Hola amigos
hace ya algún tiempo me ahorré el esfuerzo de hacer mi propia placa para realizar un sistema de balanceo y monitoreo basado en la componente LTC6802-1. Esta placa implementa el monitoreo de alta precisión para baterías basadas en la tecnología de Litio, como en mi caso las baterías LiFePO4.
Aquí el enlace a la hoja de datos del LTC6802-1 usado en esta placa.
Aquí el enlace a la hoja de datos del LTC3300-1
Como podrán ver aquellos que analicen las hojas de datos, el LTC3300-1 no monitorea la tensión de las células, esa función se la deja en los ejemplos de su uso a la parte mas actual, el LTC6803-1. El LTC3300-1 en cierto sentido es una componente que controla 6 transformadores, conectandolas de tal forma a sus pines correspondientes, que una de las células de un pack de baterías es cargada o descargada usando o surtiendo la energía a las demas baterías de un pack. De este modo el LTC3300-1 permite el balanceo llamado activo de hasta 6 baterías. Un 6802-1 o un 6803-1, monitorea la tensión de las baterías, pueden ser hasta 12 baterías, llamadas células de un pack de baterías. Usando los datos de las baterías individuales monitoreadas por el LTC6802-1 en el caso de mi placa o del LTC6803-1, un controlador en el sistema, en mi caso un controlador AVR de Atmel entonces programaría los 2 LTC3300-1 para cargar la célula con la menor tensión del set de 6 baterías de un LTC3300-1. En el caso de mi modelo donde uso 12 baterías de LiFePO4 de 16Ah de capacidad, el programa en el controlador repetiría esto hasta que todas las células del set de 6 baterías asociado a un LTC3300-1 tuvieran la misma carga, logrando así que al final del proceso de carga todas las baterías tuvieran exactamente la misma tensión, esarían cargadas de forma idéntica.
Durante la navegación con mi velero esa misma combinación de LTC6802-1 y de 2 LTC3300-1, bajo control de un controlador, durante este tiempo las baterías surten el modelo con energía descargandose, transferería energía de 11 baterías a aquella que tuviera la menor tensión, aquella que por lo tanto estaría mas descargada que las restantes, para así asegurar que durante la operación del modelo el descargar de todas las batería del set de 12 baterías en mi modelo la descarga fuera igual en las 12 baterías, evitando que alguna fuera descargada en exceso.
Para aquellos no familiares con el balanceo de baterías en un pack, aquí la explicación.
Baterías a base de Litio tienen la tendencia con el tiempo descargarse de forma no pareja, resultando en que alguna de las baterías de un pack esté mas cargada o mas descargada que las demas. Como durante el cargar de un pack de baterías un cargador de baterías sin la función de monitoreo de cada una de las baterías que componen el pack, sin la función de balanceo, decide cuando dejar de cargar las baterías del pack cuando el voltaje resultante de todas las baterías alcanze su valor límite. Lo mismo ocurre con sistemas que advierten al usuario que un pack de baterías esta quedando vacio y que por lo tanto hay que volver a cargar. Permítanme usar un ejemplo simplificado de un pack de baterías de 6 baterías conectadas en serie.
Una batería esté llena cuando su tensión alcanza los 3,7 VDC, una batería este descargada completamente pero dentro de los límites que no le hacen daño cuando alcanza una tensión de 2 VDC. Así pues el pack
lleno: 6 * 3,7 VDC = 22,2 VDC
vacío: 6 * 2,0 VDC = 12,0 VDC
Así el cargador del pack de 6 baterías conectadas en serie ve el pack lleno cuando la tensión alcanza el valor de 22,2 VDC y un sistema de monitoreo de la descarga del pack de monitoreo advirtiría al operador cuando la tensión se aproxime a los 12 VDC!
Digamos que 2 de las baterías tuvieran un valor inferior a la de las otras baterías de 0,6 VDC, osea solo 3,4 VDC. El cargador seguiría cargando el set de 6 baterías hasta que estas alcancen el valor de 22,2 VDC. veamos en detalle la tensión de las 6 baterías:
1: 3,3 VDC
2: 3,3 VDC
3: 3,9 VDC
4: 3,9 VDC
5: 3,9 VDC
6: 3,9 VDC
Tensión total del pack son 22,2 VDC,
Vemos que a razón de la tensión menor de 2 de las baterías las restantes 4 resultan cargadas en exceso, lo que acabará la vida útil de estas baterías muchísimo antes o en el peor de los casos este exceso de carga resulta en que alguna de estas 4 baterías sobrecargadas prendan fuego!
Similar es el caso durante la descarga de las baterías, donde alguna batería resultara descargada en exceso causando daño a estas.
Esta tendencia de las baterías conectadas en serie en un pack se da en packs usando baterías a base de litio, valiendo mencionar que aquellas de LiFePO4 son la variante mas robusta y estable de todas las posibles variantes ofertadas a base de litio.
Habiendo explicado la razón y el efecto de baterías no balanceadas, ahora la explicación de la diferencia de balanceo pasivo y de balanceo activo.
En el caso de balanceo pasivo, aquellas baterías de un pack con una tensión mayor a la batería con la tensión mínima, son descargadas convirtiendo la descarga en calor a aplicarla a una resistencia. Durante el proceso de carga de un pack de baterías el monitoreo de la tensión de las baterías individuales, en el caso de mi placa esta función la ejecuta el LTC6802-1, las baterías del pack con tensiones mayores a aquella con la menor tensión son descargas perdiéndose la energía en forma de calor. Similar durante la descarga, lográndose así que todas las baterías de un pack de baterías alcancen los 2,0 VDC al mismo tiempo.
Para el como y cuando hacer el balanceo existen diferentes estrategias que son implementadas por software en el controlador que maneja el LTC6802-1 en el caso de mi placa.
En el caso del balanceo activo aquellas baterías que presenten una tensión por encima del promedio son descargadas usando la energía, no como en el caso del balanceo pasivo convierténdolo en calor, sino para cargar adicionalmente aquellas baterías del pack que presenten una tensión por debajo del promedio. Esto durante el proceso de carga hace posible acelerar el proceso de carga, pero mas interesante, esto extiende la cantidad de energía disponible de un pack de baterías, pues no se quema energía en forma de calor, sino que esta energía carga aquellas baterías con menos tensión.
Uno cosa de la que recién me hice consciente durante el proyecto es que la carga de baterías por un cargador con balanceo no tiene lugar de forma continua, sino de forma intermitente. Durante las pausas de carga se miden las tensiones actuales de cada batería de un pack, pues durante el flujo de corriente a las baterías en el proceso de carga o descarga, no es posible medir la tensión con la exactitud necesaria. Cuando más exacto se mide la tensión menos margen de seguridad hay que poner a disposición para evitar daños a las baterías o peor!
