Calcular un pack de baterías de litio puede parecer complicado al principio, pero si conocemos el voltaje, la capacidad y las características de las celdas, podemos determinar cuántas necesitamos y cómo deben distribuirse.
Por ejemplo, ¿cuántas celdas 18650 necesitamos para fabricar una batería de 36 V y 15 Ah? ¿Podemos conseguir la misma capacidad utilizando celdas 21700? ¿Qué diferencia existe entre una batería de 10S4P y otra de 13S5P?
En esta guía de Batterybro.es aprenderás a calcular un pack de baterías paso a paso, utilizando fórmulas sencillas y ejemplos prácticos. Si prefieres hacerlo de forma automática, también puedes usar nuestra calculadora de packs de baterías de litio.
También veremos cómo influyen la conexión en serie, la conexión en paralelo, la corriente máxima de descarga y la elección del BMS.
Tabla de contenidos
- Qué necesitamos saber antes de calcular un pack de baterías
- Cómo calcular el voltaje de un pack de baterías
- Cómo calcular la capacidad de un pack de baterías
- Cómo calcular cuántas celdas necesita un pack de baterías
- Ejemplo: cómo calcular un pack de baterías de 36 V y 15 Ah
- Ejemplo: cómo calcular un pack de baterías de 48 V y 20 Ah
- Tabla para calcular un pack de baterías: configuraciones habituales
- Cómo calcular la energía en Wh de un pack de baterías
- Cómo calcular la corriente de descarga de un pack de baterías
- Cómo elegir el BMS adecuado al calcular un pack de baterías
- Diferencias al calcular un pack de baterías con celdas 18650 y 21700
- Errores frecuentes al calcular un pack de baterías
- Preguntas frecuentes sobre cómo calcular un pack de baterías
- Conclusión
Qué necesitamos saber antes de calcular un pack de baterías
Antes de calcular un pack de baterías debemos conocer tres características fundamentales:
- Voltaje (V): determina la tensión eléctrica de funcionamiento.
- Capacidad (Ah): indica la cantidad de carga eléctrica que puede almacenar la batería.
- Energía (Wh): representa la energía nominal almacenada.
También debemos conocer las especificaciones de las celdas que vamos a utilizar.
Por ejemplo, una celda 18650 puede tener una capacidad de 3.000 mAh, mientras que una 21700 puede alcanzar los 5.000 mAh o más, dependiendo del modelo.
Además, debemos comprobar la corriente máxima de descarga, la tensión máxima de carga y las condiciones de funcionamiento indicadas por el fabricante.
¿Qué significa 10S4P?
En general, en las baterías de litio se utilizan configuraciones identificadas mediante las letras S y P.
- S: número de grupos conectados en serie.
- P: número de celdas conectadas en paralelo dentro de cada grupo.
Por ejemplo, una batería 10S4P contiene diez grupos conectados en serie, cada uno formado por cuatro celdas en paralelo.
Por lo tanto, el número total de celdas es:
10 × 4 = 40 celdas.
Si quieres profundizar en estas conexiones, consulta nuestro artículo sobre conexión en serie y en paralelo en un pack de baterías.
Cómo calcular el voltaje de un pack de baterías
En primer lugar, el voltaje de un pack depende del número de grupos conectados en serie y de la tensión nominal de las celdas.
La fórmula es:
Voltaje nominal del pack = número de grupos en serie × voltaje nominal de cada celda
En numerosas celdas de ion-litio 18650 y 21700, la tensión nominal es de 3,6 V o 3,7 V, según el modelo.
En los siguientes ejemplos utilizaremos celdas de 3,6 V nominales y 4,2 V de tensión máxima de carga.
Ejemplo con una batería 10S
10 × 3,6 V = 36 V nominales
Además, su tensión máxima de carga será:
10 × 4,2 V = 42 V
Por eso una batería de bicicleta eléctrica de 36 V, formada por diez grupos en serie de estas celdas, necesita un cargador compatible con una tensión final de 42 V.
Ejemplo con una batería 13S
13 × 3,6 V = 46,8 V nominales
Además, su tensión máxima de carga será:
13 × 4,2 V = 54,6 V
Por eso, esta configuración suele comercializarse como batería de 48 V.
Por otro lado, es importante distinguir entre el voltaje comercial, la tensión nominal calculada y la tensión máxima de carga.
Cómo calcular la capacidad de un pack de baterías
Del mismo modo, la capacidad de una batería depende del número de celdas conectadas en paralelo.
La fórmula es:
Capacidad total (Ah) = número de celdas en paralelo × capacidad de cada celda (Ah)
Recordemos que:
1.000 mAh = 1 Ah
Ejemplo con celdas de 3.000 mAh
Si conectamos cuatro celdas idénticas de 3.000 mAh en paralelo:
4 × 3.000 = 12.000 mAh
Es decir:
12 Ah
Si utilizamos cinco celdas:
5 × 3.000 = 15.000 mAh
Obtenemos:
15 Ah
Ejemplo con celdas de 5.000 mAh
Por ejemplo, con cuatro celdas de 5.000 mAh en paralelo:
4 × 5.000 = 20.000 mAh
Por tanto:
20 Ah
En definitiva, esto demuestra que podemos obtener diferentes capacidades modificando el número de celdas en paralelo o seleccionando modelos con mayor capacidad individual.
Eso sí, los cálculos representan capacidades nominales teóricas; la capacidad útil real depende de las condiciones de funcionamiento y de los límites del sistema.
Cómo calcular cuántas celdas necesita un pack de baterías
Para calcular un pack de baterías y determinar el número total de celdas necesitamos conocer:
- El voltaje nominal que queremos conseguir.
- La capacidad total deseada.
- El voltaje nominal y la capacidad de cada celda.
Primero calculamos los grupos en serie:
S = voltaje nominal deseado ÷ voltaje nominal de la celda
Después calculamos las celdas en paralelo:
P = capacidad deseada ÷ capacidad de cada celda
Finalmente:
Número total de celdas = S × P
Además, los resultados deben corresponder a números enteros de grupos y celdas. Si el cálculo de capacidad no es exacto, normalmente tendremos que redondear hacia arriba el número de celdas en paralelo.
En cambio, no debemos redondear arbitrariamente el número de grupos en serie: la configuración debe ser compatible con el voltaje de funcionamiento admitido por el equipo.
Ejemplo: cómo calcular un pack de baterías de 36 V y 15 Ah
Por ejemplo, imaginemos que queremos calcular un pack de baterías para una bicicleta eléctrica de 36 V y 15 Ah.
Para empezar, utilizaremos como primer ejemplo celdas 18650 de:
- Voltaje nominal: 3,6 V.
- Capacidad: 3.000 mAh.
- Tensión máxima: 4,2 V.
Paso 1. Calcular los grupos en serie del pack de baterías
36 ÷ 3,6 = 10
Necesitamos 10 grupos en serie.
Paso 2. Calcular las celdas en paralelo del pack de baterías
15 Ah ÷ 3 Ah = 5
Necesitamos 5 celdas en paralelo por grupo.
Paso 3. Calcular el número total de celdas del pack de baterías
10 × 5 = 50
El resultado es una batería 10S5P de 50 celdas 18650.
De este modo, sus características nominales serán:
| Característica | Resultado |
|---|---|
| Configuración | 10S5P |
| Número de celdas | 50 |
| Voltaje nominal | 36 V |
| Capacidad | 15 Ah |
| Energía nominal | 540 Wh |
| Tensión máxima de carga | 42 V |
¿Y si utilizamos celdas 21700 de 5.000 mAh?
En este caso, mantenemos los diez grupos en serie.
Para conseguir 15 Ah:
15 ÷ 5 = 3
Por tanto, necesitamos tres celdas en paralelo.
10 × 3 = 30 celdas
Por tanto, utilizando celdas 21700 de 5.000 mAh podemos conseguir una batería 10S3P de 36 V y 15 Ah con 30 celdas.
En resumen, ambas configuraciones almacenan nominalmente 540 Wh, aunque sus dimensiones, peso, corriente admisible y comportamiento térmico pueden ser diferentes.
Ejemplo: cómo calcular un pack de baterías de 48 V y 20 Ah
A continuación, queremos calcular un pack de baterías comercial de 48 V y 20 Ah utilizando celdas 21700 de 5.000 mAh y 3,6 V nominales.
Así, para esta aplicación utilizaremos una configuración de 13 grupos en serie, habitual en sistemas Li-ion comercializados como 48 V.
Paso 1. Grupos en serie
13 × 3,6 V = 46,8 V nominales.
Paso 2. Celdas en paralelo
20 Ah ÷ 5 Ah = 4
Por tanto, necesitamos cuatro celdas en paralelo.
Paso 3. Número total de celdas
13 × 4 = 52 celdas
La configuración será 13S4P.
| Característica | Resultado |
|---|---|
| Configuración | 13S4P |
| Número de celdas | 52 |
| Voltaje nominal calculado | 46,8 V |
| Voltaje comercial | 48 V |
| Capacidad nominal | 20 Ah |
| Energía nominal | 936 Wh |
| Tensión máxima de carga | 54,6 V |
Por lo tanto, este ejemplo demuestra por qué no debemos calcular automáticamente una batería comercial de 48 V dividiendo 48 entre 3,6.
Por eso, el número de grupos en serie debe elegirse según la arquitectura eléctrica real del sistema.
Tabla para calcular un pack de baterías: configuraciones habituales
Por ejemplo, la siguiente tabla muestra ejemplos de packs calculados con celdas de 3,6 V nominales.
| Configuración | Celdas | Voltaje nominal | Capacidad con celdas de 3 Ah | Capacidad con celdas de 5 Ah |
|---|---|---|---|---|
| 3S2P | 6 | 10,8 V | 6 Ah | 10 Ah |
| 7S3P | 21 | 25,2 V | 9 Ah | 15 Ah |
| 10S3P | 30 | 36 V | 9 Ah | 15 Ah |
| 10S4P | 40 | 36 V | 12 Ah | 20 Ah |
| 10S5P | 50 | 36 V | 15 Ah | 25 Ah |
| 13S4P | 52 | 46,8 V | 12 Ah | 20 Ah |
| 13S5P | 65 | 46,8 V | 15 Ah | 25 Ah |
Eso sí, las capacidades son teóricas y corresponden a celdas idénticas. No implican que todas las celdas de 3 Ah o 5 Ah sean intercambiables o adecuadas para cualquier aplicación.
Cómo calcular la energía en Wh de un pack de baterías
Ahora bien, la capacidad en Ah es importante, pero no indica por sí sola cuánta energía almacena una batería.
Por eso, para comparar packs con distintos voltajes debemos utilizar los vatios-hora.
La fórmula es:
Wh = V × Ah
Ejemplo 1. Batería de 36 V y 15 Ah
36 × 15 = 540 Wh
Ejemplo 2. Batería de 48 V comerciales y 20 Ah
Si utilizamos la tensión nominal calculada de 46,8 V:
46,8 × 20 = 936 Wh
¿Cuál ofrece más autonomía?
En condiciones comparables, una batería con mayor energía útil puede proporcionar más autonomía.
Sin embargo, la autonomía real depende del consumo del equipo, la eficiencia, la temperatura, el estado de las celdas y los límites de descarga.
Por ejemplo, si un dispositivo consume una potencia media de 180 W, una batería con 540 Wh nominales tendría una duración teórica de:
540 ÷ 180 = 3 horas
En la práctica, la duración puede ser inferior por pérdidas y por la energía que el sistema permite utilizar.
Además, para comprender mejor estas unidades, puedes consultar nuestra guía sobre amperios, Ah, mAh y Wh en baterías de litio.
Cómo calcular la corriente de descarga de un pack de baterías
Un error frecuente al calcular un pack de baterías consiste en tener en cuenta únicamente el voltaje y la capacidad, olvidando la corriente que necesita el dispositivo.
Además, la corriente máxima admisible depende de las características de las celdas y de todos los componentes del pack.
Ejemplo con celdas de 10 A
Por ejemplo, supongamos que utilizamos celdas que admiten una descarga continua de 10 A en las condiciones especificadas por el fabricante.
Entonces, si conectamos cuatro en paralelo:
4 × 10 A = 40 A teóricos
Sin embargo, esto no significa que el pack completo pueda entregar automáticamente 40 A de forma continua.
También debemos comprobar:
- La temperatura de funcionamiento.
- La resistencia interna y el estado de las celdas.
- Las tiras de níquel y las uniones.
- La sección de los cables.
- Los conectores.
- Los fusibles y las protecciones.
- Los límites del BMS.
Calcular la corriente de un pack de baterías a partir de la potencia
En este caso, podemos utilizar la fórmula:
A = W ÷ V
Por ejemplo, un equipo que consume 720 W eléctricos de una batería de 36 V nominales necesita aproximadamente:
720 ÷ 36 = 20 A
En cualquier caso, es un cálculo orientativo a tensión nominal. De hecho, la corriente puede aumentar cuando disminuye la tensión y el sistema mantiene una potencia similar.
También deben considerarse los picos de arranque y las condiciones reales de funcionamiento.
Cómo elegir el BMS adecuado al calcular un pack de baterías
Después de calcular un pack de baterías, debemos seleccionar un sistema de protección compatible.
Por ejemplo:
- Para una batería 10S necesitamos un BMS compatible con diez grupos en serie.
- Para una batería 13S necesitamos un BMS compatible con trece grupos en serie.
Además, debemos comprobar que sea adecuado para la química utilizada y las corrientes de carga y descarga.
¿Qué debemos revisar?
Número de grupos en serie: debe coincidir con la configuración del pack.
Corriente de descarga: debe soportar la demanda prevista del equipo.
Corriente de carga: debe ser compatible con el cargador y las celdas.
Protecciones: sobretensión, descarga excesiva, sobrecorriente, cortocircuito y, cuando corresponda, temperatura.
Balanceo: puede ayudar a mantener las tensiones de los grupos dentro de diferencias admisibles.
Eso sí, un BMS no aumenta la capacidad de descarga de las celdas ni sustituye al cargador o a los fusibles.
Puedes ampliar esta información en nuestro artículo cómo elegir un BMS para una batería de litio.
Diferencias al calcular un pack de baterías con celdas 18650 y 21700
En primer lugar, las celdas 18650 y 21700 utilizan formatos físicos diferentes.
Una celda 18650 tiene unas dimensiones nominales aproximadas de 18 mm de diámetro y 65 mm de longitud.
En cambio, una celda 21700 tiene aproximadamente 21 mm de diámetro y 70 mm de longitud.
Por eso, el formato influye en el espacio disponible para construir el pack.
Ventajas de utilizar celdas 18650
- Gran variedad de modelos.
- Amplia disponibilidad de capacidades y corrientes de descarga.
- Formato habitual en numerosas baterías comerciales.
- Posibilidad de adaptar diseños compactos existentes.
Ventajas de utilizar celdas 21700
- Muchos modelos ofrecen mayor capacidad por celda.
- Pueden necesitarse menos celdas para alcanzar una capacidad determinada.
- Existen modelos de alta descarga para aplicaciones exigentes.
Sin embargo, una celda 21700 no es automáticamente mejor que una 18650.
Al calcular un pack de baterías, la elección depende de la capacidad, corriente, dimensiones, peso y requisitos del equipo.
Por ejemplo, una batería de 36 V y 15 Ah puede calcularse con:
- 50 celdas 18650 de 3.000 mAh: configuración 10S5P.
- 30 celdas 21700 de 5.000 mAh: configuración 10S3P.
Así, ambas proporcionan la misma tensión y capacidad nominales, pero no necesariamente el mismo comportamiento bajo carga.
Errores frecuentes al calcular un pack de baterías
Confundir voltaje nominal y voltaje máximo
Por ejemplo, una batería 10S con celdas de 3,6 V nominales tiene 36 V nominales, pero puede alcanzar 42 V al finalizar la carga.
Por eso, no debemos confundir ambos valores.
Calcular la capacidad sin considerar la corriente
De hecho, una batería puede disponer de muchos Ah y, aun así, no ser adecuada para alimentar un motor de elevada potencia.
Por lo tanto, debemos comprobar también los amperios de descarga.
Mezclar celdas diferentes
En general, no es recomendable combinar celdas de distinta capacidad, modelo, estado de salud o características eléctricas sin un diseño técnico que justifique su compatibilidad.
Olvidar el espacio disponible
En realidad, el número de celdas no determina por sí solo las dimensiones finales.
También debemos considerar soportes, aislamiento, conexiones, BMS y envolvente.
Utilizar un cargador incorrecto
Por eso, la tensión final y el perfil de carga deben ser compatibles con la química y la configuración de la batería.
No comprobar las protecciones
Por supuesto, un pack necesita un sistema de protección adecuado para sus características y aplicación.
Confundir el cálculo con el montaje
En realidad, calcular el número de celdas de un pack de baterías es solo la primera fase.
Además, la construcción física requiere conocimientos técnicos, procedimientos de soldadura por puntos adecuados, aislamiento, protecciones y verificación eléctrica.
Por lo tanto, no deben improvisarse conexiones ni soldarse directamente los terminales de las celdas con un soldador convencional.
Como referencia técnica externa, Battery University explica los principios de las conexiones de baterías en serie y paralelo.
Preguntas frecuentes sobre cómo calcular un pack de baterías
¿Cuántas celdas 18650 necesito para una batería de 36 V?
Por lo general, con celdas Li-ion de 3,6 V nominales se utilizan habitualmente diez grupos en serie. El número total dependerá de cuántas celdas coloquemos en paralelo para alcanzar la capacidad deseada.
¿Cuántas celdas necesito para una batería de 48 V?
Por ejemplo, una configuración habitual es 13S cuando se utilizan celdas Li-ion de 3,6 o 3,7 V nominales y 4,2 V de tensión máxima. Además, el número total depende de la capacidad que necesitemos.
¿Cuántas celdas tiene una batería 10S4P?
En concreto, tiene 40 celdas: diez grupos en serie con cuatro celdas en paralelo por grupo.
¿Qué significa que una batería tenga 20 Ah?
Es decir, significa que su capacidad nominal es de 20 amperios-hora. Por eso, para conocer su energía nominal en Wh también necesitamos saber su voltaje.
¿Puedo conseguir 20 Ah con celdas de 5.000 mAh?
Sí. En ese caso, necesitamos cuatro celdas idénticas en paralelo por grupo para alcanzar teóricamente 20 Ah. Por otro lado, el número de grupos en serie dependerá del voltaje deseado.
¿Es mejor utilizar menos celdas de mayor capacidad?
No siempre. Además, debemos comparar también la corriente máxima de descarga, las dimensiones, el peso, la temperatura y el comportamiento bajo carga.
¿Cómo sé qué BMS necesita mi pack?
En primer lugar, debes conocer la química de las celdas, el número de grupos en serie y las corrientes de carga y descarga previstas, además de los requisitos de protección térmica y eléctrica.
¿Puedo calcular una batería únicamente con los vatios-hora?
Por un lado, los Wh permiten estimar la energía necesaria, pero para definir el número de celdas también necesitamos conocer el voltaje del sistema, las características de las celdas y la corriente requerida.
Conclusión
Calcular un pack de baterías de litio consiste en determinar cuántos grupos necesitamos en serie para conseguir el voltaje deseado y cuántas celdas debemos conectar en paralelo para alcanzar la capacidad necesaria.
En resumen, las fórmulas fundamentales son:
Voltaje nominal = S × voltaje nominal de la celda
Capacidad = P × capacidad de la celda
Número total de celdas = S × P
Energía nominal (Wh) = voltaje nominal × capacidad en Ah
Con estas operaciones podemos comparar configuraciones como 10S4P, 10S5P o 13S4P y estimar las características eléctricas de un pack.
Sin embargo, un cálculo correcto también debe considerar la corriente de descarga, la compatibilidad del equipo, el BMS, las conexiones, las protecciones y las condiciones de funcionamiento.
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