Como meio de proteção, a maioria dos sistemas de bateria de lítio de quase qualquer tensão de string requer um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) para manter as condições de operação da célula dentro dos limites. Eles podem variar em complexidade, desde apenas balanceamento de células até aqueles que monitoram a tensão das células; temperatura e corrente da célula; e, através do uso de interruptores semicondutores ou relés, desconectará a bateria do no-break se alguma das variáveis ​​monitoradas exceder seus limites operacionais.

Ao conectar um sistema de bateria de lítio a um UPS , é vital conhecer e compreender os limites nos quais o BMS desconectará a bateria. Muitos dos BMS emitem um aviso se as condições de funcionamento se aproximarem destes limites antes de qualquer ação ser tomada. Desta forma, é possível tomar algumas medidas para evitar que a bateria seja desconectada do UPS. O BMS geralmente não reconectará a bateria até que as condições que causaram a ação sejam removidas. Uma segunda razão para ter uma boa compreensão dos limites é garantir que o UPS, em operação normal, não os exceda. Tomar cuidado para verificar se os limites não serão excedidos pelo no-break é uma boa prática e um bom projeto de sistema.

Figura 1

A seguir está uma breve descrição das funções contidas em um BMS típico.

Balanceamento de células: O objetivo do balanceamento de células é manter a tensão terminal de cada célula, ou banco de células paralelas, na cadeia em série aproximadamente igual. Como a tensão da célula tem alguma relação com a capacidade, com os produtos químicos do lítio, mantê-los iguais tenderá a manter a capacidade de cada célula igual. Isto servirá então para evitar que as células mais fracas, aquelas com menor capacidade, sejam descarregadas em excesso. Da mesma forma, células com maior capacidade não ficarão sobrecarregadas. A importância do equilíbrio celular pode ser vista na Figura 1. Aqui, é mostrado um ciclo de descarga e carga de dois pacotes LFP contendo 12 células em série e 3 em paralelo.

Nos gráficos de descarga, observe que algumas tensões de células no pacote sem balanceamento diminuíram abaixo de 2,0 V, o limite mínimo, próximo ao final da descarga. Isto é uma descarga excessiva e começou a ocorrer apenas após o oitavo ciclo. No pack com balanceamento de células, a tensão diminuiu para 2,5 V para a maioria das células, sendo que uma delas atingiu 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 o pacote sem balanceamento de células. Uma célula quase atingiu o limite de tensão flutuante de 4,0 V. Acima desse limite está a sobrecarga. Com o pacote contendo balanceamento de células, as células são agrupadas firmemente em torno da tensão flutuante de 3,65 V.

Função de medição: A tensão da célula, conforme mostrado na Figura 1, é uma delas. O objetivo desta medição é garantir que as tensões das células estejam próximas o suficiente umas das outras para que a bateria possa ser carregada e descarregada na faixa de operação pretendida. Em alguns casos, o BMS pode não permitir carga ou descarga, pelo menos não na carga nominal, até que as tensões das células estejam dentro de uma faixa predeterminada uma da outra. 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 no-break se a condição persistir por um período de tempo prescrito.

A terceira medição é a temperatura da célula. Ao avaliar um sistema de bateria para uso com um UPS, deve ser necessário que a temperatura do gabinete de uma ou mais células seja medida. Devido ao rápido aumento da temperatura no caso de um evento térmico, uma medição da temperatura do ar (interna) pode não ser suficientemente rápida, ou suficientemente sensível, para detectar o início da fuga térmica e tomar medidas para desligar a bateria. O BMS protegerá a bateria de temperaturas excessivas, sinalizando quando a temperatura da célula está próxima ou atingiu o máximo e, por fim, desconectará a bateria do no-break se o máximo for atingido. Outra ação que às vezes é tomada por um BMS é limitar ou adiar o carregamento da bateria até que a temperatura tenha diminuído suficientemente em relação ao limite.

Alguns modelos BMS também podem fornecer uma medição do estado de carga (SOC) e uma indicação do estado de saúde (SOH) do sistema de bateria. O SOC é obtido medindo a carga, em Ampères-hora (Ah) removida (descarga) e substituída (carga). A carga geralmente é medida integrando a corrente dentro ou fora da bateria em relação ao tempo. Começando com um valor conhecido de carga disponível, o SOC é apenas a razão entre a carga líquida (Ah descarregado – Ah carregado) 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 quanto a carga disponível diminui com a idade. Uma descarga de teste, começando no estado totalmente carregado, é normalmente usada para fazer esta estimativa. A perda de capacidade à medida que a bateria envelhece é às vezes chamada de perda de capacidade.

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