Tecnología de balanceo de baterías en gabinetes de baterías refrigerados por líquido: principios de funcionamiento, acoplamiento de gestión térmica y tendencias de la industria

A medida que los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) a gran escala continúan evolucionando hacia una mayor densidad energética y configuraciones de varios megavatios-hora, la refrigeración líquida se ha convertido en la solución de gestión térmica predominante. Sin embargo, en los armarios de baterías refrigerados por líquido, el control de la consistencia de la batería y las estrategias de equilibrado son mucho más cruciales y complejas que en los sistemas tradicionales refrigerados por aire.

Este artículo explica los mecanismos de funcionamiento del equilibrio pasivo y activo de baterías, la interacción entre el equilibrio y los sistemas térmicos de enfriamiento líquido, los algoritmos SOC avanzados y las tendencias tecnológicas futuras en aplicaciones de almacenamiento de energía a escala comercial y de servicios públicos.

¿Qué es el equilibrio de la batería en un gabinete de batería con refrigeración líquida ?

El balanceo de batería se refiere al proceso controlado por el BMS para minimizar las diferencias en el voltaje, el estado de carga (SOC) y la capacidad de la batería dentro de un paquete de baterías conectado en serie. Sin balanceo, el sistema se ve limitado por la batería más débil, lo que provoca:

Capacidad utilizable reducida

Degradación acelerada de baterías estresadas

Mayor riesgo de fallos y de temperaturas extremas

En los gabinetes refrigerados por líquido, las baterías se compactan con mayor densidad y operan a niveles de potencia más altos. En estas condiciones, incluso pequeñas inconsistencias pueden amplificar las diferencias de temperatura locales, lo que hace que un equilibrado eficiente sea un factor clave para la seguridad, la confiabilidad y el rendimiento durante toda la vida útil.

Dos vías técnicas principales para el equilibrio de la batería

1. Equilibrio pasivo: disipación controlada de energía

Mecanismo de trabajo

Cuando el BMS detecta que el voltaje de la batería excede un umbral predefinido:

El interruptor MOSFET está activado

La batería está conectada a una resistencia de purga en paralelo.

El exceso de carga se disipa en forma de calor hasta que el voltaje de la batería se alinea con los demás.

Ventajas de los sistemas refrigerados por líquido

La refrigeración líquida mejora la seguridad térmica durante el equilibrado pasivo al:

Eliminación rápida del calor de las resistencias de purga

Reducción de la acumulación térmica local

Mejora de la estabilidad operativa bajo equilibrio continuo

Escenarios de mejor ajuste

Implementaciones de ESS sensibles a los costos

Entornos de ciclismo de velocidad media

Diseños de sistemas maduros y estables

2. Equilibrio activo: transferencia de energía de alta eficiencia

Mecanismo de trabajo

El equilibrio activo redistribuye la energía en lugar de disiparla:

La energía se transfiere a través de inductores, condensadores o convertidores CC-CC bidireccionales.

Las baterías de alto SOC envían energía a un autobús compartido

El BMS asigna energía a baterías de bajo SOC

Ventajas de rendimiento

Mayor eficiencia (a menudo >90%)

Corriente de equilibrio mayor (normalmente entre 1 y 5 A)

Menor pérdida térmica y menor estrés en las baterías.

Por qué es compatible con BESS refrigerado por líquido

Generación mínima de calor residual

Adecuado para armarios sellados de alta protección.

Optimizado para sistemas de almacenamiento de energía de alta densidad y varios MWh

Estrategias avanzadas de equilibrio en entornos refrigerados por líquido

Lógica de equilibrio con compensación de temperatura

Aunque la refrigeración líquida mantiene un bajo aumento de temperatura general, la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida (≈2–5 °C) aún afecta el comportamiento del voltaje de la batería. Para evitar decisiones erróneas sobre desequilibrios, el BMS introduce modelos de compensación de temperatura.

Lógica de funcionamiento

Identificar la desviación de voltaje inducida por la temperatura

Prevenir acciones de equilibrio innecesarias

Prolonga la vida útil de la batería y reduce el estrés

Equilibrio dinámico basado en SOC

Las plataformas BMS modernas reemplazan el balanceo tradicional al final de la carga con un balanceo dinámico continuo, respaldado por modelos de estimación de SOC como el filtrado de Kalman combinado con curvas OCV.

Beneficios

Mantiene la capacidad utilizable durante el ciclo.

Mejora la eficiencia del sistema en el funcionamiento real.

Mejora la consistencia y estabilidad a largo plazo

Colaboración a nivel de sistema: gestión térmica y equilibrio

La industria está pasando de subsistemas térmicos y de equilibrio independientes a una coordinación termoeléctrica totalmente integrada:

El equilibrio térmico se incluye dinámicamente en los modelos de carga de refrigeración líquida

La retroalimentación de temperatura influye en los umbrales de equilibrio

Los controles de detección y equilibrio de descontrol térmico están interconectados

Esta integración a nivel de sistema reduce significativamente el riesgo de degradación al tiempo que mejora los márgenes de seguridad y la economía del ciclo de vida.

Perspectivas de la industria y dirección tecnológica

La tendencia del mercado es clara:

El equilibrio activo combinado con refrigeración líquida se está convirtiendo en la configuración preferida en BESS de alta gama.

El equilibrio impulsado por algoritmos reemplazará las estrategias de ecualización estática

La capacidad de ingeniería del sistema superará la ventaja del rendimiento de una sola batería

El rendimiento del ciclo de vida y la optimización del TCO están surgiendo como impulsores fundamentales de la inversión

El balanceo de baterías en armarios de baterías refrigerados por líquido ha evolucionado de una función básica de control de consistencia a una capacidad estratégica del sistema que afecta directamente la seguridad, la eficiencia, la fiabilidad y el valor del ciclo de vida. A medida que la industria avanza hacia el almacenamiento de energía a nivel de GWh, las plataformas que integran balanceo activo, optimización térmica de la refrigeración líquida y algoritmos BMS inteligentes definirán la próxima generación de soluciones BESS de alto rendimiento.

Acerca de GSL ENERGY

GSL ENERGY es un fabricante global de baterías de litio y soluciones de almacenamiento de energía, que abarca sistemas de almacenamiento energético residenciales, comerciales e industriales, y plataformas BESS a gran escala. La empresa ofrece gabinetes de almacenamiento de energía refrigerados por líquido, módulos de baterías, sistemas PACK y servicios de integración OEM/ODM, lo que facilita la implementación de proyectos globales y la fiabilidad a largo plazo de los sistemas.