Los paquetes de baterías de litio son como motores que carecen de mantenimiento;Sistema de gestión de edificiosSin una función de balanceo, este es simplemente un recopilador de datos y no puede considerarse un sistema de gestión. Tanto el balanceo activo como el pasivo buscan eliminar inconsistencias dentro de un paquete de baterías, pero sus principios de implementación son fundamentalmente diferentes.
Para mayor claridad, este artículo define el balanceo iniciado por el BMS mediante algoritmos como balanceo activo, mientras que el balanceo que utiliza resistencias para disipar energía se denomina balanceo pasivo. El balanceo activo implica la transferencia de energía, mientras que el balanceo pasivo implica su disipación.
Principios básicos de diseño de paquetes de baterías
- La carga debe detenerse cuando la primera celda esté completamente cargada.
- La descarga debe finalizar cuando se agote la primera celda.
- Las células más débiles envejecen más rápido que las más fuertes.
- -La celda con la carga más débil limitará en última instancia la duración de la batería.'s capacidad utilizable (el eslabón más débil).
- El gradiente de temperatura del sistema dentro del paquete de baterías hace que las celdas que operan a temperaturas promedio más altas sean más débiles.
- Sin equilibrio, la diferencia de voltaje entre las celdas más débiles y las más fuertes aumenta con cada ciclo de carga y descarga. Eventualmente, una celda alcanzará el voltaje máximo mientras que otra se acercará al mínimo, lo que dificulta la carga y descarga de la batería.
Debido al desajuste de las celdas a lo largo del tiempo y a las diferentes condiciones de temperatura desde la instalación, el equilibrio de las celdas es esencial.
Las baterías de iones de litio se enfrentan principalmente a dos tipos de desajuste: desajuste de carga y desajuste de capacidad. El desajuste de carga se produce cuando celdas de la misma capacidad difieren gradualmente en carga. El desajuste de capacidad se produce cuando se utilizan conjuntamente celdas con diferentes capacidades iniciales. Si bien las celdas suelen estar bien adaptadas si se producen aproximadamente al mismo tiempo con procesos de fabricación similares, los desajustes pueden surgir de celdas de origen desconocido o con diferencias significativas de fabricación.
Equilibrio activo vs. equilibrio pasivo
1. Propósito
Los paquetes de baterías constan de muchas celdas conectadas en serie, que probablemente no sean idénticas. El balanceo garantiza que las desviaciones de voltaje de las celdas se mantengan dentro de los rangos esperados, manteniendo la usabilidad y controlabilidad, previniendo así daños y prolongando la vida útil de la batería.
2. Comparación de diseño
- Balanceo Pasivo: Normalmente descarga celdas de mayor voltaje mediante resistencias, convirtiendo el exceso de energía en calor. Este método prolonga el tiempo de carga de otras celdas, pero su eficiencia es menor.
- Balanceo Activo: Una técnica compleja que redistribuye la carga dentro de las celdas durante los ciclos de carga y descarga, reduciendo el tiempo de carga y prolongando su duración. Generalmente emplea estrategias de balanceo inferior durante la descarga y superior durante la carga.
- Comparación de pros y contras: El equilibrio pasivo es más simple y más barato, pero menos eficiente, ya que desperdicia energía en forma de calor y tiene efectos de equilibrio más lentos. El balanceo activo es más eficiente, ya que transfiere energía entre celdas, lo que mejora la eficiencia general del uso y logra el balanceo con mayor rapidez. Sin embargo, implica estructuras complejas y costos más elevados, lo que dificulta la integración de estos sistemas en circuitos integrados dedicados.
Conclusión
El concepto de BMS se desarrolló inicialmente en el extranjero, con los primeros diseños de circuitos integrados centrados en la detección de voltaje y temperatura. Posteriormente, se introdujo el concepto de balanceo, inicialmente mediante métodos de descarga resistiva integrados en circuitos integrados. Este enfoque está ampliamente extendido, con empresas como TI, MAXIM y LINEAR produciendo estos chips, algunos de los cuales integran controladores de conmutación.
Según los principios y diagramas de balanceo pasivo, si se compara un paquete de baterías con un barril, las celdas son como las duelas. Las celdas con mayor energía son tablones largos, y las de menor energía son tablones cortos. El balanceo pasivo solo acorta los tablones largos, lo que resulta en desperdicio de energía e ineficiencias. Este método presenta limitaciones, como una disipación de calor significativa y un balanceo lento en paquetes de gran capacidad.
El balanceo activo, en cambio, "rellena los tablones cortos", transfiriendo energía de las celdas de mayor energía a las de menor, lo que resulta en una mayor eficiencia y una consecución del balanceo más rápida. Sin embargo, introduce problemas de complejidad y coste, con desafíos en el diseño de matrices de conmutación y el control de variadores.
Considerando las desventajas, el equilibrio pasivo puede ser adecuado para celdas con buena consistencia, mientras que el equilibrio activo es preferible para celdas con mayores discrepancias.
Hora de publicación: 27 de agosto de 2024
