Investigadores de la Universitat Rovira i Virgili (URV), en Cataluña, han participado en el desarrollo de un método innovador que permite identificar en tiempo real el estado de carga y de salud de baterías de almacenamiento energético sin introducir distorsiones en la red eléctrica. La investigación ofrece una solución a uno de los principales desafíos de los sistemas de almacenamiento: monitorizar su estado con precisión sin comprometer la calidad del suministro eléctrico.
Los sistemas de almacenamiento en baterías desempeñan un papel clave en la transición energética, al facilitar la integración de energías renovables y estabilizar la frecuencia de la red. Además, pueden suministrar energía de forma inmediata ante picos de demanda. Sin embargo, para garantizar su seguridad y eficiencia, es imprescindible conocer en todo momento cuánta energía almacenan y cuál es su grado de degradación.
Perturbaciones desfasadas para evitar distorsiones
Tradicionalmente, estos parámetros se estiman mediante modelos eléctricos equivalentes. Dado que no es posible acceder directamente al interior químico de la batería, se utiliza una representación matemática que simula su comportamiento mediante componentes como resistencias y condensadores. Para obtener los datos necesarios, se aplican pequeñas perturbaciones de corriente que alteran temporalmente su funcionamiento habitual. El inconveniente es que estas perturbaciones pueden afectar a la calidad de la corriente en la red eléctrica.
El equipo ha trabajado con sistemas de almacenamiento basados en convertidores modulares multinivel en cascada, una arquitectura cada vez más utilizada en aplicaciones de media y alta tensión por su escalabilidad. Cada módulo integra una batería, un convertidor de corriente continua a corriente alterna y su correspondiente electrónica de control.
La solución propuesta aprovecha precisamente esta estructura modular. En lugar de aplicar una perturbación a una única batería, se realiza sobre todas las del sistema, pero de manera escalonada en el tiempo. Este desfase provoca que, al confluir en la salida común hacia la red, las perturbaciones se cancelen entre sí. Así, cada batería recibe la excitación necesaria para su análisis, mientras que la corriente que llega a la red mantiene su forma habitual y no introduce interferencias.
No obstante, lograr una cancelación perfecta resulta complejo debido a pequeñas variaciones en el comportamiento de cada módulo. Para superar este reto, el equipo implementó un algoritmo de control basado en retroalimentación que monitoriza continuamente la corriente de cada módulo y corrige en tiempo real cualquier desviación, garantizando una cancelación prácticamente total en la salida hacia la red.
Validación experimental y aplicaciones futuras
La eficacia del método se comprobó mediante un prototipo de laboratorio de 3,84 kW configurado con cuatro módulos. Durante las pruebas, la distorsión se mantuvo en torno al 2,9%, una cifra muy similar a la del funcionamiento normal sin monitorización y muy por debajo del 8% que pueden generar otros métodos convencionales.
Además de mejorar la precisión, el sistema reduce grandes fluctuaciones eléctricas, lo que permite optimizar el tamaño y el coste de algunos componentes. La metodología, desarrollada en colaboración con la Nanyang Technological University, la University of Melbourne y la City University of Hong Kong, es escalable y compatible con distintas configuraciones de almacenamiento energético.
Según los investigadores, el método podría aplicarse también en infraestructuras de recarga de vehículos eléctricos con arquitecturas modulares, abriendo nuevas posibilidades para mejorar la eficiencia y estabilidad de los sistemas energéticos del futuro.