Búfer de la batería y capacidad utilizable

slug: "battery/buffer" articleType: "Technology" category: "technology" status: "Published" language: "es" version: 10 title: "Búfer de la batería y capacidad utilizable" linkTitle: "Búfer" description: "Cómo se diferencian la capacidad bruta, utilizable y mostrada de la batería, por qué los vehículos eléctricos reservan energía y qué ocurre por debajo del 0%." translationStatus: "Translated" storageType: "Database" contentHash: "f75c598648c5752f9349675ea2504d95553da38d78f173619f0bc690cbefb845"

Una batería de vehículo eléctrico rara vez pone a disposición de la propulsión todo su contenido energético declarado. El sistema de gestión de la batería (BMS) define una ventana de funcionamiento, mientras que el 100% y el 0% mostrados son límites destinados al conductor, no los extremos electroquímicos absolutos de las celdas.

Términos de capacidad que ven los compradores

Las cifras de capacidad de una batería solo son fáciles de comparar cuando describen la misma magnitud. Los fabricantes, los organismos reguladores, las entidades de ensayo y las bases de datos de vehículos no siempre utilizan bruta, nominal, neta, utilizable y disponible exactamente del mismo modo.

Las distinciones más útiles son:

Capacidad bruta: contenido energético total de una batería nueva declarado por el fabricante antes de aplicar la ventana operativa normalmente accesible para el conductor.
Capacidad neta o utilizable: términos que los fabricantes suelen emplear para la energía que el vehículo permite utilizar para la propulsión bajo condiciones definidas.
Capacidad mostrada del 100–0%: energía disponible desde el 100% indicado hasta que el cuadro de instrumentos llega al 0%.
Reserva accesible por debajo de cero: energía que sigue estando disponible para conducir después del 0% indicado y antes de que el vehículo deje de proporcionar potencia de tracción.
Margen de protección inaccesible: energía fuera de la ventana accesible para el conductor y reservada por la estrategia de control de la batería.
Energía disponible actualmente: lo que la batería puede entregar antes de apagarse bajo sus condiciones actuales de temperatura, demanda de corriente, estado de salud y equilibrio de las celdas.

El Reglamento Técnico Mundial de las Naciones Unidas n.º 22 define la energía utilizable de la batería como la energía suministrada desde el inicio de su prueba de certificación hasta que se alcanza el criterio de interrupción aplicable. Es un recordatorio importante de que la energía utilizable necesita unas condiciones de inicio y final definidas; no es simplemente una etiqueta aplicada al pack. (UNECE)

EVKX utiliza capacidad neta para toda la energía accesible al conductor desde el 100% indicado hasta que termina la propulsión. Si un vehículo puede circular por debajo del 0% indicado, esa energía bajo cero se incluye en la capacidad neta de EVKX. Cuando se conoce su cantidad, EVKX la registra por separado como búfer utilizable.

La relación resultante es:

Capacidad mostrada del 100–0% =
Capacidad neta − reserva accesible por debajo de cero

La diferencia declarada entre la capacidad bruta y la neta puede calcularse como:

Diferencia declarada entre capacidad bruta y neta =
Capacidad bruta − capacidad neta

Esa diferencia es útil, pero no revela cómo se reparte la energía reservada por encima y por debajo de la ventana accesible.

Ejemplos de cifras brutas y netas

Algunos fabricantes publican claramente ambas cifras:

El Audi Q6 Sportback e-tron performance se especifica con 100 kWh brutos y 94.9 kWh netos. La diferencia declarada es de 5.1 kWh, o el 5.1% de la capacidad bruta. (Audi)
El Audi Q8 55 e-tron y el SQ8 e-tron utilizan una batería de 114 kWh brutos y 106 kWh netos. La diferencia declarada es de 8 kWh, o aproximadamente el 7.0%. (Audi)
El Porsche Taycan con Performance Battery Plus se especifica con 105 kWh brutos y 97 kWh netos. La diferencia declarada es de 8 kWh, o aproximadamente el 7.6%. (Porsche)

Estas cifras se aplican a los vehículos, configuraciones de modelo, mercados y versiones de datos técnicos citados. No deben trasladarse a un modelo relacionado ni a un año de modelo diferente.

Tampoco indican:

Qué parte del margen inaccesible se encuentra por encima de la ventana utilizable
Cuánta energía queda por debajo del punto de desconexión de la tracción
Si hay energía disponible después del 0% indicado
Qué tensiones de celda corresponden al 100% y al 0% mostrados
Cuánta energía puede almacenar actualmente una batería envejecida

La propia capacidad bruta es un valor nominal, no una medición de cada julio entre límites electroquímicos destructivos. La temperatura, la tasa de descarga, las variaciones entre celdas, la edad de la batería y el método de ensayo del fabricante influyen en el resultado medido.

Cómo funciona la ventana operativa

El búfer no es un compartimento, módulo o grupo de celdas independiente. El BMS crea la ventana operativa controlando hasta qué punto se cargan y descargan normalmente las mismas celdas.

Una ventana simplificada de la batería puede contener:

Un margen superior de protección inaccesible
El 100% mostrado
La ventana operativa normal que se muestra
El 0% mostrado
Una posible reserva de conducción accesible por debajo de cero
El punto de desconexión de la tracción
Un margen inferior de protección inaccesible

La ilustración es conceptual. La tensión de las celdas, la carga almacenada y la energía almacenada no mantienen una relación perfectamente lineal, y los límites dependen de la química, la temperatura, el envejecimiento, la corriente y la estrategia del BMS.

Margen superior de protección

El margen superior evita que la carga normal entre en una zona de tensión de celda que el fabricante ha excluido del funcionamiento habitual. Puede ofrecer tolerancia para el desequilibrio entre celdas, los errores de medición, las variaciones de temperatura y el control de la carga.

Limitar el extremo superior también puede reducir el tiempo que se pasa con un SOC y una tensión de celda especialmente altos. Los trabajos experimentales con celdas comerciales de iones de litio muestran que el envejecimiento depende de la ventana de SOC, la química, la corriente y la temperatura; no respaldan una regla universal según la cual un único porcentaje de búfer sea adecuado para todas las baterías. (Journal of Power Sources Advances)

Margen inferior de protección

El margen inferior inaccesible mantiene las celdas alejadas de una subtensión perjudicial y da al BMS espacio para desconectar el sistema de tracción antes de que el grupo de celdas supervisado más débil supere su límite permitido.

El grupo con menor tensión importa más que el promedio del pack. Una batería puede conservar energía en los grupos más fuertes cuando uno de ellos alcanza su límite inferior de tensión. La relación entre el desequilibrio de los grupos y la energía utilizable del pack se explica en Equilibrado de celdas.

Un margen inferior inaccesible no es lo mismo que una reserva de conducción por debajo de cero. El primero continúa sin estar disponible después de la desconexión de la tracción; el segundo todavía puede impulsar el vehículo.

Por qué las baterías reservan energía

El BMS debe mantener cada grupo de celdas supervisado dentro de los límites autorizados de tensión, corriente y temperatura. Una ventana operativa restringida le ayuda a:

Evitar la sobrecarga y una descarga excesiva
Admitir diferencias entre los grupos de celdas
Mantener márgenes de medición y control
Reducir la potencia de forma segura cuando la batería se aproxima a un límite
Tener en cuenta el comportamiento de la tensión dependiente de la temperatura
Gestionar la incertidumbre de la estimación del SOC
Equilibrar los objetivos de autonomía, prestaciones, durabilidad y garantía

La ventana operativa es solo una parte de la protección de la batería. La química de las celdas, el diseño de los electrodos, la refrigeración, la estrategia de carga, los límites de potencia, la construcción del pack, el software y el uso del conductor pueden tener la misma importancia o incluso más.

Por tanto, una diferencia mayor entre capacidad bruta y neta no demuestra que una batería sea más segura o vaya a durar más. Puede reflejar límites conservadores, una química concreta, una convención de medición, una tolerancia para las variaciones o una decisión de diseño específica del vehículo.

Las funciones del BMS que aplican estos límites se explican en Sistema de gestión de la batería.

Qué significan el 100% y el 0% mostrados

100% mostrado

El 100% indicado normalmente significa que la batería ha alcanzado el extremo superior de la ventana accesible para el conductor. No suele significar que cada celda haya alcanzado su máximo electroquímico absoluto.

No deben confundirse tres límites:

El margen superior inaccesible del fabricante
El punto del 100% mostrado por el vehículo
Un límite de carga inferior seleccionado por el conductor, como el 80%

Seleccionar un límite de carga diario del 80% no crea ni sustituye el margen de protección del fabricante. Detiene antes la carga dentro de la ventana utilizable normal.

La presencia de un margen superior tampoco garantiza toda la potencia de frenado regenerativo con el 100% indicado. La regeneración está limitada por la tensión de celda permitida, la corriente de carga, la temperatura de la batería, el equilibrio de las celdas y la potencia que el pack pueda aceptar en ese momento. El BMS puede reducir la regeneración aunque la especificación bruta sugiera que existe cierta energía inaccesible por encima de la ventana utilizable.

La potencia de carga, su reducción progresiva, el preacondicionamiento y los límites de carga se explican por separado en Carga de la batería y rendimiento de carga.

0% mostrado

El 0% indicado es un punto definido por el fabricante cerca de la parte inferior de la escala destinada al conductor. Según el vehículo, la tracción puede detenerse en ese punto o puede quedar energía accesible para seguir conduciendo.

A medida que la batería se acerca a su límite inferior, el vehículo puede pasar por varias etapas:

Avisos de poca energía y necesidad de carga
Reducción de potencia para el climatizador o los accesorios
Reducción de la aceleración y la potencia máxima
Estimación de autonomía muy baja o que desaparece
0% mostrado
Posible reserva de conducción por debajo de cero
Desconexión de la tracción

El orden y los umbrales exactos son específicos de cada modelo. Una demanda elevada de potencia puede hacer que un grupo de celdas débil o frío alcance antes su límite de tensión, por lo que la energía disponible después del 0% indicado no es necesariamente repetible.

La reserva bajo cero sigue siendo capacidad utilizable

Si un vehículo eléctrico continúa circulando después del 0% mostrado, la energía que utiliza sigue siendo accesible para el conductor. No forma parte del margen inferior de protección inaccesible.

Esta distinción es importante al comparar especificaciones. Un vehículo con 80 kWh disponibles desde el 100% indicado hasta la desconexión, incluidos 3 kWh por debajo del 0% mostrado, tiene:

80 kWh de capacidad neta según la definición de EVKX
3 kWh de reserva accesible por debajo de cero
77 kWh entre el 100% y el 0% mostrados

La cantidad que queda después de desconectarse la tracción no puede medirse simplemente conduciendo el coche hasta que se detenga. Esa prueba solo mide la ventana accesible.

Nunca considere la reserva una autonomía garantizada

En una prueba de 2025 con seis vehículos eléctricos, ADAC comprobó que ninguno se detuvo inmediatamente al marcar el 0% y que todos continuaron unos 15–20 km bajo condiciones de ensayo favorables. ADAC también advirtió de que la reserva podría ser mucho menor con frío, una batería envejecida o condiciones menos favorables. (ADAC)

Ese resultado describe seis vehículos de prueba concretos, no una garantía para toda la industria. El manual del Model 3 de Tesla ofrece la regla adecuada para el conductor: no dé por hecho que queda autonomía alguna cuando el indicador llega al 0%. (Tesla)

Por qué pueden cambiar la energía medida y la mostrada

El SOC es una estimación, no una medición directa

El estado de carga no puede medirse directamente como el líquido de un depósito. El BMS lo estima a partir del flujo de corriente, la tensión, la temperatura, modelos de batería y condiciones de referencia. El conteo de culombios resulta útil durante periodos cortos, pero los pequeños errores se acumulan; las correcciones basadas en la tensión también dependen de la química, la temperatura, la corriente reciente y el tiempo de reposo. Las revisiones de métodos de estimación del SOC explican por qué los sistemas de producción combinan mediciones y modelos en lugar de depender de una sola señal. (Electronics)

El cuadro de instrumentos añade otra capa. Puede adaptar la estimación del BMS a una escala destinada al conductor, filtrar los cambios rápidos e incorporar una reserva definida por el fabricante.

Por tanto, un punto porcentual indicado no debe considerarse automáticamente como una centésima exacta de los kilovatios-hora de la batería. La relación puede variar porque:

La tensión de la batería cambia a lo largo de la descarga
El SOC mostrado puede estar filtrado o adaptado
El BMS puede revisar su estimación de capacidad
La calefacción, la refrigeración y otras cargas de la batería consumen energía
La temperatura y la corriente influyen en el momento en que una celda alcanza su límite de tensión
El desequilibrio puede hacer que un grupo termine antes la ventana utilizable

Una corrección repentina del SOC no demuestra que haya cambiado el búfer físico. Puede tratarse de una corrección de la estimación.

La energía disponible depende de las condiciones

Las especificaciones bruta y neta describen una batería nueva bajo condiciones definidas. La energía que puede entregar el coche durante un trayecto puede ser menor.

Entre las causas habituales se incluyen:

Baja temperatura de la batería
Demanda elevada de potencia
Aumento de la resistencia interna
Un grupo de celdas débil o desequilibrado
Degradación de la batería
Consumo de energía para calentar o refrigerar la batería
Una corrección reciente del software o de la estimación del SOC

Parte de la energía que no está disponible bajo una carga elevada puede parecer que vuelve después de que el vehículo repose. Con menos corriente, la tensión de las celdas se recupera de la caída relacionada con la resistencia que se produjo durante la conducción. Las celdas más calientes también pueden entregar más energía antes de alcanzar su límite inferior de tensión.

Esto no significa que el BMS haya liberado permanentemente su margen de protección. Significa que la batería puede cumplir sus límites de funcionamiento bajo las nuevas condiciones.

La energía suministrada por una estación de carga tampoco es una medición directa de la capacidad. Se producen pérdidas en el cable, el cargador de a bordo, la electrónica de potencia, la batería y los sistemas térmicos. Por tanto, un cargador puede suministrar más kilovatios-hora que el aumento de energía almacenada en la batería.

Cómo puede cambiar la capacidad utilizable

El software puede modificar la ventana operativa

El BMS controla la ventana operativa, por lo que un fabricante puede revisarla si los límites de las celdas y el pack lo permiten. Un cambio de software puede:

Hacer accesible una parte mayor o menor de la batería existente
Cambiar la correspondencia del SOC mostrado
Revisar los límites de potencia cerca del lleno o el vacío
Modificar el punto en que termina la carga o la tracción
Mejorar la estimación de capacidad del BMS sin cambiar la ventana física

El Audi e-tron 55 original ofrece un ejemplo documentado. Audi proporcionó una actualización para vehículos de 2019 así como de 2020 válidos para ella, que aumentó la capacidad neta de la batería existente de 95 kWh hasta unos 86 kWh, junto con otras mejoras de eficiencia. El pack físico no se hizo más grande; Audi revisó la forma de utilizarlo. (Audi)

Ese ejemplo no significa que todos los vehículos eléctricos contengan capacidad que pueda desbloquearse de forma segura. Una ventana operativa se valida para una celda, un sistema de refrigeración, un intervalo de tensión, una demanda de potencia, un objetivo de envejecimiento y un margen de fallo concretos. Cambiar un límite puede afectar a varios de los demás.

Búfer y degradación de la batería

La degradación reduce la capacidad física de las celdas para almacenar energía y entregar potencia. Es distinta de un cambio en la ventana operativa.

Tres efectos pueden producir una menor capacidad medida o un comportamiento diferente del indicador:

Degradación física: las celdas almacenan menos energía o presentan más resistencia que cuando eran nuevas.
Cambio de estimación: el BMS revisa su estimación del SOC o de la capacidad disponible.
Cambio de la ventana operativa: el software modifica el límite superior o inferior permitido.

Estos efectos pueden aparecer conjuntamente y son difíciles de separar mediante una única prueba no controlada en carretera o durante la carga.

En principio, un fabricante podría hacer accesible parte de un margen reservado y reducir temporalmente la caída de la energía neta utilizable. Esto no revertiría la degradación física. Solo dejaría accesible una parte mayor de la capacidad restante de las celdas.

EVKX no presupone que un fabricante libere capacidad de reserva para ocultar la degradación sin pruebas específicas del modelo. El estado de la batería debe evaluarse con respecto a un procedimiento de ensayo definido, una temperatura, una versión de software y la capacidad del vehículo cuando era nuevo. El GTR n.º 22 de la ONU sigue este principio al comparar la energía utilizable medida con la energía utilizable certificada de la batería mediante un procedimiento armonizado. (UNECE)

La pérdida de capacidad, el aumento de resistencia, los ensayos y los umbrales de garantía se explican en Degradación de la batería.

Cómo comparar cifras de capacidad de la batería

Antes de comparar dos vehículos eléctricos, compruebe:

El modelo exacto, la opción de batería, el año de modelo y el mercado
Si cada cifra es capacidad bruta, neta o energía utilizable medida
Si la capacidad neta incluye energía por debajo del 0% mostrado
Si la cifra corresponde a una batería nueva o a un vehículo usado concreto
Si ambos resultados utilizan las mismas condiciones de inicio y final
Si el valor procede de la batería o de la energía suministrada por el cargador
Si la fuente es el fabricante, un ensayo de certificación o una estimación independiente

No deduzca la capacidad neta a partir de la bruta aplicando un porcentaje típico. Las estrategias de búfer varían demasiado. Tampoco deduzca la capacidad bruta sumando una reserva supuesta a una cifra neta publicada.

Del mismo modo, no estime el estado de la batería a partir de un trayecto corto dividiendo el consumo del ordenador de viaje por el porcentaje perdido. El redondeo del indicador, las cargas auxiliares, la temperatura, la recuperación de tensión y las correcciones del SOC pueden dominar un intervalo pequeño.

La comparación más defendible utiliza cifras del fabricante o de certificación con definiciones equivalentes. Una prueba de capacidad en un vehículo concreto debe utilizar una ventana de SOC amplia, condiciones controladas, una versión de software conocida y, cuando sea posible, una medición de energía en el lado de la batería.

Quedarse sin energía utilizable

El BMS detiene la tracción antes de que las celdas alcancen un límite inferior inseguro, pero llevar un vehículo eléctrico hasta la desconexión puede dificultar su recuperación. La batería de alta tensión puede dejar de alimentar el sistema de baja tensión, el vehículo puede ser incapaz de iniciar la carga sin una fuente externa de baja tensión y puede ser necesario transportarlo.

Por tanto, la reserva accesible por debajo del 0% mostrado es un margen de advertencia, no parte de la planificación del viaje. Su tamaño puede variar con la temperatura, el estado de la batería, la demanda de potencia, el equilibrio de las celdas y el software. El conductor debe seguir los avisos y las instrucciones de carga de su vehículo concreto, en lugar de confiar en una prueba hasta cero realizada con otro coche.

Los márgenes de protección forman parte normal de la ingeniería de baterías. Las especificaciones claras deben distinguir entre capacidad bruta, capacidad neta, energía mostrada del 100–0% y cualquier reserva accesible por debajo de cero, para que los compradores sepan qué magnitud están comparando.