As baterias de lítio são como motores que não necessitam de manutenção;BMSSem uma função de balanceamento, é meramente um coletor de dados e não pode ser considerado um sistema de gerenciamento. Tanto o balanceamento ativo quanto o passivo visam eliminar inconsistências em um conjunto de baterias, mas seus princípios de implementação são fundamentalmente diferentes.
Para maior clareza, este artigo define o balanceamento iniciado pelo BMS por meio 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.
- Células mais fracas envelhecem mais rápido que células mais fortes.
- -a célula com a carga mais fraca acabará por limitar a bateria's capacidade utilizável (o elo mais fraco).
- O gradiente de temperatura do sistema dentro da bateria faz com que as células que operam em temperaturas médias mais altas sejam mais fracas.
- Sem balanceamento, a diferença de voltagem entre as células mais fracas e mais fortes aumenta a cada ciclo de carga e descarga. Eventualmente, uma célula se aproximará da voltagem máxima enquanto outra se aproximará da voltagem mínima, prejudicando a capacidade de carga e descarga da bateria.
Devido à incompatibilidade de células ao longo do tempo e às condições variáveis de temperatura desde a instalação, o balanceamento 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 ocorre quando células com capacidades iniciais diferentes são usadas juntas. Embora as células geralmente sejam bem combinadas se forem produzidas aproximadamente na mesma época e com processos de fabricação semelhantes, incompatibilidades podem surgir de células com fontes desconhecidas ou diferenças significativas de fabricação.
Balanceamento ativo vs. balanceamento passivo
1. Objetivo
As baterias são compostas por diversas células conectadas em série, que dificilmente serão idênticas. O balanceamento garante que os desvios de tensão das células sejam mantidos dentro das faixas esperadas, preservando a usabilidade e a controlabilidade geral, evitando danos e prolongando a vida útil da bateria.
2. Comparação de Design
- Balanceamento Passivo: Normalmente, descarrega células de alta voltagem usando resistores, convertendo o excesso de energia em calor. Este método prolonga o tempo de carregamento de 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 balanceamento de fundo durante a descarga e de topo 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 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 desses sistemas em circuitos integrados dedicados.
Conclusão
O conceito de BMS foi inicialmente desenvolvido no exterior, com os primeiros projetos de CIs focados na detecção de tensão e temperatura. O conceito de balanceamento foi introduzido posteriormente, inicialmente utilizando métodos de descarga resistiva integrados aos CIs. Essa abordagem é amplamente difundida, com empresas como TI, MAXIM e LINEAR produzindo esses chips, alguns integrando drivers de comutação aos chips.
A partir dos princípios e diagramas do balanceamento passivo, se um conjunto de baterias for comparado a um barril, as células são como as aduelas. 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 balanceamento lento em conjuntos de grande capacidade.
O balanceamento ativo, por outro lado, "preenche as tábuas curtas", transferindo energia de células de maior energia para células de menor energia, resultando em maior eficiência e obtenção de equilíbrio mais rápida. No entanto, apresenta problemas de complexidade e custo, com desafios no projeto de matrizes de comutação e no controle de acionamentos.
Considerando as compensações, o balanceamento passivo pode ser adequado para células com boa consistência, enquanto o balanceamento ativo é preferível para células com maiores discrepâncias.
Horário da publicação: 27/08/2024
