Los paquetes de baterías de litio son como motores que no requieren mantenimiento;Sistema de gestión de edificios (BMS)Sin una función de balanceo, se trata simplemente de un recolector de datos y no puede considerarse un sistema de gestión. Tanto el balanceo activo como el pasivo buscan eliminar las 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 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 acabará limitando 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 se debiliten.
- Sin un sistema de equilibrio, la diferencia de voltaje entre las celdas más débiles y las más fuertes aumenta con cada ciclo de carga y descarga. Con el tiempo, una celda alcanzará su voltaje máximo mientras que otra se acercará al mínimo, lo que dificultará la carga y descarga del paquete de baterías.
Debido al desajuste de las celdas a lo largo del tiempo y a las variaciones en las condiciones de temperatura desde 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 diferentes. Si bien las celdas suelen estar bien emparejadas si se fabrican aproximadamente al mismo tiempo con procesos de fabricación similares, pueden surgir desajustes debido a celdas de origen desconocido o diferencias significativas en su fabricación.
Equilibrio activo frente a equilibrio pasivo
1. Propósito
Las baterías constan de muchas celdas conectadas en serie, que difícilmente serán idénticas. El balanceo garantiza que las variaciones de voltaje entre las celdas se mantengan dentro de los rangos esperados, preservando así la funcionalidad y el control, previniendo 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 menor eficiencia.
- Balanceo activo: 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 pros y contras: El equilibrado pasivo es más sencillo y económico, pero menos eficiente, ya que desperdicia energía en forma de calor y sus efectos de equilibrado son más lentos. El balanceo activo es más eficiente, ya que transfiere energía entre las celdas, lo que mejora la eficiencia general de uso y permite alcanzar el equilibrio con mayor rapidez. 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 diseños de circuitos integrados iniciales centrados en la detección de voltaje y temperatura. Posteriormente se introdujo el concepto de balanceo, utilizando inicialmente métodos de descarga resistiva integrados en los circuitos integrados. Este enfoque está ahora muy extendido, y empresas como TI, MAXIM y LINEAR fabrican este tipo de chips, algunos de los cuales integran controladores de interruptores en los propios chips.
Según los principios y diagramas del equilibrado pasivo, si comparamos un paquete de baterías con un barril, las celdas son como las duelas. Las celdas con mayor energía son como tablones largos, y las de menor energía, como tablones cortos. El equilibrado pasivo solo "acorta" los tablones largos, lo que resulta en un desperdicio de energía e ineficiencias. Este método tiene limitaciones, como una disipación de calor significativa y efectos de equilibrado lentos en paquetes de gran capacidad.
Por el contrario, el equilibrado activo «completa las deficiencias», 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 costes adicionales, con desafíos en el diseño de matrices de conmutación y el control de los accionamientos.
Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas, el equilibrio pasivo puede ser adecuado para celdas con buena consistencia, mientras que el equilibrio activo es preferible para celdas con mayores discrepancias.
Fecha de publicación: 27 de agosto de 2024
