Como medida de proteção, a maioria dos sistemas de baterias de lítio, independentemente da tensão da série, requer um Sistema de gerenciamento de bateria (BMS) para manter as condições de operação das células dentro dos limites. Esses sistemas podem variar em complexidade, desde o simples balanceamento das células até aqueles que monitoram a tensão, a temperatura e a corrente das células e, por meio do uso de chaves semicondutoras ou relés, desconectam o conjunto de baterias do UPS caso alguma das variáveis monitoradas exceda seus limites de operação.

Ao interligar um l sistema de bateria de íon para um UPS É vital conhecer e compreender os limites nos quais o BMS desconectará a bateria. Muitos BMSs emitem um aviso se as condições de operação estiverem se aproximando desses limites antes de qualquer ação ser tomada. Dessa forma, é possível tomar medidas para evitar que a bateria se desconecte do UPS. O BMS geralmente não reconectará a bateria até que as condições que causaram a desconexão sejam eliminadas. Outro motivo para ter um bom entendimento dos limites é garantir que o UPS, em operação normal, não os exceda. Verificar se os limites não serão excedidos pelo UPS é uma boa prática e um bom projeto de sistema.

Figura: 1

Segue abaixo uma breve descrição das funções contidas em um BMS típico.

Equilíbrio celular: O objetivo do balanceamento de células é manter a tensão terminal de cada célula, ou banco de células em paralelo, em uma série de baterias aproximadamente igual. Como a tensão da célula tem alguma relação com a capacidade, em baterias de lítio, manter essas tensões iguais tende a manter a capacidade de cada célula igual. Isso evita que células mais fracas, com menor capacidade, sejam descarregadas em excesso. Da mesma forma, células com maior capacidade não serão sobrecarregadas. A importância do balanceamento de células pode ser vista na Figura 1. Nela, é mostrado um ciclo de descarga e carga de dois conjuntos de baterias LFP contendo 12 células em série e 3 em paralelo.

Nos gráficos de descarga, observe que algumas tensões de células na bateria sem balanceamento caíram abaixo de 2,0 V, o limite mínimo, próximo ao final da descarga. Isso indica uma descarga excessiva e começou a ocorrer após apenas o oitavo ciclo. Na bateria com balanceamento de células, a tensão caiu para 2,5 V na maioria das células, com uma delas atingindo 2,3 V antes do término da descarga. Todas as células estão substancialmente acima do limite de 2 V.

Durante o carregamento, após a oitava descarga, observe a dispersão nas tensões das células de aproximadamente 0,59 V para a bateria sem balanceamento de células. Uma célula quase atingiu o limite de tensão de flutuação de 4,0 V. Acima desse limite ocorre sobrecarga. Com a bateria contendo balanceamento de células, as células ficam agrupadas em torno da tensão de flutuação de 3,65 V.

Função de medição: A tensão da célula, conforme mostrado na Figura 1, é uma dessas medições. O objetivo dessa medição é garantir que as tensões das células estejam suficientemente próximas umas das outras para que a bateria possa ser carregada e descarregada dentro da faixa de operação pretendida. Em alguns casos, o BMS pode não permitir a carga ou descarga, pelo menos não com a carga nominal, até que as tensões das células estejam dentro de uma faixa predeterminada. Outra medição é a corrente através das células. Geralmente, existem limites máximos de corrente de carga e descarga que, se excedidos, acionarão um aviso e possivelmente desconectarão a bateria do UPS se a condição persistir por um determinado período de tempo.

A terceira medição é a temperatura da célula. Ao avaliar um sistema de baterias para uso com um UPS, é imprescindível medir a temperatura da carcaça de uma ou mais células. Devido ao rápido aumento da temperatura em caso de superaquecimento, uma medição da temperatura do ar (interna) pode não ser rápida ou sensível o suficiente para detectar o início de uma fuga térmica e tomar medidas para desconectar a bateria. O BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) protege a bateria de temperaturas excessivas, sinalizando quando a temperatura da célula se aproxima ou atinge o máximo e, em última instância, desconectando a bateria do UPS se o máximo for atingido. Outra ação que o BMS pode tomar é limitar ou adiar o carregamento da bateria até que a temperatura diminua o suficiente em relação ao limite.

Alguns modelos de BMS também podem fornecer uma medição do estado de carga (SOC) e uma indicação do estado de saúde (SOH) do sistema de baterias. O SOC é obtido medindo a carga, em ampères-hora (Ah), removida (descarregando) e reposta (carregando). A carga geralmente é medida integrando a corrente que entra ou sai da bateria em relação ao tempo. Partindo de um valor conhecido de carga disponível, o SOC é simplesmente a razão entre a carga líquida (Ah descarregados – Ah carregados) e a carga disponível. O SOH é um indicador da quantidade de degradação ou envelhecimento que ocorreu desde que a bateria era nova. A abordagem básica é determinar o quanto a carga disponível está diminuindo com o tempo. Um teste de descarga, partindo do estado totalmente carregado, geralmente é usado para fazer essa estimativa. A perda de capacidade à medida que a bateria envelhece é às vezes chamada de degradação da capacidade.

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