En el entorno de las baterías, existen aquellas con circuitos de monitoreo y luego están las que no los tienen. La batería de litio se considera inteligente debido a que contiene una placa de circuito impreso que controla el rendimiento de la batería de litio. Por otro lado, una batería estándar de ácido de plomo sellada no tiene ningún control de placa para optimizar su rendimiento.
Niveles de control en una batería de litio inteligente
En una batería de litio inteligente existen tres niveles básicos de control. El primer nivel de control es el balanceo simple, que optimiza los voltajes de las celdas. El segundo nivel de control es un módulo de circuito de protección (PCM) que protege las celdas de voltajes y corrientes altas o bajas durante la carga y descarga. El tercer nivel de control es un sistema de gestión de batería (BMS, por sus siglas en inglés). El BMS tiene todas las capacidades del circuito de balanceo y el módulo de circuito de protección, pero además tiene funcionalidades adicionales para optimizar el rendimiento de la batería a lo largo de su vida útil, como el monitoreo del estado de carga y el estado de salud.
La serie Lithium Bluetooth de Power Sonic cuenta con un sistema de gestión de batería inteligente (BMS).
Circuito de balanceo de litio
En una batería con un chip de balanceo, el chip simplemente equilibra los voltajes de las celdas individuales mientras se carga. Una batería se considera equilibrada cuando todos los voltajes de las celdas están dentro de una pequeña tolerancia entre sí.
Existen dos tipos de balanceo de celdas, activo y pasivo. El balanceo activo se produce utilizando celdas con voltajes altos para cargar las celdas con voltajes más bajos, reduciendo así la diferencia de voltaje entre las celdas hasta que todas estén muy cercanas y la batería esté completamente cargada. El balanceo pasivo, que se utiliza en todas las baterías de litio de Power Sonic, ocurre cuando cada celda tiene una resistencia en paralelo que se activa cuando el voltaje de la celda supera un umbral. Esto reduce la corriente de carga en las celdas con voltaje alto, permitiendo que las otras celdas se pongan al día.
¿Por qué es importante el balanceo de celdas? En las baterías de litio, en cuanto la celda con el voltaje más bajo alcanza el límite de voltaje de descarga, se apaga toda la batería. Esto puede significar que algunas celdas tienen energía no utilizada. Del mismo modo, si las celdas no están balanceadas durante la carga, la carga se interrumpirá tan pronto como la celda con el voltaje más alto alcance el límite de voltaje de corte y no todas las celdas estarán completamente cargadas.
¿Qué tiene de malo eso? Cargar y descargar continuamente una batería desbalanceada reducirá su capacidad con el tiempo. Esto también significa que algunas celdas estarán completamente cargadas y otras no, lo que resulta en una batería que puede no alcanzar nunca el 100% de estado de carga.
La teoría es que las celdas equilibradas se descargan todas a la misma velocidad y, por lo tanto, se apagan al mismo voltaje. Esto no siempre es cierto, por lo que tener un chip de balanceo garantiza que, al cargar, las celdas de la batería puedan coincidir completamente para proteger la capacidad de la batería y alcanzar una carga completa.
Módulo de circuito de protección de litio
Un módulo de circuito de protección contiene un circuito de balanceo y circuitos adicionales que controlan los parámetros de la batería al protegerla contra la sobre carga y la sobre descarga. Esto se logra al monitorear la corriente, voltajes y temperaturas durante la carga y descarga y compararlos con límites predefinidos. Si alguna de las celdas de la batería alcanza alguno de esos límites, la batería interrumpe la carga o descarga hasta que se cumpla el método de liberación.
Existen varias formas de reanudar la carga o descarga después de que se haya activado la protección. La primera es basada en el tiempo, donde un temporizador cuenta durante un breve período de tiempo (por ejemplo, 30 segundos) y luego libera la protección. Este temporizador puede variar para cada protección y es una protección de un solo nivel.
La segunda forma es basada en el valor, donde el valor debe caer por debajo de un umbral para ser liberado. Por ejemplo, todos los voltajes deben caer por debajo de 6 voltios por celda para que se libere la protección de sobre carga. Esto puede suceder de inmediato una vez que se cumpla la condición de liberación. También puede suceder después de un período de tiempo predefinido. Por ejemplo, todos los voltajes deben caer por debajo de 6 voltios por celda para la protección de sobre carga y deben mantenerse por debajo de ese límite durante 6 segundos antes de que el módulo de circuito de protección libere la protección.
La tercera forma es basada en la actividad, donde se debe realizar una acción para liberar la protección. Por ejemplo, la acción podría ser quitar la carga o aplicar una carga. Al igual que con la liberación basada en el valor, esta liberación también puede ocurrir de inmediato o basarse en el tiempo. Esto significa que la carga debe retirarse de la batería durante 30 segundos antes de que se libere la protección. Además de las liberaciones basadas en el tiempo y el valor, o la actividad y el tiempo, tener en cuenta que estos métodos de liberación pueden ocurrir en otras combinaciones. Por ejemplo, la liberación de sobre descarga puede ser una vez que las celdas hayan caído por debajo de 5 voltios, pero se requiere una carga durante 10 segundos para llegar a ese voltaje. Este tipo de liberación cubre los tres tipos de liberaciones.
El PSL-12500 tiene un protocolo de comunicación por cable donde se puede leer los datos de la batería.
Sistema de gestión de batería de litio
El nivel de control más sofisticado para una batería de litio es el Sistema de Gestión de Batería (BMS). Mantiene las mismas funciones que el circuito de balanceo y contiene las mismas protecciones que el PCM. Donde difiere es en su protección avanzada y características adicionales.
En un PCM, hay un nivel de protección único, pero en un BMS puede haber múltiples niveles de protección. ¿Por qué múltiples niveles? Esto se debe a que la batería puede funcionar a diferentes niveles y puede tener sobrecargas en esas aplicaciones, por ejemplo, la batería puede tener una corriente de sobrecarga al inicio de la descarga.
Estos conceptos de protección se pueden entender mejor con un ejemplo utilizando una de las baterías de Power Sonic. El PSL-SC-1290 es una batería de 18 voltios y 9 amperios-hora con una corriente de descarga continua máxima de 20 amperios. El primer nivel de protección de sobre corriente de descarga ocurre cuando la batería se descarga entre 20 y 30 amperios con un retraso de tiempo de 10 segundos. Para liberar la protección, la carga debe retirarse durante 15 segundos. El segundo nivel de protección ocurre cuando la batería se descarga entre 25 y 35 amperios durante 3 segundos. La protección se libera nuevamente al retirar la carga durante 15 segundos. El tercer nivel de protección ocurre cuando la batería se descarga entre 40 y 50 amperios durante 31 milisegundos. Al igual que las otras liberaciones, la protección se libera al retirar la carga durante 15 segundos. Los múltiples niveles de protección permiten que la batería se descargue a una alta velocidad para manejar las demandas de sobrecarga sin dañar la batería.
Cuando se tiene un BMS se obtienen información adicional, como la función de Estado de Carga, Estado de Salud, recuento de ciclos e historial adicional de la batería. Toda esta información es muy útil a lo largo de la vida útil de la batería, pero ¿cómo se lee?
Para leer esta información, la batería debe tener un protocolo de comunicación. Esto puede ser a través de un protocolo inalámbrico o un protocolo con cable.
En nuestra serie de baterías Lithium Bluetooth, la batería se comunica con una aplicación en tu teléfono a través de Bluetooth. Una vez dentro de la aplicación, puedes ver lo que está sucediendo en tiempo real en la batería incluso a nivel de celda. Para obtener más información sobre la serie Bluetooth y la aplicación Bluetooth, consulta nuestra Tutorial de la aplicación Bluetooth.
En nuestra línea de baterías de litio médicas, como el PSL-12500, hay un protocolo de comunicación con cable donde puedes leer los datos de la batería. Necesitarás el BQ Studio de Texas Instruments para leer esta información.
Elige la batería de litio adecuada para tu aplicación
Al decidir qué batería de litio utilizar, es importante considerar las necesidades de tu aplicación. Si tienes una aplicación relativamente sencilla, como una batería de motocicleta, un circuito de balanceo será suficiente. Si necesitas los niveles básicos de protección, un PCM es una excelente opción, ya que es un circuito intermedio para las baterías de litio. Si deseas monitorear la batería más de cerca y tener acceso a múltiples niveles de protección, un BMS es la mejor opción.
Entendemos que hay muchos factores que influyen en la elección de la mejor batería de litio, y nuestros expertos están aquí para ayudarte. Si tienes preguntas adicionales sobre cómo elegir la batería adecuada para tu aplicación, no dudes en comunicarte con uno de nuestros especialistas hoy mismo.
Consultas habituales sobre las baterías de litio inteligentes
¿Cuál es la principal ventaja de una batería de litio inteligente?
La principal ventaja de una batería de litio inteligente es su capacidad para equilibrar las celdas individuales, proteger contra sobrecargas y descargas excesivas, y optimizar el rendimiento de la batería a lo largo de su vida útil.
¿Qué sucede si una batería de litio no está equilibrada?
Si una batería de litio no está equilibrada, algunas celdas pueden descargarse más rápido que otras, lo que reduce la capacidad total de la batería y puede provocar daños en las celdas con voltajes más bajos.
¿Cómo se lee la información de una batería de litio inteligente?
La información de una batería de litio inteligente se puede leer a través de un protocolo de comunicación, ya sea inalámbrico o con cable, que permite acceder a datos como el estado de carga, el estado de salud y el historial de la batería.
Las baterías de litio inteligentes, con su circuito de balanceo, módulo de circuito de protección y sistema de gestión de batería, ofrecen un mayor rendimiento y una mayor protección en comparación con las baterías estándar de ácido de plomo. Al elegir una batería de litio, es importante considerar las necesidades específicas de tu aplicación y optar por un nivel de control adecuado, ya sea un circuito de balanceo, un PCM o un BMS. Si tienes alguna pregunta o necesitas asesoramiento para elegir la batería de litio adecuada, no dudes en consultar a nuestros expertos.
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