As baterias de lítio são como motores que carecem de manutenção; umBMSsem função de balanceamento é apenas um coletor de dados e não pode ser considerado um sistema de gestão. Tanto o balanceamento ativo quanto o passivo visam eliminar inconsistências dentro de uma bateria, mas seus princípios de implementação são fundamentalmente diferentes.
Para maior clareza, este artigo define o balanceamento iniciado pelo BMS através de algoritmos como balanceamento ativo, enquanto o balanceamento que utiliza resistores para dissipar energia é denominado balanceamento passivo. O balanceamento ativo envolve transferência de energia, enquanto o balanceamento passivo envolve dissipação de energia.
Princípios básicos de design de baterias
- O carregamento deve parar quando a primeira célula estiver totalmente carregada.
- A descarga deve terminar quando a primeira célula estiver esgotada.
- As células mais fracas envelhecem mais rapidamente do que as células mais fortes.
- -a célula com a carga mais fraca acabará por limitar a bateria'capacidade utilizável (o elo mais fraco).
- O gradiente de temperatura do sistema dentro da bateria torna mais fracas as células que operam em temperaturas médias mais altas.
- Sem balanceamento, a diferença de tensão entre as células mais fracas e mais fortes aumenta com cada ciclo de carga e descarga. Eventualmente, uma célula se aproximará da tensão máxima enquanto outra se aproximará da tensão mínima, impedindo as capacidades de carga e descarga do pacote.
Devido à incompatibilidade das células ao longo do tempo e às variações das condições de temperatura desde a instalação, o equilíbrio das células é essencial.
As baterias de íons de lítio enfrentam principalmente dois tipos de incompatibilidade: incompatibilidade de carga e incompatibilidade de capacidade. A incompatibilidade de carga ocorre quando células com a mesma capacidade diferem gradualmente em carga. A incompatibilidade de capacidade acontece quando células com capacidades iniciais diferentes são usadas juntas. Embora as células sejam geralmente bem combinadas se forem produzidas na mesma época com processos de fabricação semelhantes, podem surgir incompatibilidades de células com fontes desconhecidas ou diferenças significativas de fabricação.
Balanceamento Ativo vs. Balanceamento Passivo
1. Objetivo
As baterias consistem em muitas células conectadas em série, que provavelmente não serão idênticas. O balanceamento garante que os desvios de tensão da célula sejam mantidos dentro dos limites esperados, mantendo a usabilidade e controlabilidade geral, evitando assim danos e prolongando a vida útil da bateria.
2. Comparação de projetos
- Balanceamento Passivo: Normalmente descarrega células de alta tensão usando resistores, convertendo o excesso de energia em calor. Este método estende o tempo de carregamento para outras células, mas tem menor eficiência.
- Balanceamento Ativo: Uma técnica complexa que redistribui a carga dentro das células durante os ciclos de carga e descarga, reduzindo o tempo de carga e prolongando a duração da descarga. Geralmente emprega estratégias de equilíbrio inferior durante a descarga e estratégias de equilíbrio superior durante o carregamento.
- Comparação de prós e contras: O balanceamento passivo é mais simples e barato, mas menos eficiente, pois desperdiça energia na forma de calor e tem efeitos de balanceamento mais lentos. O balanceamento ativo é mais eficiente, transferindo energia entre as células, o que melhora a eficiência geral do uso e atinge o equilíbrio mais rapidamente. No entanto, envolve estruturas complexas e custos mais elevados, com desafios na integração destes sistemas em CIs dedicados.
Conclusão
O conceito de BMS foi inicialmente desenvolvido no exterior, com os primeiros projetos de IC focando na detecção de tensão e temperatura. O conceito de balanceamento foi introduzido posteriormente, inicialmente utilizando métodos de descarga resistiva integrados em CIs. Essa abordagem está agora difundida, com empresas como TI, MAXIM e LINEAR produzindo esses chips, algumas integrando drivers de switch nos chips.
A partir dos princípios e diagramas de balanceamento passivo, se uma bateria for comparada a um barril, as células são como aduelas. As células com maior energia são pranchas longas e aquelas com menor energia são pranchas curtas. O balanceamento passivo apenas “encurta” as pranchas longas, resultando em desperdício de energia e ineficiências. Este método tem limitações, incluindo dissipação de calor significativa e efeitos de equilíbrio lento em pacotes de grande capacidade.
O equilíbrio ativo, por outro lado, “preenche as tábuas curtas”, transferindo energia das células de maior energia para as de menor energia, resultando em maior eficiência e obtenção mais rápida do equilíbrio. No entanto, introduz questões de complexidade e custo, com desafios no projeto de matrizes de comutação e no controle de drives.
Dadas as vantagens e desvantagens, o balanceamento passivo pode ser adequado para células com boa consistência, enquanto o balanceamento ativo é preferível para células com maiores discrepâncias.
Horário da postagem: 27 de agosto de 2024
