Los paquetes de baterías de litio son como motores que carecen de mantenimiento; aBMSsin una función de equilibrio es simplemente un recopilador de datos y no puede considerarse un sistema de gestión. Tanto el equilibrio activo como el pasivo tienen como objetivo eliminar inconsistencias dentro de un paquete de baterías, pero sus principios de implementación son fundamentalmente diferentes.
Para mayor claridad, este artículo define el equilibrio iniciado por el BMS a través de algoritmos como equilibrio activo, mientras que el equilibrio que utiliza resistencias para disipar energía se denomina equilibrio pasivo. El equilibrio activo implica la transferencia de energía, mientras que el equilibrio pasivo implica la disipación de energía.
Principios básicos de diseño del paquete de baterías
- La carga debe detenerse cuando la primera celda esté completamente cargada.
- La descarga debe finalizar cuando se agota la primera celda.
- Las células más débiles envejecen más rápido que las más fuertes.
- -La celda con la carga más débil finalmente limitará el paquete de baterías.'s capacidad utilizable (el eslabón más débil).
- El gradiente de temperatura del sistema dentro del paquete de baterías debilita las celdas que funcionan a temperaturas promedio más altas.
- Sin equilibrio, la diferencia de voltaje entre las celdas más débiles y más fuertes aumenta con cada ciclo de carga y descarga. Con el tiempo, una celda se acercará al voltaje máximo mientras que otra se acercará al voltaje mínimo, lo que impedirá las capacidades de carga y descarga del paquete.
Debido al desajuste de las celdas a lo largo del tiempo y a las variaciones de las condiciones de temperatura durante la instalación, el equilibrio de las celdas es esencial.
Las baterías de iones de litio enfrentan principalmente dos tipos de desajustes: desajuste de carga y desajuste de capacidad. El desajuste de carga ocurre cuando las celdas de la misma capacidad difieren gradualmente en carga. La falta de coincidencia de capacidad ocurre cuando se usan juntas celdas con diferentes capacidades iniciales. Aunque las células generalmente coinciden bien si se producen aproximadamente al mismo tiempo con procesos de fabricación similares, pueden surgir discrepancias debido a células con fuentes desconocidas o diferencias de fabricación significativas.
Equilibrio activo versus equilibrio pasivo
1. Propósito
Los paquetes de baterías constan de muchas celdas conectadas en serie, que probablemente no sean idénticas. El equilibrio garantiza que las desviaciones de voltaje de las celdas se mantengan dentro de los rangos esperados, manteniendo la usabilidad y controlabilidad general, evitando así daños y extendiendo la vida útil de la batería.
2. Comparación de diseños
- Equilibrio pasivo: normalmente descarga celdas de mayor voltaje utilizando resistencias, convirtiendo el exceso de energía en calor. Este método extiende el tiempo de carga de otras celdas pero tiene menor eficiencia.
- Equilibrio 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 extendiendo la duración de la descarga. Generalmente emplea estrategias de equilibrio inferior durante la descarga y estrategias de equilibrio superior durante la carga.
- Comparación de pros y contras: El equilibrio pasivo es más simple y económico, pero menos eficiente, ya que desperdicia energía en forma de calor y tiene efectos de equilibrio más lentos. El equilibrio activo es más eficiente y transfiere energía entre células, lo que mejora la eficiencia general del uso y logra el equilibrio más rápidamente. Sin embargo, implica estructuras complejas y costos más altos, con desafíos para integrar estos sistemas en circuitos integrados dedicados.
Conclusión
El concepto de BMS se desarrolló inicialmente en el extranjero, y los primeros diseños de circuitos integrados se centraban en la detección de voltaje y temperatura. El concepto de equilibrio se introdujo más tarde, inicialmente utilizando métodos de descarga resistiva integrados en los circuitos integrados. Este enfoque ahora está muy extendido, y empresas como TI, MAXIM y LINEAR producen dichos chips, y algunas integran controladores de interruptor en los chips.
Según los principios y diagramas del equilibrio pasivo, si se compara un paquete de baterías con un barril, las celdas son como duelas. Las células con mayor energía son tablas largas y aquellas con menor energía son tablas cortas. El equilibrio pasivo sólo "acorta" las tablas largas, lo que provoca un desperdicio de energía e ineficiencias. Este método tiene limitaciones, incluida una importante disipación de calor y efectos de equilibrio lento en paquetes de gran capacidad.
El equilibrio activo, por el contrario, "rellena las tablas cortas", transfiriendo energía de las células de mayor energía a las de menor energía, lo que da como resultado una mayor eficiencia y un logro más rápido del equilibrio. Sin embargo, introduce problemas de complejidad y costos, con desafíos en el diseño de matrices de interruptores y control de unidades.
Dadas las ventajas y desventajas, el equilibrio pasivo puede ser adecuado para células con buena consistencia, mientras que el equilibrio activo es preferible para células con mayores discrepancias.
Hora de publicación: 27 de agosto de 2024
