Sistema de Equalização do Estado de Carga de Baterias de Iões de Lítio

Abstract

O campo de aplicação de sistemas alimentados por baterias tem vindo, progressivamente, a alargar-se sustentado, em especial, nas baterias de químicas baseadas em iões de lítio. O BMS (Battery Management System) tem como função assegurar a utilização segura da bateria procurando, simultaneamente, aumentar a sua performance e a sua longevidade. Nos casos em que se recorre à associação de células em série, surge a necessidade de se equipar o BMS de um sistema de equalização capaz de corrigir o desequilíbrio que surge ao nível dos SOCs (State of Charge) das células e que tende a agravar-se ao longo do tempo. Neste trabalho, estudou-se os mecanismos que dão origem a este desequilíbrio e os efeitos por ele provocados. Desenvolveu-se, posteriormente, um sistema de equalização baseado na topologia single switched capacitor e analisou-se o seu desempenho. Observou-se que este sistema é capaz de levar uma bateria de iões de lítio a recuperar o seu estado de equilíbrio, que a solução estudada ostenta importantes vantagens das quais se destacam o baixo custo, a instalação compacta e o controlo simples. Salienta-se, ainda, o facto deste sistema dispensar estimadores de SOC. Por fim, importa evidenciar que este sistema é passível de ser implementado em estrutura modular, mostrando-se compatível com a aplicação a baterias de elevada capacidade. .

The application scope of batteries has been growing progressively thanks to lithium ion based batteries. BMS (Battery Management Systems) have the purpose of insuring a safe battery usage, while increasing its performance and longevity. In the particular case of serial cell batteries, there is the need to equip the BMS with an equalization system able to correct any imbalance present in the cell's state of charge (SOC). These imbalances tend to aggravate with increasing battery life. This thesis studies the mechanisms behind this imbal-ance and its impact. To better demonstrate this phenomenon, a single switch capacitor to-pology equalization system was developed and its performance analyzed. The observational results depicted a system capable of enabling a lithium ion battery to recover its previous balance. This solution has numerous associated advantages, namely low application costs, space-efficient installation and easy handling, while sparing the need for SOC estimators. Finally, the possibility of implementing the developed equalization system arranged in a modular fashion allows for its compatibility with high capacity batteries in a more energy-efficient manner. .