As baterías de litio son coma motores que carecen de mantemento; unhaBMSsen unha función de equilibrio é simplemente un colector de datos e non se pode considerar un sistema de xestión. Tanto o equilibrio activo como o pasivo teñen como obxectivo eliminar as inconsistencias dentro dun paquete de baterías, pero os seus principios de implementación son fundamentalmente diferentes.
Para maior claridade, este artigo define o balanceamento iniciado polo BMS mediante algoritmos como balanceamento activo, mentres que o balanceamento que usa resistencias para disipar enerxía denomínase balanceamento pasivo. O balanceamento activo implica a transferencia de enerxía, mentres que o balanceamento pasivo implica a disipación de enerxía.
Principios básicos de deseño de paquetes de baterías
- A carga debe parar cando a primeira cela estea completamente cargada.
- A descarga debe rematar cando se esgote a primeira cela.
- As células máis débiles envellecen máis rápido que as células máis fortes.
- -a cela coa carga máis débil acabará limitando a batería'capacidade utilizable (o elo máis débil).
- O gradiente de temperatura do sistema dentro da batería fai que as celas que funcionan a temperaturas medias máis altas sexan máis débiles.
- Sen equilibrado, a diferenza de voltaxe entre as celas máis débiles e as máis fortes aumenta con cada ciclo de carga e descarga. Finalmente, unha cela achegarase á voltaxe máxima mentres que outra se achega á mínima, o que dificulta as capacidades de carga e descarga do paquete.
Debido á desaxuste das celas ao longo do tempo e ás condicións de temperatura variables desde a instalación, o equilibrio das celas é esencial.
As baterías de ións de litio enfróntanse principalmente a dous tipos de desaxuste de carga: o desaxuste de carga e o desaxuste de capacidade. O desaxuste de carga prodúcese cando as celas da mesma capacidade difiren gradualmente na carga. O desaxuste de capacidade prodúcese cando se usan xuntas celas con diferentes capacidades iniciais. Aínda que as celas xeralmente están ben adaptadas se se producen ao mesmo tempo con procesos de fabricación similares, os desaxustes poden xurdir de celas con orixes descoñecidas ou con diferenzas de fabricación significativas.
Equilibrio activo vs. Equilibrio pasivo
1. Obxectivo
Os paquetes de baterías constan de moitas celas conectadas en serie, que é improbable que sexan idénticas. O equilibrio garante que as desviacións de tensión das celas se manteñan dentro dos rangos esperados, mantendo a usabilidade e a controlabilidade xerais, evitando así danos e prolongando a vida útil da batería.
2. Comparación de deseños
- Equilibrio pasivo: normalmente descarga celas de maior voltaxe usando resistencias, convertendo o exceso de enerxía en calor. Este método prolonga o tempo de carga doutras celas pero ten unha eficiencia menor.
- Equilibrio activo: unha técnica complexa que redistribúe a carga dentro das celas durante os ciclos de carga e descarga, o que reduce o tempo de carga e prolonga a duración da descarga. Xeralmente emprega estratexias de equilibrio inferior durante a descarga e estratexias de equilibrio superior durante a carga.
- Comparación de vantaxes e desvantaxes: 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 balanceo activo é máis eficiente, xa que transfire enerxía entre as celas, o que mellora a eficiencia de uso xeral e consegue o equilibrio máis rápido. Non obstante, implica estruturas complexas e custos máis elevados, con desafíos á hora de integrar estes sistemas en circuítos integrados dedicados.
Conclusión
O concepto de BMS desenvolveuse inicialmente no estranxeiro, e os primeiros deseños de circuítos integrados centráronse na detección de tensión e temperatura. O concepto de equilibrado introduciuse posteriormente, inicialmente empregando métodos de descarga resistiva integrados nos circuítos integrados. Esta estratexia está agora moi estendida, con empresas como TI, MAXIM e LINEAR producindo estes chips, algunhas das cales integran controladores de conmutación nos chips.
Segundo os principios e diagramas de equilibrio pasivo, se se compara unha batería cun barril, as celas son como as duelas. As celas con maior enerxía son táboas longas e as de menor enerxía son táboas curtas. O equilibrio pasivo só "acurta" as táboas longas, o que resulta nun desperdicio de enerxía e ineficiencias. Este método ten limitacións, como unha disipación significativa da calor e efectos de equilibrio lento en paquetes de gran capacidade.
O equilibrio activo, pola contra, "enche os bloques curtos", transferindo enerxía das celas de maior enerxía ás de menor enerxía, o que resulta nunha maior eficiencia e nun logro máis rápido do equilibrio. Non obstante, introduce problemas de complexidade e custo, con desafíos no deseño de matrices de conmutación e no control de accionamentos.
Dadas as desvantaxes, o equilibrio pasivo pode ser axeitado para celas con boa consistencia, mentres que o equilibrio activo é preferible para celas con maiores discrepancias.
Data de publicación: 27 de agosto de 2024
