Por qué se desvía una cadena en serie y qué hace realmente el balanceo

Usa las cuatro celdas etiquetadas del peldaño 6 en el soporte para cuatro celdas. Antes que nada, mide cada celda **individualmente y fuera del soporte**, en reposo, con tres decimales, y anota los cuatro números junto con la fecha. Luego mide la capacidad real de cada celda, una a la vez. Cárgala hasta 4,20 V, déjala reposar treinta minutos y después descárgala a través de la resistencia de potencia con una corriente constante, cronometrando hasta que llegue a 3,00 V. Los amperios-hora son la corriente por las horas. Esto requiere cuatro sesiones y es la única forma de saber qué tienes realmente: el número impreso en el envoltorio es una clasificación, no una medición, y una celda que lleva dos años en un cajón no lo alcanzará. Anota las cuatro capacidades en tu cuaderno en forma de tabla. Esa tabla es la entrada para la aritmética del paso 3, y la compararás al final del paso 5. Si las cuatro salen dentro de un par de por ciento entre sí, desequilibra deliberadamente la cadena antes de continuar: carga tres de ellas por completo y deja la cuarta en alrededor del 60%. Necesitas un efecto visible que medir, y una cadena bien emparejada no te lo dará en una tarde. Una celda a la vez en el cargador. Nunca cargues una cadena en serie sin supervisión por celda, que es precisamente el objetivo de este peldaño y la razón por la que existe el paso 5.

Conecta el soporte de cuatro celdas en serie y saca un cable fino de toma desde cada unión entre celdas, exactamente como en el peldaño 3 paso 5. Esas tomas sirven para vigilar celda por celda mientras la cadena trabaja. Descarga la cadena completa a través de la resistencia de potencia con una corriente constante; un amperio basta y mantiene la resistencia manejable. Cada cinco minutos, lee **las cuatro tensiones de celda, una tras otra**, y también el total de la cadena, y anótalas en una fila. Detente en el momento en que **cualquier celda individual** alcance 3,00 V. No la cadena; una celda. Este es el sentido de todo el ejercicio: el total de la cadena seguirá pareciendo perfectamente sano —cuatro celdas con un promedio de 3,4 V dan una cadena de 13,6 V, algo que ningún corte por tensión total objetaría— mientras una celda dentro de ella ya está en su límite inferior y es arrastrada por debajo. Ahora mira tus filas. La tensión de la celda débil se separa de las demás pronto y luego cae en picado; las fuertes siguen en su meseta cuando paras. Calcula cuánta carga entregó la cadena y compárala con la capacidad de la celda más fuerte del paso 1. La diferencia es capacidad que te pertenece y que no puedes alcanzar. Descargar en exceso una celda de litio por debajo de unos 2,5 V la daña de forma permanente y la vuelve peligrosa de recargar. Vigilar las celdas en lugar del total no es precaución: es la única forma correcta de operar una cadena.

Antes de montar una placa que lo haga de forma invisible, construya un canal para poder ver lo que hace. Un equilibrador pasivo es realmente así de sencillo. A través de una celda, coloque una **resistencia de 100 Ω en serie con un MOSFET de nivel lógico**, drenador al positivo de la celda y fuente al negativo de la celda. Controle la puerta con un comparador que se active cuando esa celda supere la referencia; 4,15 V es un umbral razonable, ajustado con el potenciómetro y comprobado con el medidor. Use una resistencia de 1 W o más: el paso 3 calculó 0,18 W, y una pieza de un cuarto de vatio que funciona cerca de su potencia nominal en un paquete cerrado es una mala idea. Pruébelo primero en la fuente de alimentación de banco, sin ninguna celda: barra la fuente hacia arriba hasta el umbral y confirme que el MOSFET se activa y que la resistencia empieza a consumir sus 42 mA. Mida la corriente en lugar de suponerla; un MOSFET que no está completamente encendido es un calefactor. Ahora conéctelo a la celda que está más alta en su serie y cargue la serie suavemente. Esa celda debería dejar de subir mientras las demás se ponen al día. Notará que la resistencia se calienta, y ese calor es la energía que está destruyendo deliberadamente: el equilibrado pasivo no traslada carga de una celda llena a una vacía, sino que quema la diferencia. Cuatro de estos, uno por celda, forman un equilibrador pasivo completo. Que es, casi exactamente, lo que hay en la placa del siguiente paso.

La placa verde de la fotografía de esta página es un sistema de gestión de baterías 4S, y es la versión comercial de todo lo de los pasos 2 y 4. Su regleta de terminales admite **B−, luego un cable por cada unión de celdas, y después B+**: las mismas tomas que el conector del paquete en el peldaño 3. Cablea con cuidado y en orden, desde B− hacia arriba. Conectar un cable de equilibrio a la unión equivocada invierte la entrada de una celda, y la placa no sobrevivirá a ello. Mide cada cable contra B− con el multímetro antes de conectar el conector, y confirma que los voltajes suben celda por celda. Haz esta comprobación cada vez. Lo que hace la placa, en tres funciones: - **Protección contra sobrecarga**: se desconecta si alguna celda supera unos 4,25 V. - **Protección contra descarga excesiva**: se desconecta si alguna celda cae por debajo de unos 2,5 V. Es la protección que tú proporcionabas a mano con el multímetro en el paso 2. - **Equilibrado**: las pequeñas resistencias a lo largo de un borde, haciendo lo que construiste en el paso 4. Carga el conjunto con la placa instalada y observa cómo las cuatro tensiones de celda convergen durante varias horas. Coloca el termómetro infrarrojo sobre las resistencias de equilibrado mientras trabaja; serán lo más caliente de la placa, y eso es correcto. Después repite la descarga del paso 2 y compara los amperios-hora entregados con la primera prueba. Esa diferencia es la respuesta a la pregunta que plantea este peldaño, medida en tu propio banco. Un BMS protege las celdas. No puede repararlas: una celda cuya capacidad se haya colapsado de verdad seguirá limitando el paquete, y ninguna cantidad de equilibrado cambiará eso. Sustituir una celda en un paquete viejo por una nueva empeora el desequilibrio, no lo mejora.

**Atribución, expuesta con honestidad.** No existe una única patente para el balanceo de celdas y aquí no se reclama ninguna. El problema es aritmética —corriente idéntica, capacidad distinta— y se reconoció en cuanto alguien conectó celdas en serie, es decir, en 1800 con la pila de Volta. Lo que cambió con las de ion de litio es la *consecuencia*: una celda de níquel sobrecargada ventila y se calienta, mientras que una de litio sobrecargada puede hacer lo que describe el peldaño 9. El balanceo dejó de ser una medida de eficiencia y pasó a ser un requisito de seguridad. Por eso el conector del pack incorporó tomas para cada celda y por eso todo pack de litio vendido hoy lleva en su interior una placa de protección, mientras que un pack de níquel-cadmio de la misma época no tenía nada más que celdas y un termistor. **Pasivo frente a activo.** Todo lo que aquí se describe es balanceo *pasivo*: se descargan las celdas altas y se desperdicia la diferencia. Los balanceadores *activos* trasladan carga de la celda alta a la baja mediante una bobina o un transformador, de modo que no se desperdicia nada, aunque son proporcionalmente más caros y más complejos. Para un pack de cuatro celdas de una herramienta, la versión pasiva es la adecuada; para un pack de coche con cien celdas en serie deja de serlo, porque la energía que se desperdiciaría escala con la cadena. **Límites honestos.** El balanceo pasivo es lento, como mostró el paso 3: 300 mAh de desequilibrio tardan siete horas en descargarse. Solo funciona en la parte alta de la carga, donde la curva de tensión es lo bastante pronunciada como para distinguir las celdas; en la meseta plana del peldaño 4, una diferencia de 50 mV podría corresponder a casi cualquier diferencia en el estado de carga. Y no puede corregir un desajuste que crece más rápido de lo que puede descargarse, que es en lo que acaba convirtiéndose un pack envejecido.