BATERÍAS 27 y la temperatura. El rendimiento de medición necesario para los paquetes de baterías modernos es bastante elevado: cada celda debe medirse con una precisión de unos pocos milivoltios (mV) y miliamperios (mA), y con una precisión de un grado centígrado (°C). Las razones para una vigilancia celular tan estrecha son, entre otras, las siguientes: • Determinar el estado de carga (SOC) y el estado de salud (SOH) del paquete de baterías con el fin de proporcionar predicciones precisas de la capacidad restante del paquete de baterías (tiempo de funcionamiento) y la esperanza de vida en general. • Proporcionar los datos necesarios para aplicar el equilibrado de celdas, que iguala la tensión de las celdas cargadas entre sí, a pesar de sus diferencias internas, así como de las diferentes ubicaciones, temperaturas y envejecimiento. Si no se realiza el equilibrado de las celdas, se reduce el rendimiento de la batería, en el mejor de los casos, y se producen fallos en las celdas, en el peor. El equilibrio puede realizarse mediante técnicas pasivas o activas; estas últimas proporcionan resultados algo mejores, pero son más costosas y complejas. • Prevenir muchas condiciones que pueden dañar la batería y conducir a problemas de seguridad para el usuario (como un vehículo y sus ocupantes). Estos incluyen escenarios no deseados como: » La sobretensión o la carga a corrientes excesivas, que pueden provocar un desbordamiento térmico. » Baja tensión: una sola sobredescarga no causará un fallo catastrófico, pero puede empezar a disolver el conductor del ánodo. Los repetidos ciclos de sobredescarga posteriores pueden conducir a la formación de placas de litio en la celda de recarga y, de nuevo, a un posible desbordamiento térmico. » La sobretemperatura afecta al material del electrolito de la célula, reduciendo el SOC; esto también puede aumentar la formación de la interfase sólido-electrolito (SEI), lo que resulta en una resistividad mayor y no uniforme y en una pérdida de potencia. » La baja temperatura también es un problema, ya que puede provocar la deposición de litio, lo que también provoca una pérdida de capacidad. » Sobrecorriente, y el calentamiento interno resultante debido a la impedancia interna desigual y el eventual desbordamiento térmico; esto puede aumentar las capas SEI en la batería y aumentar la resistividad. Aquí hay un enigma, ya que, por ejemplo, es bastante sencillo medir con precisión la tensión de una celda individual en el banco de pruebas o en otro entorno benigno. Un diseñador sólo tiene que conectar un voltímetro digital (DVM) flotante (sin conexión a tierra) o alimentado por batería a través de la celda de interés (Figura 1). Sin embargo, es mucho más difícil, por muchas razones, hacerlo con confianza y seguridad en una situación eléctrica y medioambiental dura como la de un EV o HEV. Esto se pone de manifiesto en un ejemplo representativo de grupo electrógeno para vehículos eléctricos compuesto por 6.720 celdas de Li+, gestionadas por ocho módulos de control (Figura 2). Figura 2: Un paquete de baterías del mundo real es un conjunto de celdas conectadas en serie y en paralelo en módulos, con una importante cantidad de energía almacenada; estos son factores que complican enormemente la tarea de medir los voltajes de las celdas. (Fuente de la imagen: Analog Devices). Figura 1: La medición de la tensión a través de cualquier celda individual de una cadena en serie es sencilla en su concepto, ya que sólo requiere un voltímetro digital flotante. (Fuente de la imagen: Bill Schweber). Cada celda tiene una capacidad de 3.54 amperios-hora (Ah), lo que da lugar a un almacenamiento total de energía nominal de 100 kilovatioshora (kWh) (3.54 Ah x 4.2 voltios x 6720 celdas). Cada una de las 96 filas conectadas en serie está formada por 70 celdas en paralelo, para una tensión de batería de 403,2 voltios (96 filas x 4.2 voltios), con una capacidad de 248 Ah (100 kWh/403.2 voltios o 3.54 Ah x 70 columnas). Entre los temas están: • Es un reto proporcionar la resolución y precisión necesarias cuando semide una tensión baja de un solo dígito para obtener una precisión significativa a varios milivoltios debido a la presenciadeuna alta tensiónenmodo común (CMV), que puede sobrecargar
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