Quando falamos de sistemas de baterias de lítio, a maioria das discussões destaca a capacidade, a tensão ou o ciclo de vida. No entanto, por detrás destas métricas superficiais encontra-se um processo crítico que influencia o desempenho a longo prazo de uma bateria: equilíbrio da bateria.
Quer seja um integrador de baterias OEM, um instalador fora da rede ou um Armazenamento de energia C&I comprador, tem de compreender o equilíbrio da bateria. Este artigo aprofundado explica o que é o equilíbrio da bateria, porque é importante e como influencia diretamente a longevidade, a segurança e o desempenho das baterias de lítio.
Bateria de iões de lítio 12v 100ah
Compreender o equilíbrio da bateria: O que é e por que existe
O que é o equilíbrio da bateria em termos simples?
O equilíbrio da bateria refere-se ao processo de equalização dos níveis de carga de células individuais num conjunto de baterias. Em sistemas multicelulares como 48V ou 100kWh as células ficam frequentemente dessincronizadas devido a ligeiras variações no fabrico, na temperatura e na resistência interna. Com o tempo, este desequilíbrio reduz a eficiência energética e pode causar danos permanentes nas células.
Bateria para carro de golfe 48v 100Ah
O que faz com que as células se desequilibrem?
As células desalinham-se naturalmente com o tempo devido a:
- Pequenas diferenças durante o fabrico
- Distribuição desigual do calor no ambiente
- Envelhecimento a ritmos diferentes
- Variações das taxas de auto-descarga
Mesmo uma diferença de 1-2% entre células, se não for resolvida, conduzirá a problemas de desempenho.
Porque é que o equilíbrio da bateria é necessário?
Um conjunto de baterias desequilibrado não pode ser carregado ou descarregado completamente sem risco de danos. A célula mais fraca limitará todo o sistema, resultando numa capacidade útil reduzida, em paragens prematuras do BMS e numa degradação mais rápida das células ao longo do tempo.
bateria de iões de sódio doméstica kamada power 10kwh
Diferentes tipos de balanceamento de bateria
Equilíbrio passivo: Mais simples, mas desperdiçador
O balanceamento passivo remove o excesso de energia das células de alta tensão e transforma-o em calor através de resistências. Muitos sistemas pequenos ou de consumo recorrem a este método simples e económico.
Prós:
- Baixo custo
- Fácil de implementar
Contras:
- Desperdiça energia valiosa
- Produz calor
- Menos adequado para sistemas de armazenamento de energia em grande escala
Balanceamento ativo: Mais inteligente e mais eficiente
O balanceamento ativo transfere energia de células de alta tensão para células de baixa tensão utilizando condensadores ou transformadores. Este método funciona de forma mais eficiente e adapta-se melhor a sistemas de alto desempenho ou de elevada capacidade.
Prós:
- Conserva a energia
- Reduz a produção de calor
- Funciona bem em configurações C\&I e fora da rede
Contras:
- Requer circuitos mais complexos
- Tem custos iniciais mais elevados
Qual é o melhor para a sua aplicação?
Se estiver a utilizar uma bateria montada na parede para armazenamento doméstico, o equilíbrio passivo pode ser suficiente. Mas para sistemas de bastidor industriais ou instalações fora da rede com ciclos profundos frequentes, o equilíbrio ativo proporciona uma maior proteção e um melhor retorno do investimento a longo prazo.
Como é que o equilíbrio afecta a duração e a eficiência da bateria?
A relação entre desequilíbrio e degradação precoce
Quando as células estão desequilibradas, a célula mais fraca atinge primeiro o seu limite de tensão. O BMS reage interrompendo a carga ou descarga - mesmo que as outras células ainda tenham energia utilizável. Isto:
- Reduz a gama de energia utilizável
- Sobrecarrega algumas células
- Acelera a perda de capacidade
Dados do mundo real
Numa configuração LiFePO4 de 15kWh fora da rede, instalada numa cabana de montanha, a falta de um equilíbrio adequado levou a uma perda de capacidade utilizável de 20% em apenas 18 meses. Após a atualização do BMS com equilíbrio ativo, o sistema recuperou cerca de 90% da sua capacidade nominal.
Impacto na profundidade de descarga (DoD) e no ROI
Com um bom equilíbrio, os utilizadores podem atingir com segurança níveis de DoD mais elevados e evitar danos nas células. Isto leva a um maior rendimento energético por ciclo e a um menor custo por quilowatt-hora ao longo da vida útil.
Como saber se a sua mochila está desequilibrada?
Sintomas comuns de desequilíbrio:
- Uma ou mais células atingem precocemente a sobretensão ou a subtensão
- Encerramentos inesperados mesmo quando o SoC é 50%
- Aquecimento desigual entre células durante o funcionamento
- Incompatibilidades de SoC de BMS e monitores de terceiros
As unidades BMS modernas mostrarão normalmente:
- Níveis de tensão da célula
- Indicadores de desvio de tensão (em mV)
- Registos de alarmes relacionados com problemas de desequilíbrio
Escolher o BMS correto para a equilibragem
Nem todas as unidades BMS são criadas da mesma forma
Algumas unidades BMS de nível económico suportam apenas o balanceamento passivo - ou nenhum. Para sistemas de elevado valor ou de missão crítica, o seu BMS tem de oferecer:
- Monitorização a nível celular
- Funções de equilíbrio em tempo real
- Limiares de equilíbrio adaptativos nas definições
O que procurar nas especificações do BMS:
- Tipo de equilíbrio ativo vs. passivo
- Corrente máxima durante a equilibragem (por exemplo, 50-200mA ou mais)
- Ponto de acionamento para desvio de tensão (por exemplo, >20mV)
- Suporte de contagem de células (por exemplo, 15S, 16S, 32S ou superior)
Química e balanceamento de baterias: Um guia de compatibilidade
LiFePO4 (LFP)
- Excelente estabilidade térmica, mas necessita de uma gestão rigorosa da tensão
- É possível um ciclo de vida elevado se for corretamente equilibrado
NMC (Níquel Manganês Cobalto)
- Maior densidade de energia, mas muito sensível ao desequilíbrio
- Requer um equilíbrio rápido e frequente
Chumbo-ácido (AGM/Gel)
- Parcialmente auto-equilibrado, mas com um ciclo de vida globalmente curto
- Não recomendado para aplicações modernas de armazenamento de energia
Exemplos de aplicação: Quando o balanceamento se torna crítico
Instalações fora da rede
- Estes ciclos são frequentemente profundos e repetidos
- Normalmente localizados em sítios remotos onde a manutenção é mais difícil
Racks ESS comerciais
- Os grandes sistemas de baterias requerem um equilíbrio fiável
- Melhoria do tempo de atividade e possibilidade de concepções escaláveis
Armazenamento residencial
- Os sistemas pequenos podem funcionar bem com o equilíbrio passivo
- Ainda assim, o BMS inteligente ajuda a prevenir problemas celulares na fase inicial
Conclusão
O balanceamento de baterias não é apenas uma coisa boa de se ter - ele desempenha um papel fundamental na segurança a longo prazo, na retenção da capacidade e no valor do investimento. A seleção do método de equilibragem e das ferramentas de monitorização corretas aumenta significativamente o tempo de vida útil do sistema de baterias.
Procura baterias de lítio com equilíbrio ativo integrado? Contactar-nos para saber mais sobre o nosso rack inteligente baseado em BMS e sistemas de bateria tudo-em-um que maximizam a vida útil e reduzem o custo de propriedade.