Paquetes de baterías de litio de 24 V frente a 48 V: cómo los OEM eligen el voltaje correcto del sistema

La decisión sobre el voltaje de la batería a menudo parece sencilla al comienzo de un proyecto de equipo. El equipo de ingeniería estima el tiempo de ejecución requerido, verifica el espacio de instalación disponible y elige una batería de 24 V o 48 V.

Las consecuencias aparecen más tarde.

Un controlador de motor alcanza su límite de corriente durante la aceleración. Un conector se calienta más de lo esperado. El cargador no coincide con el voltaje superior real de la batería. Una bomba auxiliar todavía necesita 24 V, aunque el bus de alimentación principal ha pasado a 48 V. En otro caso, el sistema eléctrico funciona, pero el controlador de la máquina no puede interpretar los mensajes CAN del sistema de gestión de la batería.

Estos no son problemas aislados de la batería. Son problemas de voltaje del sistema.

La elección correcta en una comparación de baterías de litio de 24 V frente a 48 V depende de la potencia máxima, el consumo de energía promedio, la longitud del cable, la caída de voltaje, la compatibilidad del controlador, la estrategia de carga, las cargas auxiliares, los requisitos de comunicación y el camino de desarrollo futuro de la máquina.

La respuesta corta

Un paquete de baterías de litio de 24 V suele ser una opción práctica para equipos compactos, cargas de potencia moderada, tramos de cables más cortos y máquinas construidas en torno a un ecosistema de componentes de 24 V establecido.

Un paquete de baterías de litio de 48 V , incluidos los sistemas comúnmente descritos como 51,2 V nominales, suele ser más adecuado cuando la máquina necesita mayor potencia continua o máxima, menor corriente para un nivel de potencia determinado, cableado más largo o espacio adicional para futuras actualizaciones de rendimiento.

Ningún voltaje es automáticamente mejor.

Consideración de ingeniería	La plataforma de 24 V suele encajar	La plataforma de 48 V/51,2 V suele ser adecuada
Potencia del equipo	Bajo a moderado	Moderado a alto
Corriente a igual potencia	Más alto	Más bajo
Carga de cables y conectores	Mayor a medida que aumenta el poder	Más fácil de gestionar a mayor potencia
Ecosistema de componentes existente	Común en equipos heredados y compactos	Común en equipos móviles e industriales más grandes.
Dispositivos auxiliares de 24V	Se puede conectar directamente si el rango de voltaje coincide	Generalmente requiere un convertidor DC-DC
Potencial de actualización	Puede volverse actual-limitado	Más espacio libre eléctrico
Complejidad de la integración	A menudo es más sencillo para máquinas de 24 V existentes.	Requiere una revisión completa de compatibilidad de voltaje
Impulsor de decisión típico	Simplicidad y compatibilidad	Entrega de energía y corriente reducida.

La decisión correcta debe tomarse a partir de un perfil operativo, no sólo del voltaje.

“24V” y “48V” son nombres de sistemas, no especificaciones completas

Uno de los errores de abastecimiento más comunes es suponer que todas las baterías descritas como de 24 V tienen el mismo voltaje de funcionamiento.

No es así.

La química de la batería, el recuento de celdas en serie, el estado de carga, los límites de BMS y la estrategia de carga determinan la ventana de voltaje real. Un paquete de iones de litio de “48 V” y un paquete de fosfato de hierro y litio de 51,2 V pueden pertenecer a una clase de equipo similar pero tienen diferentes requisitos de carga completa, corte de descarga y controlador.

Por ejemplo, eDailyMag enumera un compacto Batería de litio de 25,2 V y 10,2 Ah con 257,04Wh de energía nominal, una clasificación máxima de descarga continua de 20A y comunicación RS485. El producto pertenece a la familia general de sistemas de 24 V, pero su tensión nominal indicada es de 25,2 V.

En el extremo más amplio de la gama, la empresa Batería de 51,2 V 108 Ah Se especifica con una clasificación máxima de descarga continua de 150 A y comunicación RS485/CAN.

Estos productos ilustran la amplitud de las dos clases de voltaje. No son alternativas directas de igual energía.

Antes de seleccionar una batería, obtenga al menos estos tres valores de voltaje:

1. Tensión nominal de la batería.

2. Tensión máxima de carga.

3. Tensión de descarga mínima permitida bajo la carga prevista.

El controlador del motor, el cargador, el convertidor CC-CC, los contactores, los condensadores y otros dispositivos electrónicos conectados deben tolerar toda la ventana operativa, no solo el voltaje impreso en el nombre del producto.

Por qué un voltaje más alto reduce la corriente

La relación básica es:

Potencia = Voltaje × Corriente

Para una carga eléctrica ideal de 2000 W:

• A 24 V, la corriente es de aproximadamente 83,3 A.

• A 48 V, la corriente es de aproximadamente 41,7 A.

Duplicar el voltaje aproximadamente reduce a la mitad la corriente requerida para entregar la misma potencia.

El equipo real es más complicado. El voltaje de la batería cambia con el estado de carga y carga, mientras que los motores, controladores, bombas e inversores tienen pérdidas de eficiencia. La corriente durante el arranque o la aceleración también puede ser varias veces el valor de funcionamiento estable.

Aun así, el cálculo muestra por qué el voltaje del sistema se vuelve cada vez más importante a medida que aumenta la potencia de la máquina.

Una diferencia de 10 A puede ser fácil de gestionar. Una diferencia de 50 A o 100 A afecta a los cables, terminales, barras colectoras, fusibles, contactores, cobre de PCB, generación de calor, diseño del gabinete y procedimientos de servicio.

La corriente cambia más que el tamaño del cable

Las pérdidas eléctricas en un conductor se pueden estimar mediante:

Pérdida de energía = Corriente² × Resistencia

Suponga que la resistencia total de la ruta de alta corriente positiva y negativa es de 10 miliohmios o 0,01 Ω.

Para el ejemplo simplificado de 2kW:

• A 24 V y 83,3 A, la pérdida en la ruta del cable es de aproximadamente 69,4 W.

• A 48 V y 41,7 A, la pérdida en la ruta del cable es de aproximadamente 17,4 W.

La corriente se ha reducido a la mitad, pero la pérdida resistiva cae a aproximadamente una cuarta parte.

Esta relación I²R también se describe en el informe del Departamento de Energía de EE. UU. Estudio de alcance de microrredes de CC . Aunque el estudio aborda un contexto más amplio de distribución de energía, el principio subyacente de pérdida del conductor es el mismo.

A igual potencia, un sistema de mayor voltaje normalmente transporta menos corriente, lo que reduce el calentamiento resistivo a lo largo del camino de alta corriente.

La caída de tensión sigue la ley de Ohm:

Caída de voltaje = Corriente × Resistencia

La explicación de Fluke de la ley de Ohm proporciona una base útil para diagnosticar estas relaciones en un circuito eléctrico.

Con el mismo camino de 0,01Ω:

• El ejemplo de 24 V cae aproximadamente 0,83 V.

• El ejemplo de 48 V cae aproximadamente 0,42 V.

Por lo tanto, el sistema de mayor voltaje tiene una caída absoluta menor y una caída porcentual mucho menor.

Victron Energía Guía técnica de cableado ilimitado ofrece una comparación práctica similar: una carga de 2400 W consume 100 A a 24 V pero solo 50 A a 48 V, con un porcentaje de caída de voltaje sustancialmente menor en el ejemplo de 48 V.

El detalle importante es que la resistencia no se limita al propio cable. Se acumula en:

• Terminales de batería

• Terminales y engarces para cables

• Conectores

• Fusibles y portafusibles

• Contactores

• derivaciones actuales

• Interruptores de aislamiento

• Barras colectoras

• Conexiones de PCB

Un terminal mal engarzado puede anular parte de la ventaja esperada. Por lo tanto, la selección de tensión y la calidad de la conexión deben diseñarse juntas.

El voltaje por sí solo no determina el tiempo de ejecución

Otro error frecuente es comparar las baterías sólo en amperios-hora.

La energía de la batería es aproximadamente:

Vatios-hora = Voltaje nominal × Amperios-hora

Considere dos paquetes simplificados:

• 24 V × 100 Ah = 2400 Wh

• 48 V × 50 Ah = 2400 Wh

Su energía nominal es aproximadamente igual aunque sus índices de amperios-hora sean diferentes.

Si dos paquetes tienen una potencia nominal de 100 Ah, el paquete de 48 V almacena aproximadamente el doble de la energía nominal del paquete de 24 V. Normalmente contendrá más células y puede ser más grande, más pesado y más caro.

Por lo tanto, el tiempo de funcionamiento debe estimarse a partir de los vatios-hora utilizables y el ciclo de trabajo de la máquina. Una estimación práctica también debe tener en cuenta:

• Límites de descarga de la batería

• Temperatura celular

• Eficiencia de conversión

• Consumo de energía auxiliar

• Subsidio por envejecimiento

• Capacidad de reserva requerida

• Comportamiento de carga máxima

• Si la máquina puede completar su ciclo de trabajo antes de cargarla

Una especificación útil no dice sólo “la máquina necesita ocho horas”. Describe lo que hace la máquina durante esas ocho horas.

La carga máxima puede decidir el voltaje antes de que lo haga el tiempo de ejecución

El consumo de energía promedio puede parecer modesto, mientras que la corriente máxima es severa.

Un robot móvil, una máquina de limpieza, una plataforma elevadora o un carro automatizado pueden experimentar cargas simultáneas de tracción, dirección, elevación, bombas, cepillos, computadoras, sensores y hardware de comunicación. El par de arranque, las rampas, los giros cerrados, las transiciones de alfombras o los eventos de elevación pueden crear demandas breves de alta corriente.

A un voltaje del sistema más bajo, la misma potencia máxima requiere más corriente. Que puede producir:

• Mayor caída de voltaje

• Alarmas de subtensión del controlador anteriores

• Protección contra sobrecorriente BMS

• Calentamiento del conector

• Estrés del contactor

• Par motor disponible reducido

• Apagado inesperado a pesar de la capacidad restante de la batería

Esta es la razón por la que se debe seleccionar una batería según perfiles de carga continua y máxima.

Solicite al equipo del equipo datos actuales medidos si existe un prototipo. Si no es así, cree una tabla de carga que incluya la potencia continua de cada subsistema, la potencia de arranque, la duración y la probabilidad de operar simultáneamente.

Cuando una plataforma de 24 V tiene sentido

Una arquitectura de 24 V sigue siendo una buena opción cuando se adapta a la máquina en lugar de limitarla.

Puede ser la mejor opción cuando:

• El equipo tiene una demanda de energía moderada.

• Los tramos de cables de alta corriente son cortos.

• Los controladores, actuadores, bombas y cargadores existentes están diseñados para 24 V.

• El entorno de instalación favorece una batería compacta.

• El soporte directo para cargas auxiliares de 24 V simplifica el diseño.

• Mantener la compatibilidad con una familia de productos establecida es comercialmente importante.

• Los equipos de servicio ya disponen de componentes de 24 V adecuados.

La ventaja suele ser la simplicidad del sistema.

Si la corriente requerida se mantiene cómodamente dentro de los valores nominales de la batería, BMS, conector, fusible, contactor y controlador, aumentar el voltaje del sistema puede agregar costos sin ofrecer un beneficio operativo significativo.

Sin embargo, la decisión necesita margen. Un sistema de 24 V que funciona cerca de su límite actual en condiciones normales puede tener poca tolerancia a celdas frías, conectores viejos, paradas del motor, accesorios futuros o configuraciones de software de mayor rendimiento.

Cuando 48 V o 51,2 V se vuelven atractivos

Una plataforma de mayor voltaje a menudo se justifica cuando la corriente, y no la energía, se está convirtiendo en la principal limitación del diseño.

Las razones típicas incluyen:

• Mayor tracción o potencia del motor.

• Cables más largos

• Aceleraciones frecuentes o picos de elevación

• Varios motores funcionando juntos

• Bombas, compresores, calentadores o inversores de alta potencia

• Tamaño excesivo de cable o conector en un diseño de 24 V

• Necesidad de reducir la caída de tensión

• Planes futuros para un movimiento más rápido o una mayor carga útil

• Una plataforma de productos que cubre varios tamaños de máquinas

La corriente más baja a igual potencia puede facilitar la gestión térmica y la distribución de energía, pero una arquitectura de 48 V no es automáticamente más pequeña ni más liviana. El resultado final depende de la capacidad energética, la química, la construcción del gabinete, el hardware de protección y los requisitos mecánicos.

Los OEM también deben decidir si la plataforma es realmente de 48 V nominales o 51,2 V nominales y validar cada componente en todo el rango de voltaje.

Un cambio de 24 V a 48 V no es un cambio de batería

Reemplazar una batería de 24 V por una de 48 V sin rediseñar el sistema conectado puede dañar el equipo o crear un riesgo de seguridad grave.

Los siguientes componentes requieren revisión:

Componente	¿Qué se debe comprobar?
Motor	Clasificación de voltaje, velocidad, aislamiento, límites térmicos.
Controlador de motores	Entrada CC mínima y máxima, clasificación de corriente, comportamiento regenerativo
Cargador	Química, recuento de celdas en serie, perfil de carga, voltaje máximo, comunicación
Convertidor CC-CC	Rango de entrada, voltaje de salida, carga auxiliar máxima
Fusible	Clasificación de voltaje CC, capacidad de interrupción, curva corriente-tiempo
contactor	Tensión de bobina, tensión de contacto, corriente continua, poder de corte.
Circuito de precarga	Resistencia, clasificación energética, temporización, capacitancia del controlador.
Conector	Voltaje, corriente continua, ciclos de acoplamiento, sellado ambiental.
Cable	Área del conductor, clasificación de aislamiento, temperatura, enrutamiento
BMS	Configuración de celda, límites de corriente, lógica de protección, protocolo.
Controlador de máquina	Hardware CAN/RS485, formato de mensaje, alarma y lógica de estado
Equipo de servicio	Proceso de aislamiento, herramientas de diagnóstico, formación de técnicos.

La ruta de energía regenerativa de la máquina también merece una atención especial. Durante el frenado o el descenso de carga, el controlador puede devolver energía a la batería. Si la batería está fría, casi llena o no puede aceptar la corriente regenerativa, el voltaje del bus puede aumentar rápidamente.

El BMS, el controlador y la estrategia de frenado necesitan límites coordinados.

El cambio de voltaje del sistema afecta toda la ruta de energía, el suministro auxiliar, el cargador, el sistema de protección y la comunicación de la máquina, no solo la batería.

Recuerde las cargas auxiliares

Una máquina puede utilizar un bus de tracción de 48 V, mientras que la mayoría del hardware de control sigue funcionando a 24 V o 12 V.

Las posibles cargas auxiliares incluyen:

• PLC y ordenadores industriales

• Sensores

• Cámaras y escáneres

• Iluminación

• aficionados

• Válvulas solenoides

• Puntos de acceso y módulos de comunicación.

• Zapatillas

• Pantallas y controles de usuario

Un convertidor CC-CC correctamente seleccionado puede alimentar estas cargas desde la batería principal. Su diseño debe considerar la ventana completa de voltaje de entrada, la demanda máxima de salida, los requisitos de aislamiento, la compatibilidad electromagnética, la eficiencia, el consumo en espera y el comportamiento de arranque.

No dimensione el convertidor únicamente a partir de la carga auxiliar promedio. Es posible que varios dispositivos se inicien simultáneamente y algunas computadoras o radios tienen breves picos de corriente de entrada.

La compatibilidad de comunicación es independiente de la compatibilidad de voltaje

La presencia de RS485 o CAN tanto en la batería como en la máquina no garantiza la comunicación.

La interfaz física es solo una capa. Una integración exitosa también requiere un acuerdo sobre:

• Velocidad de baudios

• Direccionamiento de nodos

• Identificadores de mensajes

• Orden de bytes y escalado

• Definición de estado de carga

• Códigos de alarma y falla

• Límites de carga y descarga

• Sincronización de los latidos del corazón

• Secuencia de inicio y apagado

• Resistencia de terminación

• Comportamiento después de la pérdida de comunicación.

Por ejemplo, eDailyMag Batería de 48V 46,2Ah enumera la comunicación RS485, mientras que el producto más grande de 51,2 V enumera RS485 y CAN. Esa información ayuda a reducir las opciones, pero el OEM aún necesita el documento de protocolo y una prueba de protocolo de enlace a nivel de banco.

El ajuste de voltaje, el ajuste del conector y el ajuste del protocolo deben tratarse como tres puertas de aprobación independientes.

Un proceso de selección práctico

1. Definir el perfil operativo real

Registre la potencia promedio, la potencia máxima continua, la potencia máxima, la duración máxima, el ciclo de trabajo, la temperatura de funcionamiento, la ventana de carga y la vida útil requerida.

Separe la información medida de las estimaciones.

2. Calcule la corriente en ambos niveles de voltaje.

Utilice el voltaje de batería más bajo esperado al verificar la corriente máxima. Incluya pérdidas de controlador y de conversión en lugar de depender únicamente de ecuaciones de potencia ideales.

3. Construir el presupuesto de resistencia

Calcule la resistencia a través del bucle completo de alta corriente, incluidos cables, conectores, fusibles, contactores, derivaciones, engarces y barras colectoras.

Calcule tanto la caída de voltaje como el calentamiento I²R a corriente continua y máxima.

4. Comparar arquitecturas completas

No compare cotizaciones de baterías de forma aislada. Incluir:

• Batería y BMS

• Cargador

• Convertidor CC-CC

• Controlador

• Contactores y circuito de precarga.

• Fusibles

• Conectores

• Conjunto de cables

• Refrigeración o calefacción

• Montaje mecánico

• Integración de software

• Certificación y validación

Una batería con un precio de compra más bajo puede dar lugar a una arquitectura eléctrica más cara.

5. Verifique la ventana de voltaje

Confirme el voltaje nominal, el voltaje de carga completa, el rango de descarga normal, el corte de protección, los límites transitorios, las condiciones regenerativas y la tolerancia del cargador.

6. Pruebe el protocolo de comunicación.

Utilice una batería real o un simulador BMS para probar mensajes de estado normales, comandos de límite, estados de advertencia, tiempo de espera de comunicación, comportamiento de reinicio y recuperación de fallas.

7. Validar la peor condición creíble

Un sistema que funciona a temperatura ambiente con una batería nueva aún no está validado.

Combinaciones de prueba como:

• Baja temperatura más aceleración máxima

• Estado de carga bajo más elevación

• Alta temperatura y funcionamiento continuo

• Batería llena más frenado regenerativo

• Batería envejecida más conexiones de alta resistencia

• Conexión del cargador durante temperatura anormal

• Interrupción de la comunicación durante el funcionamiento.

Preguntas para incluir en la solicitud de cotización de la batería

Una solicitud de cotización útil debería proporcionar suficiente información para la revisión de ingeniería.

Incluir:

• Familia de voltaje preferida y rango operativo aceptable

• Corriente continua, pico y de irrupción

• Duración y frecuencia de los eventos pico

• Objetivo de energía utilizable o tiempo de ejecución

• Tiempo de carga y fuente de entrada del cargador

• Requisitos de temperatura ambiente y de celda.

• Espacio de instalación disponible

• Masa máxima aceptable

• Requisitos de conectores y cables

• Necesidades de propiedad intelectual o protección del medio ambiente

• Condiciones de choque y vibración.

• Requisitos del protocolo CAN o RS485

• Certificaciones requeridas

• Volumen anual esperado

• Vida útil objetivo

• Corriente regenerativa, si corresponde

También resulta útil compartir un perfil de carga, una especificación del controlador, una especificación del cargador, un dibujo mecánico y una matriz de comunicación.

Para una evaluación personalizada, los equipos OEM pueden enviar la información de carga y voltaje de su sistema a través del Página de contacto de eDailyMag .

Preguntas frecuentes

¿48 V son siempre más eficientes que 24 V?

No siempre a nivel de sistema completo. Un sistema de 48 V normalmente transporta menos corriente para la misma potencia, lo que reduce las pérdidas resistivas. Sin embargo, la eficiencia del convertidor, la eficiencia del motor, las cargas en espera, el diseño de la batería y el perfil operativo también afectan la eficiencia total.

¿Una batería de 48 V proporciona el doble de tiempo de ejecución?

Sólo si además proporciona el doble de energía utilizable para la misma carga. El voltaje por sí solo no determina el tiempo de ejecución. Compare los vatios-hora utilizables, no sólo los voltios o amperios-hora.

¿Puedo conectar una batería de 48 V a un controlador etiquetado como 48 V?

No hasta que se haya verificado todo el rango de voltaje de entrada del controlador. El voltaje de carga completa de la batería puede exceder lo que alguien espera de la etiqueta "48V".

¿Las baterías de 48V y 51,2V son intercambiables?

No automáticamente. Pueden utilizar diferentes químicas, configuraciones en serie, voltajes de carga, límites de descarga y configuraciones de BMS. Verifique toda la ventana de voltaje y el perfil de carga.

¿Se puede actualizar una máquina de 24 V instalando un controlador de motor de 48 V?

El controlador es sólo una parte del sistema. También se debe revisar el motor, cargador, contactores, fusibles, auxiliares, conversión DC-DC, conectores, aislamiento, protocolo BMS y comportamiento regenerativo.

¿Una corriente más baja significa que siempre se pueden utilizar cables delgados?

Una corriente más baja puede reducir el área del conductor requerida, pero la selección del cable aún debe considerar la caída de voltaje, la temperatura, el método de instalación, el aislamiento, el agrupamiento, los límites del conector, la duración del pico y los estándares aplicables.

¿Debería especificarse la capacidad de la batería en Ah o Wh?

Utilice vatios-hora al comparar energía entre diferentes plataformas de voltaje. Los amperios-hora siguen siendo útiles cuando las condiciones de voltaje y descarga ya están definidas.

¿CAN es mejor que RS485 para un sistema de 48 V?

Ninguna interfaz se selecciona inherentemente por el voltaje de la batería. La decisión depende de la arquitectura de la máquina, los datos requeridos, el protocolo, el entorno de cableado, el diagnóstico y el soporte del controlador existente.

¿Qué suele determinar la elección final?

Para equipos compactos, la compatibilidad de los componentes instalados puede favorecer los 24 V. A medida que aumentan la potencia y la distancia del cable, la gestión actual puede favorecer 48 V o 51,2 V. La mejor opción es la plataforma con el margen eléctrico adecuado y el menor riesgo de integración total.

Recomendación final

Elija el voltaje de la batería como una decisión de la plataforma del equipo, no como un parámetro de la batería de última etapa.

Un sistema de 24 V puede resultar compacto, familiar y económico cuando la demanda de energía y la longitud del cable siguen siendo moderadas. Un sistema de 48 V o 51,2 V puede reducir la corriente, la caída de voltaje y el calentamiento resistivo a medida que aumenta la energía. Pero esos beneficios aparecen sólo cuando el controlador, el cableado, la protección, la carga, la comunicación y la arquitectura auxiliar están diseñados para la misma ventana de voltaje.

Antes de solicitar un paquete de baterías de litio OEM , proporcione al proveedor de baterías los límites de voltaje de la máquina, las cargas continuas y máximas, el ciclo de trabajo, la temperatura de funcionamiento, los requisitos del cargador, el protocolo de comunicación y las limitaciones mecánicas.

Esa información permite diseñar la batería en función de la máquina real, en lugar de pedirle a la máquina que se adapte a una especificación de batería incompleta.