Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2024-10-25 Origen:Sitio
En la tecnología moderna de baterías, a menudo nos encontramos con el término 'equilibrio de baterías'. Pero, ¿qué significa? La causa fundamental radica en el proceso de fabricación y los materiales utilizados en las baterías, lo que genera diferencias entre las celdas individuales dentro de un paquete de baterías. Estas diferencias también están influenciadas por el entorno en el que operan las baterías, como la temperatura y la humedad. Estas variaciones suelen manifestarse como diferencias en el voltaje de la batería. Además, las baterías experimentan naturalmente una autodescarga debido al desprendimiento del material activo de los electrodos y a la diferencia de potencial entre las placas. Las tasas de autodescarga pueden variar entre baterías debido a diferencias en los procesos de fabricación.
Ilustremos esto con un ejemplo: supongamos que en un paquete de baterías, una celda tiene un estado de carga (SOC) más alto que las demás. Durante el proceso de carga, esta celda alcanzará primero la carga completa, provocando que el resto de celdas que aún no están completamente cargadas dejen de cargar prematuramente. Por el contrario, si una celda tiene un SOC más bajo, alcanzará primero su voltaje de corte de descarga durante la descarga, evitando que las otras celdas liberen completamente su energía almacenada.
Esto demuestra que no se pueden ignorar las diferencias entre las celdas de la batería. Sobre la base de este conocimiento, surge la necesidad de equilibrar la batería. La tecnología de equilibrio de baterías tiene como objetivo minimizar o eliminar las diferencias entre celdas individuales mediante intervenciones técnicas para optimizar el rendimiento general del paquete de baterías y extender su vida útil. El equilibrio de la batería no sólo mejora la eficiencia general del paquete de baterías, sino que también extiende significativamente su vida útil. Por lo tanto, comprender la esencia y la importancia del equilibrio de la batería es crucial para optimizar la utilización de la energía.
Definición: El equilibrio de la batería se refiere al uso de técnicas y métodos específicos para garantizar que cada celda individual de un paquete de baterías mantenga un voltaje, una capacidad y unas condiciones de funcionamiento constantes. Este proceso tiene como objetivo optimizar el rendimiento de la batería y maximizar su vida útil mediante intervención técnica.
Importancia: En primer lugar, el equilibrio de la batería puede mejorar significativamente el rendimiento de todo el paquete de baterías. Mediante el equilibrio, se puede evitar la degradación del rendimiento causada por el deterioro de las celdas individuales. En segundo lugar, el equilibrio ayuda a prolongar la vida útil del paquete de baterías al reducir las diferencias de voltaje y capacidad entre las celdas y disminuir la resistencia interna, lo que prolonga efectivamente la vida útil de la batería. Por último, desde una perspectiva de seguridad, implementar el equilibrio de la batería puede evitar la sobrecarga o la descarga excesiva de celdas individuales, lo que reduce los posibles riesgos de seguridad, como la fuga térmica.
Diseño de batería: Para abordar la inconsistencia del rendimiento entre celdas individuales, los principales fabricantes de baterías innovan y optimizan continuamente en áreas como el diseño, el ensamblaje, la selección de materiales, el control del proceso de producción y el mantenimiento de la batería. Estos esfuerzos incluyen mejorar el diseño de las celdas, optimizar el diseño del paquete, mejorar el control del proceso, seleccionar estrictamente las materias primas, fortalecer el monitoreo de la producción y mejorar las condiciones de almacenamiento.
BMS (Sistema de monitoreo de batería) Función de equilibrio: Al ajustar la distribución de energía entre celdas individuales, BMS reduce la inconsistencia y aumenta la capacidad utilizable y la vida útil del paquete de baterías. Hay dos métodos principales para lograr el equilibrio en BMS: equilibrio pasivo y equilibrio activo.
El equilibrio pasivo, también conocido como equilibrio de disipación de energía, funciona liberando el exceso de energía de las células con mayor voltaje o capacidad en forma de calor, reduciendo así su voltaje y capacidad para igualar otras células. Este proceso se basa principalmente en resistencias paralelas conectadas a las celdas individuales para desviar el exceso de energía.
Cuando una celda tiene mayor carga que otras, el exceso de energía se disipa a través de la resistencia en paralelo, logrando el equilibrio con las otras celdas. Debido a su simplicidad y bajo costo, el balanceo pasivo se usa ampliamente en varios sistemas de baterías. Sin embargo, tiene el inconveniente de una importante pérdida de energía, ya que la energía se disipa en forma de calor en lugar de utilizarse de forma eficaz. Los ingenieros suelen limitar la corriente de equilibrio a un nivel bajo (alrededor de 100 mA). Para simplificar la estructura, el proceso de equilibrio comparte el mismo mazo de cables con el proceso de recolección y los dos funcionan alternativamente. Si bien este diseño reduce la complejidad y el costo del sistema, también da como resultado una menor eficiencia de equilibrio y un mayor tiempo para lograr resultados notables. Hay dos tipos principales de equilibrio pasivo: resistencias en derivación fijas y resistencias en derivación conmutadas. El primero conecta una derivación fija para evitar la sobrecarga, mientras que el segundo controla con precisión la conmutación para disipar el exceso de energía.
El equilibrio activo, por el contrario, es un método de gestión energética más eficiente. En lugar de disipar el exceso de energía, transfiere energía de las celdas con mayor capacidad a aquellas con menor capacidad mediante circuitos especialmente diseñados que incorporan componentes como inductores, condensadores y transformadores. Esto no sólo equilibra el voltaje entre las celdas sino que también aumenta la tasa general de utilización de energía.
Por ejemplo, durante la carga, cuando una celda alcanza su límite de voltaje superior, el BMS activa el mecanismo de equilibrio activo. Identifica celdas con capacidad relativamente menor y transfiere energía desde la celda de alto voltaje a estas celdas de bajo voltaje a través de un circuito equilibrador cuidadosamente diseñado. Este proceso es preciso y eficiente, mejorando enormemente el rendimiento de la batería.
Tanto el equilibrio pasivo como el activo desempeñan un papel fundamental a la hora de aumentar la capacidad utilizable del paquete de baterías, ampliar su vida útil y mejorar la eficiencia general del sistema.
Al comparar las tecnologías de equilibrio pasivo y activo, queda claro que difieren significativamente en su filosofía de diseño y ejecución. El equilibrio activo normalmente implica algoritmos complejos para calcular la cantidad exacta de energía a transferir, mientras que el equilibrio pasivo se basa más en controlar con precisión el tiempo de las operaciones del interruptor para disipar el exceso de energía.
Durante todo el proceso de equilibrio, el sistema monitorea continuamente los cambios en los parámetros de cada celda para garantizar que las operaciones de equilibrio no solo sean efectivas sino también seguras. Una vez que las diferencias entre celdas caigan dentro de un rango aceptable predefinido, el sistema finalizará la operación de equilibrio.
Al seleccionar cuidadosamente el método de equilibrio adecuado, controlar estrictamente la velocidad y el grado de equilibrio y gestionar eficazmente el calor generado durante el proceso de equilibrio, se puede mejorar significativamente el rendimiento y la vida útil del paquete de baterías.
