los registros de funcionamiento y mantenimiento. Registra el rendimiento de carga, la energía descargada, las alarmas, las acciones correctivas y los cambios en los parámetros de funcionamiento. Los datos históricos facilitan la distinción entre una restricción operativa temporal, un problema recurrente de los equipos o un deterioro gradual del rendimiento.

Un plan de mantenimiento preventivo debe seguir los requisitos de los fabricantes de la batería y del sistema. También debe definir quién es responsable de la monitorización, la respuesta ante fallos, la configuración del software y la verificación periódica del rendimiento. Las directrices del Gobierno del Reino Unido para los sistemas de almacenamiento de energía a escala de red también destacan la importancia de la monitorización continua de los equipos, la planificación del mantenimiento, los registros de fallos y el funcionamiento dentro de los límites especificados. 

Conclusión

Los problemas de batería baja en los sistemas de almacenamiento de energía pueden tener su origen en distintas partes de la instalación. La insuficiencia de energía fotovoltaica o de la red, las restricciones de potencia de carga, la temperatura de la batería, el desequilibrio entre celdas, los programas del EMS, las cargas inesperadas de la instalación, la degradación y los fallos de comunicación pueden contribuir a un SOC bajo o a una carga lenta.

El enfoque más eficaz consiste en investigar toda la cadena de energía y control. Confirma si hay energía disponible para la carga, identifica si el PCS o el BMS están limitando la potencia, examina las consignas operativas del EMS y compara el comportamiento real de la batería con su rendimiento histórico.

Lo más importante es distinguir entre las restricciones normales de funcionamiento y las condiciones anómalas del sistema. Cuando el BMS limita la carga debido a la temperatura o al voltaje de las celdas, está realizando una función de protección, lo que no indica necesariamente un fallo del equipo. Un diagnóstico correcto debe identificar el motivo de esa limitación, en lugar de intentar anularla.

En las instalaciones BESS comerciales e industriales, un funcionamiento fiable depende del control coordinado de la batería, el PCS, el EMS, el sistema fotovoltaico, la conexión a la red y las cargas de la instalación. La monitorización conjunta de estos componentes proporciona una base mucho más clara para resolver los problemas de batería baja y mantener un rendimiento constante del sistema.

Preguntas frecuentes

¿Por qué mi sistema de almacenamiento de energía no se carga aunque los paneles solares estén generando electricidad?

La generación fotovoltaica no significa necesariamente que haya energía excedentaria disponible para cargar la batería. Es posible que la instalación esté consumiendo la mayor parte de la electricidad o que el EMS dé prioridad a otro modo de funcionamiento. La carga también puede estar limitada por el PCS, el BMS, la temperatura de la batería o la configuración del sistema. Compara la generación fotovoltaica, la demanda de la instalación y la potencia de carga real de la batería para identificar la limitación.

¿Por qué mi batería se carga más lentamente de lo previsto?

La velocidad de carga depende de la fuente de alimentación disponible, la potencia nominal del PCS, los límites de carga del BMS, la temperatura de la batería y las consignas del EMS. Un sistema diseñado para admitir una elevada potencia de carga puede funcionar a una potencia inferior cuando la batería está fría, caliente, cerca de un límite operativo o sujeta a una restricción de carga configurada.

¿Por qué la batería de mi BESS pierde carga durante la noche?

Entre las posibles causas se encuentran la autodescarga normal, el consumo eléctrico auxiliar, las descargas programadas, las cargas en modo de espera y los cambios en la estimación del SOC. Comprueba si la batería está descargándose realmente hacia una carga externa o si la reducción observada está relacionada con el consumo auxiliar o con el comportamiento del sistema de monitorización.

¿Un SOC bajo significa que la batería está dañada?

No. Un SOC bajo indica que la batería tiene actualmente una cantidad relativamente pequeña de energía almacenada dentro de su rango operativo. Es posible que simplemente necesite recargarse. Para determinar si existe daño o degradación de la batería, se necesitan pruebas adicionales, como voltajes anómalos de las celdas, desequilibrios persistentes, pérdida de capacidad o alarmas pertinentes del BMS.

¿Por qué mi batería deja de cargarse antes de alcanzar el 100 % de SOC?

Entre las posibles causas se encuentran un objetivo de carga configurado, un límite operativo superior, un desequilibrio en el voltaje de las celdas, restricciones de temperatura o la protección del BMS. El SOC mostrado también puede verse afectado por la estimación o la calibración. Comprueba el objetivo del EMS, el estado del BMS y los datos de cada celda antes de concluir que existe un fallo en la batería.