Los paquetes de baterías de litio son como motores que no requieren mantenimiento;BMSUn sistema sin función de equilibrado es simplemente un recopilador de datos y no puede considerarse un sistema de gestión. Tanto el equilibrado activo como el pasivo buscan eliminar las inconsistencias en 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 transferencia de energía, mientras que el balanceo pasivo implica disipación de energía.
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 células más fuertes.
- La celda con la carga más débil será la que, en última instancia, limite la capacidad de la batería.'su capacidad útil (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 un equilibrio adecuado, la diferencia de voltaje entre las celdas más débiles y las más fuertes aumenta con cada ciclo de carga y descarga. Eventualmente, una celda se acercará al voltaje máximo mientras que otra se aproximará al voltaje mínimo, lo que dificultará la capacidad de carga y descarga de la batería.
Debido al desajuste de las celdas con el tiempo y a las variaciones de temperatura durante la instalación, el equilibrado 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 presentan diferencias graduales en su carga. El desajuste de capacidad ocurre cuando se utilizan juntas celdas con capacidades iniciales distintas. Si bien las celdas suelen estar bien emparejadas si se fabrican aproximadamente al mismo tiempo con procesos de fabricación similares, los desajustes pueden surgir de celdas de origen desconocido o con diferencias de fabricación significativas.
Balanceo activo frente a balanceo pasivo
1. Propósito
Los paquetes de baterías constan de muchas celdas conectadas en serie, que difícilmente serán idénticas. El equilibrado garantiza que las desviaciones de voltaje de las celdas se mantengan dentro de los rangos esperados, preservando así la usabilidad y la controlabilidad generales, evitando daños y prolongando la vida útil de la batería.
2. Comparación de diseños
- Balanceo pasivo: Generalmente descarga las celdas de mayor voltaje mediante resistencias, convirtiendo el exceso de energía en calor. Este método prolonga el tiempo de carga de las demás celdas, pero tiene una menor eficiencia.
- 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 la duración de la descarga. Generalmente emplea estrategias de balanceo inferior durante la descarga y estrategias de balanceo superior durante la carga.
- Comparación de ventajas y desventajas: El equilibrado pasivo es más sencillo y económico, pero menos eficiente, ya que desperdicia energía en forma de calor y tiene efectos de equilibrado más lentos. El equilibrado activo es más eficiente, ya que transfiere energía entre las celdas, lo que mejora la eficiencia general de uso y logra el equilibrio más rápidamente. Sin embargo, implica estructuras complejas y mayores costos, además de presentar dificultades para integrar estos sistemas en circuitos integrados específicos.
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 los circuitos integrados. Este enfoque está ahora muy extendido, con empresas como TI, MAXIM y LINEAR que fabrican dichos chips, algunos de los cuales integran controladores de interruptores en los mismos.
Según los principios y diagramas del balanceo pasivo, si comparamos un paquete de baterías con un barril, las celdas serían como las duelas. Las celdas con mayor energía serían las duelas largas, y las de menor energía, las cortas. El balanceo pasivo solo acorta las duelas largas, lo que genera desperdicio de energía e ineficiencias. Este método tiene limitaciones, como una disipación de calor significativa y efectos de balanceo lentos en paquetes de gran capacidad.
El equilibrado activo, en cambio, «completa los huecos», transfiriendo energía de las celdas de mayor energía a las de menor energía, lo que resulta en una mayor eficiencia y un equilibrio más rápido. Sin embargo, introduce complejidad y problemas de coste, con dificultades en el diseño de matrices de conmutación y accionamientos de control.
Dadas las ventajas e inconvenientes, el balanceo pasivo puede ser adecuado para células con buena consistencia, mientras que el balanceo activo es preferible para células con mayores discrepancias.
Fecha de publicación: 27 de agosto de 2024
