Revista Multidisciplinaria Perspectivas Investigativas
Multidisciplinary Journal Investigative Perspectives
Vol. 6(especial), 103-109, 2026
https://doi.org/10.62574/rmpi.v6iespecial.527
103
Análisis experimental del efecto térmico en el desbalance energético de
baterías NiMH
Experimental analysis of the thermal effect on the energy imbalance of
NiMH batteries
Andrés Edisson Águila-León
ua.andresal02@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de las Andes, Ecuador
https://orcid.org/0009-0005-4689-3275
Edwin Javier Morejón-Sánchez
ua.edwinms68@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de las Andes, Ecuador
https://orcid.org/0009-0006-7409-155X
Mario Fernando Vargas-Brito
ua.mariovb40@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de las Andes, Ecuador
https://orcid.org/0009-0000-0690-1406
Raúl Fernando Galarza-Chacón
ua.raulgc93@uniandes.edu.ec
Universidad Regional Autónoma de las Andes, Ecuador
https://orcid.org/0009-0008-3608-4652
RESUMEN
El estudio analizó el efecto térmico en el desbalance energético de baterías de níquel-metal
hidruro (NiMH) en sistemas híbridos; en ese marco, se presentó como objetivo desarrollar un
análisis experimental del efecto térmico en el desbalance energético de baterías NiMH. Bajo un
enfoque experimental, se evaluó un módulo de baterías de un vehículo híbrido mediante
mediciones de voltaje, temperatura y pruebas de balanceo individual. Los resultados
evidenciaron que las celdas centrales alcanzan mayores temperaturas, generando mayor
degradación y desbalance energético. Asimismo, el balanceo y la redistribución de celdas
permitieron uniformar voltajes y mejorar el estado de salud del módulo. Se concluyó que el
control térmico es determinante para optimizar el rendimiento y prolongar la vida útil de las
baterías.
Descriptores: consumo de energía; economía de la energía; abastecimiento de energía.
(Fuente: Tesauro UNESCO).
ABSTRACT
The study analysed the thermal effect on the energy imbalance of nickel-metal hydride (NiMH)
batteries in hybrid systems; within this framework, the objective was to develop an experimental
analysis of the thermal effect on the energy imbalance of NiMH batteries. Using an experimental
approach, a battery module from a hybrid vehicle was evaluated through voltage and
temperature measurements, as well as individual balancing tests. The results showed that the
central cells reach higher temperatures, leading to greater degradation and energy imbalance.
Furthermore, balancing and cell redistribution helped to standardise voltages and improve the
health of the module. It was concluded that thermal management is crucial for optimising
performance and extending the service life of the batteries.
Descriptors: energy consumption; energy efficiency; energy supply. (Source: UNESCO
Thesaurus).
Recibido: 06/01/2026. Revisado: 12/01/2026. Aprobado: 18/01/2026. Publicado: 31/01/2026.
Tecnología
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Análisis experimental del efecto térmico en el desbalance energético de baterías NiMH
Experimental analysis of the thermal effect on the energy imbalance of NiMH batteries
Andrés Edisson Águila-León
Edwin Javier Morejón-Sánchez
Mario Fernando Vargas-Brito
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INTRODUCCIÓN
El rendimiento de las baterías de plomo-ácido sigue mejorando a pesar de más de 160 años de
avances tecnológicos (Heller, 1998); su coste inicial de adquisición resulta considerablemente
menor que el de las baterías NiMH y de iones de litio, en virtud de la madurez alcanzada por
esta tecnología. Por su naturaleza electroquímica, las baterías de plomo-ácido son más
adecuadas para vehículos eléctricos de baja velocidad y bajo coste, aunque con el tiempo
serán desplazadas por tecnologías de mayor rendimiento. En ese marco de evolución
tecnológica, el consumo de baterías de níquel-hidruro metálico (NiMH) ha crecido de manera
sostenida en los últimos años, dado que han reemplazado a los acumuladores de níquel-
cadmio gracias a sus ventajas técnicas y medioambientales; comercializadas en Japón desde
1990, se distinguen por su alta capacidad electroquímica, versatilidad, bajo mantenimiento,
seguridad, compatibilidad ambiental y reducidas tasas de autodescarga, según señalan
Innocenzi y Vegliò (2017). En esa misma línea, la batería NiMH constituye una alternativa de
peso frente a la tecnología Ni-Cd, en razón de su alta densidad energética, elevada capacidad
de descarga, larga vida útil y ausencia de materiales tóxicos; su demanda ha aumentado
recientemente para aplicaciones que abarcan desde aparatos eléctricos portátiles hasta
vehículos eléctricos e híbridos, tal como documentan Pan y Chen (2002). A lo anterior se suma
que la tecnología NiMH ha sido ampliamente adoptada en vehículos híbridos por su fiabilidad,
densidad de potencia y longevidad, manteniéndose como opción estable en aplicaciones
prácticas pese al auge de las baterías de litio, de acuerdo con Zhang et al. (2025).
En cuanto a los factores que condicionan la durabilidad de estos sistemas, se ha documentado
que los gradientes térmicos dentro del paquete de baterías pueden acelerar la degradación no
uniforme de las celdas, afectando negativamente su rendimiento y vida útil (Itagi & Kumar,
2024); en estudios focalizados en baterías de automoción, se observó que diferencias de
temperatura de apenas 5 °C entre celdas pueden ocasionar pérdidas de capacidad superiores
al 10 %, efecto particularmente relevante en arquitecturas compactas donde la disipación
térmica es limitada, conforme reportan Wu et al. (2023). En el contexto específico de sistemas
híbridos Toyota como el Prius C (Aqua), la arquitectura en serie de módulos y la estructura
compacta inducen gradientes térmicos localizados, especialmente en las celdas centrales, que
resultan susceptibles a mayor envejecimiento, según establecen Martínez-Sánchez et al.
(2024). Al respecto, el sistema del Toyota Prius contiene una serie de componentes
técnicamente avanzados que hacen que el diagnóstico resulte complejo; la unidad de control
de la batería mide temperatura, voltaje y corriente, y cuando alguno de estos parámetros
supera los niveles predeterminados se registra un código de diagnóstico de avería (DTC),
siendo los más frecuentes los de «fuga detectada» y «mal funcionamiento del bloque de la
batería», de acuerdo con Plett (2011). En relación con la gestión energética del sistema, la
calidad de la batería determina la eficiencia del vehículo, y su administración basada en la
estimación del estado de carga (SOC) resulta indispensable para aceptar la potencia
procedente del frenado regenerativo, suministrarla al accionamiento eléctrico y prevenir la
sobrecarga o descarga profunda, tal como señalan Ota et al. (2008).
Por tanto, se tiene por objetivo desarrollar un análisis experimental del efecto térmico en el
desbalance energético de baterías NiMH.
MÉTODO
El estudio se desarrolló mediante un enfoque experimental aplicado a un módulo de baterías
de níquel-metal hidruro (NiMH) perteneciente a un sistema híbrido Toyota Prius C (Aqua). El
procedimiento se estructuró en varias etapas que permitieron caracterizar la condición inicial
del módulo y evaluar el efecto del balanceo individual.
Diagnóstico inicial del sistema híbrido
Se realizó un escaneo con Toyota Techstream, obteniendo los códigos de falla C1310, C1259 y
P0A80, que indicaron fallas en el sistema híbrido y degradación del paquete de baterías con un
SOH del 52 %.
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Desmontaje del módulo de baterías
Un módulo de batería está compuesto por celdas conectadas en serie y en paralelo; su
modelado puede abordarse considerando estas configuraciones junto con las resistencias entre
celdas y terminales. Se procedió al desmontaje del paquete de baterías de alta tensión
siguiendo protocolos de seguridad para sistemas híbridos, que incluyeron: desconexión del
servicio híbrido mediante extracción del fusible principal (service plug); uso de guantes
dieléctricos y herramientas aisladas; y verificación de ausencia de tensión antes de manipular
el módulo.
Medición inicial de voltajes
Se retiró el módulo afectado y se realizaron mediciones de voltaje en circuito abierto para cada
una de las 20 celdas que lo componen, utilizando un multímetro digital calibrado y registrando
los valores individuales.
Evaluación térmica del módulo
Durante operación simulada, los tres termistores instalados en el módulo registraron
temperaturas de 33,5 °C en la celda 1 (periferia), 43,2 °C en la celda 11 (zona central) y 35,0
°C en la celda 20 (periferia). Este gradiente térmico de aproximadamente 10 °C confirma que
las celdas centrales operan en condiciones más severas, favoreciendo su degradación
acelerada; los resultados son consistentes con el análisis térmico realizado y justifican la
reubicación de las celdas centrales hacia posiciones periféricas para reducir el estrés térmico
acumulado.
Parámetros de interés
– Número de celdas por módulo: 6 – Voltaje nominal: 7,2 V – Capacidad: 6,5 Ah – Resistencia
interna aproximada por módulo (Rᵢ): 0,02 Ω (dato típico Panasonic) – Masa: 1,04 kg –
Dimensiones: 275 × 106 × 19,6 mm – Densidad aproximada (NiMH): ρ ≈ 8.000 kg/m³ – Calor
específico del NiMH: Ce ≈ 500 J/kg·K – Área superficial estimada (A): considerando el módulo
como paralelepípedo → A ≈ 0,07 m²
La ecuación 1 describe el modelo de generación de calor por efecto Joule durante
carga/descarga: Qₕᵉₙ = I² · Rᵢ · t (1) Si el vehículo descarga el módulo a I = 50 A, con Rᵢ ≈ 0,02
Ω y para un ciclo de descarga de t = 300 s (5 min): Q = (50)² (0,02)(300) = 15.000 J.
La ecuación 2 describe el incremento de temperatura en un modelo sin disipación: ΔT = Qₕᵉₙ /
(m · Cₚ) (2) Con m = 1,04 kg y Cₚ ≈ 500 J/kg·K: ΔT = 15.000 / (1,04 × 500) = 28,8 °C; esto
significa que, en condiciones sin enfriamiento, el módulo podría calentarse casi 30 °C por
encima de su temperatura inicial en solo 5 minutos de alta demanda.
La ecuación 3 describe el modelo de pérdidas por convección: Qᶜᵒⁿᵛ = h · A · ΔT · t (3) Con
coeficiente convectivo forzado h = 30 W/m²·K, A = 0,07 m² y ΔT = 10 °C: Qᶜᵒⁿᵛ = 30
(0,07)(10)(300) ≈ 6.300 J; el calor neto acumulado se reduce entonces a Qⁿᵉᵗ = 15.000 − 6.300
≈ 8.700 J, con un incremento real de ΔTᴿᵉᵃᴸ = 8.700 / (1,04 × 500) = 16,7 °C.
Proceso de carga y balanceo individual
Cada celda se cargó de forma individual con corriente constante de 0,2 A durante 72 horas,
monitoreando la temperatura superficial para evitar sobrecalentamiento; al finalizar, todas las
celdas alcanzaron uniformemente 8,0 V.
Reordenamiento de las celdas
Se implementó una redistribución estratégica, desplazando las celdas más degradadas
(previamente en el centro) hacia posiciones periféricas, con el objetivo de reducir el estrés
térmico en operaciones futuras.
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Verificación final
Se detectó una notable corrosión en los bus bars de la batería, que fue tratada con una
solución de ácido sulfúrico; dicha corrosión en los bus bars de baterías NiMH se produce por la
exposición al electrolito alcalino (KOH), la humedad y la condensación dentro del paquete.
Estos factores, combinados con las diferencias de potencial eléctrico, generan corrosión
electrolítica y galvánica que deteriora el recubrimiento protector; los ciclos térmicos repetidos
favorecen la formación de óxidos e incrementan la resistencia de contacto, contribuyendo al
desbalance energético y a la pérdida de eficiencia del módulo híbrido. Se registró la posición de
cada celda dentro del módulo y se clasificaron los resultados según su ubicación (central o
periférica), lo que permitió relacionar la distribución térmica con los niveles de degradación
observados. El módulo se reensambló con bus bars limpios y tratados contra corrosión; se
midieron nuevamente los voltajes de todas las celdas, verificando que todas alcanzaran el valor
uniforme de 8,0 V.
RESULTADOS
Voltajes iniciales desbalanceados
En sistemas híbridos Toyota existe generación de DTC cuando el delta es superior a 0,03 V
entre celdas; se observa, a su vez, un patrón de menor voltaje en las celdas centrales. Se
registraron voltajes entre 7,29 V y 7,35 V, siendo las celdas centrales (7–14) las que
presentaron menores valores, lo que indica mayor degradación energética acumulada. Ver
tabla 1.
Tabla 1. Voltajes individuales de cada celda (Águila, 2025).
BLOQUE
CELDA
VOLTAJE (V)
DELTA (ΔV)
1
1
7,34
0,00
2
7,34
0,00
2
3
7,34
0,00
4
7,33
0,01
3
5
7,31
0,03
6
7,31
0,03
4
7
7,30
0,04
8
7,29
0,05
5
9
7,29
0,05
10
7,29
0,05
6
11
7,29
0,05
12
7,29
0,05
7
13
7,30
0,04
14
7,30
0,04
8
15
7,31
0,03
16
7,31
0,03
9
17
7,33
0,01
18
7,34
0,00
10
19
7,34
0,00
20
7,34
0,00
Diferencias térmicas significativas
En condiciones operativas simuladas, los tres termistores mostraron temperaturas de 33,5 °C
en el extremo inicial (celda 1), 43,2 °C en la zona central (celda 11) y 35,0 °C en el extremo
final (celda 20). Sin refrigeración, la temperatura supera los 50 °C en menos de 10 minutos; con
ventilación forzada, el aumento se estabiliza alrededor de 40 °C, aunque persiste el riesgo para
las celdas centrales, que reciben menor flujo de aire, con el límite crítico de 40 °C a partir del
cual se acelera la degradación química. Este gradiente de aproximadamente 10 °C confirmó
que las celdas centrales operan bajo mayor estrés térmico.
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Análisis térmico matemático
El modelo de generación de calor por efecto Joule predijo un incremento potencial de 28,8 °C
en ausencia de refrigeración, alcanzando temperaturas cercanas a 54 °C; con ventilación
forzada, el incremento se redujo a 16,7 °C, aunque persiste un gradiente térmico interno que
afecta con mayor intensidad a las celdas centrales. Las celdas centrales (aproximadamente 7–
15) alcanzan temperaturas superiores a 40 °C, acercándose al rango crítico, mientras que las
celdas periféricas (1–4 y 17–20) se mantienen entre 33 °C y 35 °C con menor degradación
térmica; este comportamiento evidencia por qué el reordenamiento de las celdas representa
una estrategia efectiva para reducir el estrés térmico acumulado.
Balanceo individual exitoso
Tras el proceso de carga controlada a 0,2 A durante 72 horas por celda, todos los módulos
alcanzaron un voltaje uniforme de 8,0 V ± 0,02 V; no se registraron sobrecalentamientos ni
fugas de electrolito durante la operación.
Redistribución de celdas
Se realizó el reordenamiento físico de las celdas, ubicando las previamente degradadas hacia
posiciones periféricas, con el objetivo de reducir su exposición a temperaturas elevadas en
operaciones futuras.
Condición final del módulo
Tras la reconfiguración, el módulo presentó voltajes balanceados y conexiones sin signos de
corrosión, gracias a la limpieza de los bus bars; se logró una mejora en la vida útil operativa del
paquete de baterías con un SOH del 60 %, resultado de la combinación del balanceo
energético y la redistribución térmica.
DISCUSIÓN
Las mediciones de voltaje inicial demostraron que las celdas ubicadas en el centro del paquete
presentaban valores más bajos (≈ 7,29 V) que las periféricas (≈ 7,34–7,35 V); este patrón
coincide con investigaciones anteriores que indican que el calor acumulado en la zona central
acelera las reacciones de degradación en baterías NiMH, reduciendo gradualmente su
capacidad útil, conforme señalan Itagi y Kumar (2024) y Wu et al. (2023). El comportamiento
térmico medido con los termistores confirmó esta hipótesis, dado que el sensor ubicado en la
celda 11 registró 43,2 °C, aproximadamente 10 °C más que las celdas extremas; estos datos
se encuentran dentro de los rangos reportados en investigaciones que analizan módulos
híbridos sin refrigeración líquida, donde los gradientes internos pueden alcanzar diferencias
similares, de acuerdo con Martínez-Sánchez et al. (2024).
El análisis térmico matemático aportó una visión complementaria de este fenómeno; bajo
condiciones de descarga intensa, el modelo sin refrigeración predijo un incremento de
temperatura cercano a 28,8 °C, alcanzando valores críticos superiores a 50 °C. Incluso
considerando la ventilación forzada del sistema, la simulación mostró que el gradiente térmico
persiste, lo que refuerza la necesidad de estrategias de mitigación; este resultado concuerda
con modelos térmicos reportados en la literatura, en los que la convección forzada solo atenúa,
sin eliminar, los puntos calientes en el interior del módulo. Ante este escenario, se implementó
una estrategia de balanceo individual y redistribución de celdas; el balanceo permitió uniformar
los voltajes a 8,0 V, recuperando parte de la capacidad perdida y asegurando homogeneidad
energética. La reubicación de las celdas centrales degradadas hacia zonas periféricas se
fundamentó en la evidencia térmica obtenida, pues al exponer estas celdas a un entorno con
mejor disipación de calor se reduce el estrés térmico futuro y se prolonga su vida útil; si bien
esta práctica no es estándar en el mantenimiento industrial, representa una solución
innovadora que podría evaluarse como estrategia de extensión de vida en baterías de
vehículos híbridos en condiciones de campo.
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CONCLUSION
En relación con el objetivo de desarrollar un análisis experimental del efecto térmico en el
desbalance energético de baterías NiMH, se concluye que los gradientes térmicos internos
constituyen el principal factor que provoca la degradación no uniforme de las celdas; las
ubicadas en la zona central operan a temperaturas significativamente mayores, lo que acelera
la pérdida de capacidad y genera desbalances de voltaje. Del mismo modo, se demostró que
estrategias como el balanceo individual y la redistribución física de las celdas permiten reducir
dicho desbalance, mejorar la uniformidad energética y elevar el estado de salud del módulo; de
ello se desprende que el control térmico y la gestión adecuada de la distribución interna son
determinantes para optimizar el rendimiento y prolongar la vida útil de las baterías en sistemas
híbridos.
FINANCIAMIENTO
No monetario
CONFLICTO DE INTERÉS
No existe conflicto de interés con personas o instituciones ligadas a la investigación.
AGRADECIMIENTOS
A UNIANDES.
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