¿Por qué necesitamos el equilibrio?
Debido a las diferencias en el proceso de uso y los materiales de las baterías, así como a las variaciones de temperatura, humedad y otros factores ambientales durante su uso, existen diferencias en el estado de carga (SOC) de las celdas individuales del paquete de baterías. Esta diferencia en el SOC se refleja claramente en los distintos voltajes de las baterías.
Suponiendo que el estado de carga (SOC) de una batería en el paquete de baterías sea mayor que el de otras celdas, esta batería se cargará completamente primero durante el proceso de carga, lo que provocará que la carga de otras celdas se detenga antes de alcanzar la capacidad nominal; de manera similar, suponiendo que el SOC de una batería sea menor que el de otras celdas, alcanzará primero el voltaje de corte de descarga durante el proceso de descarga, lo que provocará que otras celdas tengan capacidad residual que no se puede liberar;
Por lo tanto, podemos concluir que las baterías son diferentes.
1. Definición e importancia del equilibrio de la batería
Definición: El equilibrado de baterías se refiere al uso de tecnologías y métodos específicos para lograr que cada celda de la batería en el paquete de baterías alcance un estado relativamente uniforme en cuanto a voltaje, capacidad y estado, mejorando así el rendimiento y la vida útil de todo el paquete de baterías.
Importancia: Mejora del rendimiento del paquete de baterías: Mediante el equilibrado, se puede evitar la degradación del rendimiento de todo el paquete de baterías causada por la degradación del rendimiento de cada batería individual.
Prolongar la vida útil de la batería: El equilibrado puede reducir las diferencias de voltaje y capacidad entre las celdas de la batería, disminuir la resistencia interna de la misma y, por lo tanto, prolongar su vida útil.
Mejora de la seguridad: El equilibrado puede prevenir la sobrecarga o la descarga excesiva de las celdas de la batería y reducir el riesgo de peligros para la seguridad, como el sobrecalentamiento.
2. Método de equilibrado de baterías
A continuación, se presenta principalmente la función de balanceo del BMS. Mediante esta función, se reduce la inconsistencia entre las celdas de la batería y se incrementa la capacidad disponible del paquete de baterías. Actualmente, los principales métodos de balanceo utilizados son el balanceo pasivo (balanceo por disipación de energía) y el balanceo activo (balanceo sin disipación de energía, balanceo por transferencia de energía).
Existen dos métodos principales para equilibrar las baterías: el equilibrio activo y el equilibrio pasivo.
Balanceo activo: El balanceo activo es una tecnología que logra el equilibrio de voltaje entre las celdas de la batería mediante la transferencia de energía. Consigue un balanceo más preciso transfiriendo energía de una celda con mayor capacidad a otra con menor capacidad.
Esta transferencia se puede lograr mediante tecnologías como condensadores y transformadores. Durante el proceso de carga, si una celda alcanza primero el límite superior de la tensión de funcionamiento, el BMS identificará la celda con menor capacidad y transferirá energía de la batería de alta tensión a la de baja tensión a través del circuito de balanceo.
Ventajas: alta utilización de energía, rápida velocidad de equilibrado y mejora del rendimiento general del paquete de baterías.
Desventajas: algoritmo de control complejo y alto coste de producción.
Equilibrio pasivo:
Principio: Al consumir energía, el exceso de energía en las celdas de batería de alto voltaje o alta capacidad se disipa en forma de energía térmica, reduciendo así su voltaje y capacidad y logrando un equilibrio entre las celdas de la batería.
El equilibrio pasivo (equilibrio de disipación de energía) se logra derivando la resistencia en paralelo de la batería individual. La energía de la batería con mayor nivel de carga en el paquete se consume a través de la resistencia en paralelo para lograr el equilibrio con las demás baterías del grupo.
El balanceo pasivo típico se implementa de la siguiente manera: se mide el voltaje de cada batería individual en el extremo superior o inferior del estado de carga (SOC). Cuando el voltaje de algunas baterías individuales supera el voltaje promedio del paquete de baterías, se calcula el tiempo estimado de balanceo en función de la diferencia de voltaje o la diferencia de SOC individual, y luego se activa la resistencia en paralelo de estas baterías de alta energía, de modo que parte de su energía se consume en la resistencia en paralelo, y finalmente se logra el balanceo de todo el grupo de baterías.
Ventajas: implementación sencilla y bajo coste.
Desventajas: gran pérdida de energía, velocidad de equilibrado lenta y posible generación de calor que provoque un aumento de la temperatura del paquete de baterías.
3. Proceso de equilibrado de la batería
El proceso de equilibrado de la batería generalmente incluye los siguientes pasos:
Detección: Detecta el voltaje, la corriente, la temperatura y otros parámetros de cada celda de la batería en el paquete de baterías a través del BMS.
Criterio de valoración: Determinar si existen diferencias entre las celdas de la batería y el grado de diferencia en función de los resultados de la detección.
Realizar el balanceo: Seleccione el método de balanceo apropiado según los resultados del análisis y realice la operación. Para el balanceo activo, puede ser necesario calcular con precisión la cantidad de energía transferida mediante el algoritmo de control; para el balanceo pasivo, puede ser necesario controlar el tiempo de encendido y apagado del interruptor para consumir el exceso de energía.
Monitorización: Monitorizar continuamente los cambios en los parámetros de las celdas de la batería durante el proceso de equilibrado para garantizar la eficacia y la seguridad de la operación de equilibrado.
Fin del balanceo: Cuando la diferencia entre las celdas de la batería alcanza el umbral establecido, finaliza la operación de balanceo.
4. Precauciones para el equilibrio de la batería
Seleccione el método de equilibrado adecuado: Seleccione el método de equilibrado adecuado según la situación real y los requisitos de rendimiento del paquete de baterías.
Controla la velocidad y el grado de equilibrado: Evita daños en las celdas de la batería o la degradación del rendimiento debido a una velocidad o un grado de equilibrado excesivos.
Supervise los parámetros de la batería: Supervise continuamente los cambios en parámetros como el voltaje, la corriente y la temperatura de las celdas de la batería durante el proceso de equilibrado para garantizar la seguridad y la eficacia de la operación de equilibrado.
Prevención de la acumulación de calor: En los métodos de equilibrado pasivo, es necesario tomar medidas para evitar la acumulación de calor que podría provocar un aumento de la temperatura del paquete de baterías.
