El equilibrio de celdas es una técnica fundamental que mejora la duración de la batería al maximizar la capacidad de un paquete de baterías con múltiples celdas en serie. Al garantizar que todas las celdas tengan un estado de carga similar, el balanceo de celdas asegura que toda la energía de la batería esté disponible para su uso. En este artículo, exploraremos cómo el balanceo de celdas mejora la duración de la batería y examinaremos los métodos de equilibrio celular activo y pasivo.
El equilibrio de celdas y su importancia
El equilibrio de celdas es una función clave en un sistema de administración de baterías, como los que se encuentran en paquetes de baterías de iones de litio, vehículos eléctricos y aplicaciones de almacenamiento de energía.
Las celdas individuales en un paquete de baterías a menudo tienen diferentes capacidades y estados de carga SOC. Sin redistribución de la carga, la descarga debe detenerse cuando la celda con la capacidad más baja se vacía, aunque el resto no estén todavía vacías, limitando así la capacidad de suministro de energía del paquete.
Si no se hace balanceo de celdas, hay un punto débil en la celda de menos capacidad. En este sentido, el BMS tiene esta función como la principal, junto con otras de vital importancia como el control térmico, la carga y otros factores que maximizan la vida útil del paquete de baterías.
¿Cómo mejora el balanceo de celdas la duración de la batería?
👉 El balanceo de celdas mejora la duración de la batería al garantizar que todas las celdas en un paquete de baterías tengan un estado de carga similar.
Por un lado, el balanceo de celdas asegura que todas las celdas de la batería se descarguen de manera equilibrada, permitiendo aprovechar al máximo la capacidad total del paquete de baterías.
Además, el equilibrio de celdas evita que algunas celdas se sobrecarguen o descarguen más que otras, lo que puede dañarlas irreparablemente y reduce la vida útil de la batería.
También se reduce el riesgo de fugas térmicas causadas por sobrecargas o descargas excesivas, lo que ayuda a mantener la temperatura de la batería dentro de rangos seguros.
Para terminar, es importante porque minimiza los procesos degradantes al evitar que algunas celdas se sobrecarguen o descarguen más que otras, lo que prolonga la vida útil de la batería al mantener su capacidad y eficiencia a lo largo del tiempo.
Existen 2 tipos de equilibrio celular: balanceo activo y balanceo pasivo
El equilibrio celular activo: ventajas y limitaciones
El equilibrio celular activo implica transferir energía de una celda a otra dentro del paquete de baterías. Esto se logra a través de circuitos convertidores que canalizan la energía de las celdas con mayor voltaje o carga a aquellas con menor voltaje o carga. Algunas ventajas del equilibrio celular activo incluyen:
- Mejora del uso de la capacidad.
- Aumento de la eficiencia energética al evitar la disipación de energía en forma de calor.
- Extensión de la vida útil de las celdas.
- Balanceo rápido.
Aunque el equilibrio celular activo tiene varios beneficios, también presenta algunas limitaciones, como:
- Pérdida de energía durante la transferencia de carga (aproximadamente del 10% al 20%).
- Limitación para transferir carga solo de una celda superior a una inferior.
- Mayor complejidad en los algoritmos de control y mayor costo de producción debido a la necesidad de interfaces electrónicas de potencia adicionales.
El equilibrio de celdas pasivo: ventajas y limitaciones
El equilibrio celular pasivo implica la quema de energía excedente de las celdas con mayor carga a través de elementos resistivos hasta que se iguala la carga en todas las celdas.
Algunas ventajas del balanceo celular pasivo son:
- No requiere equilibrar un paquete de baterías.
- Evita el desperdicio de energía de una celda que no la tiene.
- Permite que todas las celdas tengan el mismo estado de carga (SoC).
- Ofrece un enfoque económico para equilibrar las celdas.
El balanceo celular pasivo también tiene algunas limitaciones, como:
- Gestión térmica deficiente.
- No se equilibra completamente durante todo el SoC, lo que implica el desperdicio de energía excedente.
- Eficiencia de transmisión de energía baja debido a las pérdidas térmicas y de conmutación.
- No mejora el tiempo de ejecución de un sistema alimentado por batería.
Conclusión
El equilibrio de las celdas de una batería se enfoca en igualar el estado de carga (SoC) de cada celda individual, en lugar de igualar su capacidad total. Si el paquete de baterías se equilibra correctamente desde la fábrica, el Sistema de Gestión de Baterías (BMS, por sus siglas en inglés) solo necesita controlar la corriente de equilibrio. Esto es especialmente beneficioso, ya que se pueden construir paquetes de baterías que ya están equilibrados, lo que elimina la necesidad de un BMS que realice un equilibrio completo.
El objetivo de cualquier método de equilibrio es permitir que el paquete de baterías funcione a su máximo rendimiento y extender su capacidad útil. Para aquellos que desean minimizar los costos y corregir cualquier desequilibrio a largo plazo en la corriente de autodescarga de las celdas, el equilibrio pasivo es la mejor opción. Con el equilibrio pasivo, una celda no puede desperdiciar energía que no tiene. Solo cuando el banco de energía está completamente cargado, una célula tiene suficiente energía para equilibrarse, evitando así cualquier desperdicio innecesario de energía
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