Como medio de protección, la mayoría de los sistemas de baterías de litio de casi cualquier voltaje de cadena requieren un sistema de gestión de batería (BMS) Para mantener las condiciones de funcionamiento de las celdas dentro de los límites. Estos pueden variar en complejidad, desde simplemente equilibrar las celdas hasta monitorear el voltaje, la temperatura y la corriente de las celdas; y, mediante interruptores semiconductores o relés, desconectar la batería del SAI si alguna de las variables monitoreadas excede sus límites de funcionamiento.

Al interconectar un yo sistema de batería de litio a un Unión Postal Universal Es fundamental conocer y comprender los límites a partir de los cuales el BMS desconectará la batería. Muchos BMS emitirán una advertencia si las condiciones de funcionamiento se acercan a estos límites antes de tomar cualquier medida. De esta manera, es posible tomar medidas para evitar que la batería se desconecte del SAI. Generalmente, el BMS no reconectará la batería hasta que se eliminen las condiciones que la provocaron. Otra razón para comprender bien los límites es asegurarse de que el SAI, en funcionamiento normal, no los supere. Verificar que el SAI no supere los límites es una buena práctica y un buen diseño del sistema.

Figura: 1

A continuación se presenta una breve descripción de las funciones contenidas en un BMS típico.

Equilibrio celular: El propósito del balanceo de celdas es mantener aproximadamente igual el voltaje terminal de cada celda, o banco de celdas en paralelo, en la cadena en serie. Dado que el voltaje de la celda está relacionado con la capacidad, con la química del litio, mantenerlos iguales tenderá a mantener igual la capacidad de cada celda. Esto servirá para evitar que las celdas más débiles, aquellas con menor capacidad, se sobredescarguen. Asimismo, las celdas con mayor capacidad no se sobrecargarán. La importancia del balanceo de celdas se puede apreciar en la Figura 1. Aquí se muestra un ciclo de descarga y carga de dos paquetes LFP con 12 celdas en serie y 3 en paralelo.

En los gráficos de descarga, observe que el voltaje de algunas celdas del paquete sin balanceo disminuyó por debajo de 2.0 V, el límite mínimo, cerca del final de la descarga. Esto se conoce como sobredescarga y comenzó a ocurrir después del octavo ciclo. En el paquete con balanceo de celdas, el voltaje disminuyó a 2.5 V en la mayoría de las celdas, y una alcanzó los 2.3 V antes de que finalizara la descarga. Todas las celdas están sustancialmente por encima del límite de 2 V.

Durante la carga, después de la octava descarga, observe la dispersión de voltajes de celda de aproximadamente 0,59 V en el paquete sin balanceo de celdas. Una celda casi alcanzó el límite de voltaje de flotación de 4,0 V. Por encima de este límite se produce una sobrecarga. Con el paquete con balanceo de celdas, las celdas se agrupan estrechamente alrededor del voltaje de flotación de 3,65 V.

Función de medición: El voltaje de las celdas, como se muestra en la Figura 1, es una de ellas. El propósito de esta medición es asegurar que los voltajes de las celdas sean lo suficientemente cercanos como para que la batería pueda cargarse y descargarse dentro del rango de operación previsto. En algunos casos, el BMS podría no permitir la carga o descarga, al menos no a la carga nominal, hasta que los voltajes de las celdas se encuentren dentro de un rango predeterminado. Otra medición es la corriente que circula por las celdas. Generalmente existen límites máximos de corriente de carga y descarga que, si se exceden, activarán una advertencia y posiblemente desconectarán la batería del SAI si la condición persiste durante un período de tiempo preestablecido.

La tercera medición es la temperatura de la celda. Al evaluar un sistema de baterías para su uso con un SAI, es obligatorio medir la temperatura de la carcasa de una o más celdas. Debido al rápido aumento de temperatura en caso de un evento térmico, es posible que la medición de la temperatura del aire (interno) no sea lo suficientemente rápida ni sensible para detectar el inicio de una fuga térmica y desconectar la batería. El BMS protegerá la batería de temperaturas excesivas indicando cuándo la temperatura de la celda se acerca o ha alcanzado el máximo y, finalmente, desconectará la batería del SAI si se alcanza dicho máximo. Otra medida que a veces toma el BMS es limitar o posponer la carga de la batería hasta que la temperatura haya disminuido lo suficiente respecto del límite.

Algunos modelos BMS también pueden proporcionar una medición del estado de carga (SOC) y una indicación del estado de salud (SOH) del sistema de batería. El SOC se obtiene midiendo la carga, en amperios hora (Ah), extraída (descarga) y reemplazada (carga). La carga generalmente se mide integrando la corriente que entra o sale de la batería con respecto al tiempo. A partir de un valor conocido de carga disponible, el SOC es simplemente la relación entre la carga neta (Ah descargados – Ah cargados) y la carga disponible. El SOH es un indicador de la cantidad de degradación o envejecimiento que se ha producido desde que la batería era nueva. El enfoque básico es determinar cuánto disminuye la carga disponible con el tiempo. Generalmente, se utiliza una descarga de prueba, comenzando desde el estado de carga completa, para realizar esta estimación. La pérdida de capacidad a medida que la batería envejece se conoce a veces como pérdida de capacidad.

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