En la tecnologia de bateries moderna, sovint ens trobem amb el terme 'equilibri de la bateria'. Però què vol dir? La causa principal rau en el procés de fabricació i els materials utilitzats en les bateries, que donen lloc a diferències entre les cèl·lules individuals d'un paquet de bateries. Aquestes diferències també estan influenciades per l'entorn en què funcionen les bateries, com ara la temperatura i la humitat. Aquestes variacions solen manifestar-se com a diferències en el voltatge de la bateria. A més, les bateries experimenten naturalment una autodescàrrega a causa del despreniment del material actiu dels elèctrodes i la diferència de potencial entre les plaques. Les taxes d'autodescàrrega poden variar entre les bateries a causa de les diferències en els processos de fabricació.
Il·lustrem-ho amb un exemple: suposem que en una bateria, una cel·la té un estat de càrrega (SOC) més alt que les altres. Durant el procés de càrrega, aquesta cèl·lula arribarà primer a la càrrega completa, fent que la resta de cèl·lules que encara no estiguin completament carregades deixin de carregar-se abans d'hora. Per contra, si una cèl·lula té un SOC més baix, arribarà primer a la seva tensió de tall de descàrrega durant la descàrrega, evitant que les altres cèl·lules alliberin completament la seva energia emmagatzemada.
Això demostra que les diferències entre les cèl·lules de la bateria no es poden ignorar. A partir d'aquesta comprensió, sorgeix la necessitat d'equilibrar la bateria. La tecnologia d'equilibri de la bateria té com a objectiu minimitzar o eliminar les diferències entre cèl·lules individuals mitjançant intervencions tècniques per optimitzar el rendiment general de la bateria i allargar-ne la vida útil. L'equilibri de la bateria no només millora l'eficiència general de la bateria, sinó que també allarga significativament la vida útil de la bateria. Per tant, entendre l'essència i la importància de l'equilibri de la bateria és crucial per optimitzar la utilització de l'energia.
Definició: l'equilibri de la bateria fa referència a l'ús de tècniques i mètodes específics per garantir que cada cel·la individual d'un paquet de bateries mantingui una tensió, capacitat i condicions de funcionament coherents. Aquest procés té com a objectiu optimitzar el rendiment de la bateria i maximitzar la seva vida útil mitjançant la intervenció tècnica.
Importància: en primer lloc, l'equilibri de la bateria pot millorar significativament el rendiment de tota la bateria. Mitjançant l'equilibri, es pot evitar la degradació del rendiment causada pel deteriorament de les cèl·lules individuals. En segon lloc, l'equilibri ajuda a allargar la vida útil de la bateria reduint les diferències de tensió i capacitat entre les cèl·lules i reduint la resistència interna, la qual cosa allarga efectivament la vida útil de la bateria. Finalment, des d'una perspectiva de seguretat, la implementació de l'equilibri de la bateria pot evitar la sobrecàrrega o la sobredescàrrega de les cèl·lules individuals, reduint els possibles riscos de seguretat com ara la fuga tèrmica.
Disseny de bateries: per abordar la incoherència de rendiment entre cèl·lules individuals, els principals fabricants de bateries innoven i optimitzen contínuament en àrees com el disseny de la bateria, el muntatge, la selecció de materials, el control del procés de producció i el manteniment. Aquests esforços inclouen la millora del disseny de les cèl·lules, l'optimització del disseny del paquet, la millora del control del procés, la selecció estricta de matèries primeres, l'enfortiment del control de la producció i la millora de les condicions d'emmagatzematge.
BMS (Battery Monitoring System) : Funció d'equilibri En ajustar la distribució d'energia entre cèl·lules individuals, BMS redueix la inconsistència i augmenta la capacitat útil i la vida útil de la bateria. Hi ha dos mètodes principals per aconseguir l'equilibri en BMS: l'equilibri passiu i l'equilibri actiu.
L'equilibri passiu, també conegut com a equilibri de dissipació d'energia, funciona alliberant l'excés d'energia de les cèl·lules amb més voltatge o capacitat en forma de calor, reduint així la seva tensió i capacitat per coincidir amb altres cèl·lules. Aquest procés es basa principalment en resistències paral·leles connectades a les cèl·lules individuals per derivar l'excés d'energia.
Quan una cèl·lula té una càrrega més alta que les altres, l'excés d'energia es dissipa a través de la resistència paral·lela, aconseguint l'equilibri amb les altres cèl·lules. A causa de la seva senzillesa i baix cost, l'equilibri passiu s'utilitza àmpliament en diversos sistemes de bateries. Tanmateix, té l'inconvenient d'una pèrdua important d'energia, ja que l'energia es dissipa com a calor en lloc d'utilitzar-se eficaçment. Els enginyers solen limitar el corrent d'equilibri a un nivell baix (al voltant de 100 mA). Per simplificar l'estructura, el procés d'equilibri comparteix el mateix cablejat amb el procés de recollida, i els dos funcionen alternativament. Tot i que aquest disseny redueix la complexitat i el cost del sistema, també es tradueix en una menor eficiència d'equilibri i un temps més llarg per aconseguir resultats notables. Hi ha dos tipus principals d'equilibri passiu: resistències de derivació fixes i resistències de derivació commutades. El primer connecta una derivació fixa per evitar la sobrecàrrega, mentre que el segon controla amb precisió la commutació per dissipar l'excés d'energia.
L'equilibri actiu, en canvi, és un mètode de gestió de l'energia més eficient. En lloc de dissipar l'excés d'energia, transfereix energia de les cèl·lules amb més capacitat a les de menor capacitat mitjançant circuits especialment dissenyats que incorporen components com ara inductors, condensadors i transformadors. Això no només equilibra la tensió entre les cèl·lules, sinó que també augmenta la taxa d'utilització d'energia global.
Per exemple, durant la càrrega, quan una cèl·lula arriba al seu límit de tensió superior, el BMS activa el mecanisme d'equilibri actiu. Identifica cèl·lules amb una capacitat relativament menor i transfereix energia de la cèl·lula d'alta tensió a aquestes cèl·lules de baixa tensió mitjançant un circuit equilibrador dissenyat amb cura. Aquest procés és alhora precís i eficient, millorant molt el rendiment de la bateria.
Tant l'equilibri passiu com l'actiu tenen un paper fonamental per augmentar la capacitat útil de la bateria, allargar la seva vida útil i millorar l'eficiència general del sistema.
Quan es comparen tecnologies d'equilibri passiu i actiu, queda clar que difereixen significativament en la seva filosofia de disseny i execució. L'equilibri actiu normalment implica algorismes complexos per calcular la quantitat exacta d'energia a transferir, mentre que l'equilibri passiu es basa més en controlar amb precisió el temps de les operacions de commutació per dissipar l'excés d'energia.
Durant tot el procés d'equilibri, el sistema controla contínuament els canvis en els paràmetres de cada cel·la per garantir que les operacions d'equilibri no només siguin efectives sinó també segures. Un cop les diferències entre cel·les estiguin dins d'un rang acceptable predefinit, el sistema finalitzarà l'operació d'equilibri.
Seleccionant acuradament el mètode d'equilibri adequat, controlant estrictament la velocitat i el grau d'equilibri i gestionant eficaçment la calor generada durant el procés d'equilibri, el rendiment i la vida útil de la bateria es poden millorar significativament.
