As baterías de litio son como motores que carecen de mantemento; aBMSsen función de equilibrio é só un colector de datos e non pode considerarse un sistema de xestión. Tanto o equilibrio activo como o pasivo pretenden eliminar as inconsistencias dentro dunha batería, pero os seus principios de implementación son fundamentalmente diferentes.
Para claridade, este artigo define o equilibrio iniciado polo BMS a través de algoritmos como equilibrio activo, mentres que o equilibrio que utiliza resistencias para disipar enerxía denomínase equilibrio pasivo. O equilibrio activo implica a transferencia de enerxía, mentres que o equilibrio pasivo implica a disipación de enerxía.
Principios básicos de deseño de baterías
- A carga debe deterse cando a primeira cela estea completamente cargada.
- A descarga debe rematar cando se esgota a primeira cela.
- As células máis débiles envellecen máis rápido que as células máis fortes.
- -A cela coa carga máis débil limitará finalmente a batería's capacidade útil (o elo máis débil).
- O gradiente de temperatura do sistema dentro da batería fai que as celas que funcionen a temperaturas medias máis altas sexan máis débiles.
- Sen equilibrar, a diferenza de tensión entre as células máis débiles e máis fortes aumenta con cada ciclo de carga e descarga. Finalmente, unha célula aproximarase á tensión máxima mentres que outra se achegará á mínima tensión, impedindo as capacidades de carga e descarga do paquete.
Debido á falta de coincidencia das células ao longo do tempo e ás condicións de temperatura variables desde a instalación, o equilibrio das células é esencial.
As baterías de iones de litio enfróntanse principalmente a dous tipos de falta de coincidencia: a falta de coincidencia de carga e a de capacidade. A falta de coincidencia de carga prodúcese cando as células da mesma capacidade difiren gradualmente na carga. O desajuste de capacidade ocorre cando se usan xuntos celas con diferentes capacidades iniciais. Aínda que as células son xeralmente ben combinadas se se producen ao mesmo tempo con procesos de fabricación similares, os desaxustes poden xurdir a partir de células con fontes descoñecidas ou diferenzas significativas de fabricación.
Equilibrio activo vs. Equilibrio pasivo
1. Finalidade
As baterías consisten en moitas celas conectadas en serie, que é improbable que sexan idénticas. O equilibrio garante que as desviacións da tensión das células se manteñan dentro dos intervalos esperados, mantendo a usabilidade e controlabilidade xerais, evitando danos e prolongando a vida útil da batería.
2. Comparación de deseño
- Equilibrio pasivo: normalmente descarga células de maior tensión usando resistencias, convertendo o exceso de enerxía en calor. Este método amplía o tempo de carga doutras células pero ten unha menor eficiencia.
- Equilibrio activo: unha técnica complexa que redistribue a carga dentro das células durante os ciclos de carga e descarga, reducindo o tempo de carga e prolongando a duración da descarga. Xeralmente emprega estratexias de equilibrio inferior durante a descarga e estratexias de equilibrio superior durante a carga.
- Comparación de pros e contras: O equilibrio pasivo é máis sinxelo e barato pero menos eficiente, xa que desperdicia enerxía en forma de calor e ten efectos de equilibrio máis lentos. O equilibrio activo é máis eficiente, transferindo enerxía entre células, o que mellora a eficiencia de uso xeral e consegue o equilibrio máis rápido. Non obstante, implica estruturas complexas e custos máis elevados, con retos na integración destes sistemas en IC dedicados.
Conclusión
O concepto de BMS desenvolveuse inicialmente no estranxeiro, cos primeiros deseños de IC centrándose na detección de voltaxe e temperatura. Posteriormente introduciuse o concepto de equilibrado, empregando inicialmente métodos de descarga resistiva integrados nos CI. Este enfoque está agora moi estendido, con empresas como TI, MAXIM e LINEAR que producen tales chips, algúns integrando controladores de interruptor nos chips.
A partir dos principios e diagramas de equilibrio pasivo, se se compara unha batería cun barril, as celas son como as pentagramas. As células con maior enerxía son táboas longas, e as de menor enerxía son táboas curtas. O equilibrio pasivo só "acurta" as longas táboas, o que provoca un desperdicio de enerxía e ineficiencias. Este método ten limitacións, incluíndo unha disipación de calor significativa e efectos de balance lento en paquetes de gran capacidade.
O equilibrio activo, pola contra, "enche as táboas curtas", transferindo enerxía das células de maior enerxía a outras de menor enerxía, o que resulta nunha maior eficiencia e unha consecución de equilibrio máis rápida. Non obstante, introduce problemas de complexidade e custo, con retos no deseño de matrices de conmutadores e control de unidades.
Dadas as compensacións, o equilibrio pasivo pode ser axeitado para células con boa consistencia, mentres que o equilibrio activo é preferible para as células con maiores discrepancias.
Hora de publicación: 27-Ago-2024
