Cuando los dispositivos necesitan un alto rendimiento y larga duraciónPaquete de baterías LifePo4, necesitan equilibrar cada celda. 
¿Por qué la batería LifePo4 necesita equilibrio de batería? Las baterías LifePo4 están sujetas a muchas características, como sobretensión, subtensión, sobrecarga y descarga de corriente, fuga térmica y desequilibrio de voltaje de la batería. Uno de los factores más importantes es el desequilibrio de las celdas, que cambia el voltaje de cada celda del paquete con el tiempo, reduciendo así rápidamente la capacidad de la batería. Cuando el paquete de baterías LifePo4 está diseñado para utilizar varias celdas en serie, es importante diseñar las características eléctricas para equilibrar consistentemente los voltajes de las celdas. Esto no es sólo para el rendimiento de la batería, sino también para optimizar el ciclo de vida. La necesidad de una doctrina es que el equilibrio de la batería ocurre antes y después de su construcción y debe realizarse durante todo el ciclo de vida de la batería para mantener su rendimiento óptimo. El uso del equilibrio de baterías nos permite diseñar baterías con mayor capacidad para aplicaciones porque el equilibrio permite que la batería alcance un mayor estado de carga (SOC). Puedes imaginarte conectando muchas unidades LifePo4 Cell en serie como si estuvieras tirando de un trineo con muchos perros de trineo. El trineo sólo se puede tirar con la máxima eficacia si todos los perros del trineo corren a la misma velocidad. Con cuatro perros de trineo, si un perro de trineo corre lentamente, entonces los otros tres perros de trineo también deben reducir su velocidad, reduciendo así la eficiencia, y si un perro de trineo corre más rápido, terminará tirando de la carga de los otros tres perros de trineo y lastimándose a sí mismo. Por lo tanto, cuando se conectan varias celdas LifePo4 en serie, los valores de voltaje de todas las celdas deben ser iguales para obtener un paquete de baterías LifePo4 más eficiente. 
La batería nominal LifePo4 tiene una potencia nominal de sólo 3,2 V, pero ensistemas de almacenamiento de energía en el hogar, fuentes de alimentación portátiles, aplicaciones industriales, de telecomunicaciones, vehículos eléctricos y microrredes, necesitamos una tensión mucho mayor que la nominal. En los últimos años, las baterías recargables LifePo4 han desempeñado un papel fundamental en las baterías eléctricas y los sistemas de almacenamiento de energía debido a su peso ligero, alta densidad de energía, larga vida útil, alta capacidad, carga rápida, bajos niveles de autodescarga y respeto al medio ambiente. El equilibrio de celdas garantiza que el voltaje y la capacidad de cada celda LifePo4 estén al mismo nivel; de lo contrario, el alcance y la vida útil de la batería LiFePo4 se reducirán considerablemente y el rendimiento de la batería se degradará. Por lo tanto, el equilibrio de las celdas LifePo4 es uno de los factores más importantes para determinar la calidad de la batería. Durante el funcionamiento se producirá un pequeño hueco de tensión, pero podemos mantenerlo dentro de un rango aceptable mediante el equilibrio de celdas. Durante el equilibrio, las celdas de mayor capacidad se someten a un ciclo completo de carga/descarga. Sin equilibrio celular, la celda con la capacidad más lenta es un punto débil. El equilibrio de las celdas es una de las funciones principales del BMS, junto con el control de la temperatura, la carga y otras funciones que ayudan a maximizar la vida útil del paquete. Otras razones para equilibrar la batería: Batería LifePo4 pcak uso de energía incompleto Absorber más corriente de la que está diseñada la batería o provocar un cortocircuito en la batería es lo más probable que provoque una falla prematura de la batería. Cuando un paquete de baterías LifePo4 se está descargando, las celdas más débiles se descargarán más rápido que las celdas sanas y alcanzarán el voltaje mínimo más rápido que otras celdas. Cuando una celda alcanza el voltaje mínimo, todo el paquete de baterías también se desconecta de la carga. Esto da como resultado una capacidad no utilizada de energía del paquete de baterías. Degradación celular Cuando una celda LifePo4 se sobrecarga incluso un poco por encima de su valor recomendado, la efectividad y también el proceso de vida de la celda se reducen. Como ejemplo, un pequeño aumento en el voltaje de carga de 3,2 V a 3,25 V agotará la batería más rápido en un 30 %. Por lo tanto, si el equilibrio de las celdas no es preciso, una sobrecarga menor disminuirá la vida útil de la batería. Carga incompleta de un paquete de celdas Las baterías LifePo4 se facturan a una corriente continua de entre 0,5 y 1,0. El voltaje de la batería LifePo4 aumenta a medida que la carga llega a un punto crítico cuando se carga por completo y luego cae. Piense en tres celdas con 85 Ah, 86 Ah y 87 Ah respectivamente y 100 por ciento de SoC, y luego todas las celdas se liberan y también su SoC disminuye. Puedes descubrir rápidamente que la celda 1 termina siendo la primera en quedarse sin energía dado que tiene la capacidad más baja. Cuando se suministra energía a los paquetes de celdas y la misma corriente fluye a través de las celdas, una vez más, la celda 1 se queda atrás durante la carga y puede considerarse completamente cargada ya que las otras dos celdas están completamente cargadas. Esto significa que las células 1 tienen una eficacia coulométrica (CE) reducida debido al autocalentamiento de la célula que da como resultado una desigualdad celular. Fuga termal Lo más terrible que puede ocurrir es la fuga térmica. Como entendemosceldas de litioSon muy sensibles a la sobrecarga y a la descarga excesiva. En un paquete de cuatro celdas, si una celda es de 3,5 V mientras que las otras son de 3,2 V, la carga cargará todas las celdas juntas porque están en serie y cargará la celda de 3,5 V a un voltaje superior al recomendado porque las diferentes otras baterías todavía necesitan cargarse. Esto provoca una fuga térmica cuando el precio de la generación de calor interno supera la velocidad a la que se puede liberar el calor. Esto hace que la batería LifePo4 se vuelva térmicamente descontrolada. ¿Qué desencadena el desequilibrio celular en los paquetes de baterías? Ahora entendemos por qué es esencial mantener todas las celdas equilibradas en un paquete de baterías. Sin embargo, para abordar el problema adecuadamente debemos saber de primera mano por qué las células se desequilibran. Como se dijo anteriormente, cuando se crea un paquete de baterías colocando las celdas en serie, se asegura que todas las celdas permanezcan en los mismos niveles de voltaje. Por lo tanto, un paquete de baterías nuevo siempre tendrá celdas equilibradas. Sin embargo, a medida que se utiliza el paquete, las células se desequilibran debido a factores de cumplimiento. Discrepancia SOC Medir el SOC de una célula es complicado; por lo tanto, es muy complicado medir el SOC de celdas específicas de una batería. Un método óptimo de armonización de celdas debe hacer coincidir las celdas del mismo SOC en lugar de exactamente los mismos grados de voltaje (OCV). Pero como es casi imposible que las celdas coincidan solo en términos de voltaje al crear un paquete, la variante en SOC puede resultar en una modificación en OCV a su debido tiempo. Variante de resistencia interior Es extremadamente difícil encontrar celdas con la misma resistencia interna (IR) y, a medida que la batería envejece, el IR de la celda también se altera y, por lo tanto, en un paquete de baterías no todas las celdas tendrán el mismo IR. Como entendemos, el IR se suma a la insusceptibilidad interna de la célula, lo que determina la corriente que fluye a través de una célula. Debido a que el IR varía, la corriente a través de la celda y también su voltaje también son diferentes. Nivel de temperatura La capacidad de facturación y liberación de la celda también depende de la temperatura que la rodea. En un paquete de baterías grande, como en los vehículos eléctricos o los paneles solares, las celdas se distribuyen en un área de desperdicio y puede haber una diferencia de temperatura entre el propio paquete, lo que hace que una celda se cargue o descargue más rápido que las celdas restantes, lo que provoca una desigualdad. De los factores anteriores, queda claro que no podemos evitar que las células se desequilibren durante el procedimiento. Entonces, el único remedio es utilizar un sistema externo que requiera que las células se equilibren nuevamente después de que se desequilibren. Este sistema se llama Sistema de equilibrio de batería. 
¿Cómo lograr el equilibrio de la batería LiFePo4? Sistema de gestión de batería (BMS) Generalmente, la batería LiFePo4 no puede lograr el equilibrio de la batería por sí sola, se puede lograr mediantesistema de gestión de batería(BMS). El fabricante de la batería integrará la función de equilibrio de la batería y otras funciones de protección como protección contra sobretensión de carga, indicador SOC, alarma/protección contra sobretemperatura, etc. en esta placa BMS. Cargador de baterías de iones de litio con función de equilibrio También conocido como “cargador de batería de equilibrio”, el cargador integra una función de equilibrio para admitir diferentes baterías con diferentes números de cuerdas (por ejemplo, 1 ~ 6S). Incluso si su batería no tiene una placa BMS, puede cargar su batería de Li-ion con este cargador de batería para lograr el equilibrio. Tabla de equilibrio Cuando utiliza un cargador de batería equilibrado, también debe conectar el cargador y la batería al tablero de equilibrio seleccionando un enchufe específico del tablero de equilibrio. Módulo de circuito de protección (PCM) La placa PCM es una placa electrónica que está conectada al paquete de baterías LiFePo4 y su función principal es proteger la batería y al usuario contra un mal funcionamiento. Para garantizar un uso seguro, la batería LiFePo4 debe funcionar bajo parámetros de voltaje muy estrictos. Dependiendo del fabricante de la batería y de la química, este parámetro de voltaje varía entre 3,2 V por celda para baterías descargadas y 3,65 V por celda para baterías recargables. la placa PCM monitorea estos parámetros de voltaje y desconecta la batería de la carga o cargador si se exceden. En el caso de una sola batería LiFePo4 o de varias baterías LiFePo4 conectadas en paralelo, esto se logra fácilmente porque la placa PCM monitorea los voltajes individuales. Sin embargo, cuando se conectan varias baterías en serie, la placa PCM debe monitorear el voltaje de cada batería. Tipos de equilibrio de batería Se han desarrollado varios algoritmos de equilibrio de batería para la batería LiFePo4. Se divide en métodos de equilibrio de batería pasivos y activos según el voltaje de la batería y el SOC. 
Equilibrio pasivo de batería La técnica de equilibrio pasivo de la batería separa el exceso de carga de una batería LiFePo4 completamente energizada a través de elementos resistivos y proporciona a todas las celdas una carga similar a la carga más baja de la batería LiFePo4. Esta técnica es más confiable y utiliza menos componentes, lo que reduce el costo general del sistema. Sin embargo, la tecnología reduce la eficiencia del sistema ya que la energía se disipa en forma de calor que genera pérdida de energía. Por tanto, esta tecnología es adecuada para aplicaciones de baja potencia. 
Equilibrio activo de la batería El equilibrio de carga activo es una solución a los desafíos asociados con las baterías LiFePo4. La técnica de equilibrio de celda activa descarga la carga de la batería LiFePo4 de mayor energía y la transfiere a la batería LiFePo4 de menor energía. En comparación con la tecnología de equilibrio pasivo de celdas, esta técnica ahorra energía en el módulo de batería LiFePo4, aumentando así la eficiencia del sistema, y requiere menos tiempo para equilibrar entre las celdas del paquete de baterías LiFePo4, lo que permite corrientes de carga más altas. Incluso cuando la batería LiFePo4 está en reposo, incluso las baterías LiFePo4 perfectamente adaptadas pierden carga a diferentes ritmos porque la tasa de autodescarga varía según el gradiente de temperatura: un aumento de 10°C en la temperatura de la batería ya duplica la tasa de autodescarga . Sin embargo, el equilibrio de carga activo puede restablecer el equilibrio de las células, incluso si están en reposo. Sin embargo, esta técnica tiene circuitos complejos, lo que aumenta el coste general del sistema. Por lo tanto, el equilibrio activo de celdas es adecuado para aplicaciones de alta potencia. Existen varias topologías de circuitos de equilibrio activo clasificadas según los componentes de almacenamiento de energía, como condensadores, inductores/transformadores y convertidores electrónicos. En general, el sistema de gestión activa de la batería reduce el coste total del paquete de baterías LiFePo4 porque no requiere un sobredimensionamiento de las celdas para compensar la dispersión y el envejecimiento desigual entre las baterías LiFePo4. La gestión activa de la batería se vuelve fundamental cuando las celdas viejas se reemplazan por celdas nuevas y hay una variación significativa dentro del paquete de baterías LiFePo4. Dado que los sistemas de gestión activa de baterías permiten instalar celdas con grandes variaciones de parámetros en paquetes de baterías LiFePo4, los rendimientos de producción aumentan mientras que los costos de garantía y mantenimiento disminuyen. Por lo tanto, los sistemas de gestión activa de baterías benefician el rendimiento, la confiabilidad y la seguridad del paquete de baterías, al tiempo que ayudan a reducir costos. Resumir Para minimizar los efectos de la deriva de voltaje de la celda, los desequilibrios deben moderarse adecuadamente. El objetivo de cualquier solución de equilibrio es permitir que la batería LiFePo4 funcione al nivel de rendimiento previsto y ampliar su capacidad disponible. El equilibrio de la batería no sólo es importante para mejorar el rendimiento yciclo de vida de las baterias, también agrega un factor de seguridad al paquete de baterías LiFePo4. Una de las tecnologías emergentes para mejorar la seguridad de la batería y extender su vida útil. A medida que la nueva tecnología de equilibrio de batería rastrea la cantidad de equilibrio necesaria para las celdas LiFePo4 individuales, extiende la vida útil del paquete de baterías LiFePo4 y mejora la seguridad general de la batería.
Hora de publicación: 08-may-2024