¿Cómo funciona un balance de batería y un circuito de protección?

Estoy construyendo un paquete de baterías 4S LiPo que me gustaría incorporar en un proyecto de altavoces portátiles y necesito asegurarme de que las baterías nunca requieran mantenimiento, además de reemplazarlas por completo en 5 años más o menos. Las baterías que estoy usando son NCR18650B, por lo que deberían ser bastante decentes.

Estoy usando la siguiente placa BMS que está usando un Seiko IC de carga :

Para probar que esto funciona correctamente, desequilibré intencionalmente una celda al cargarla hasta 4V y dejé las otras 3 celdas al mismo voltaje de 3.85V.

La fuente de alimentación del banco está configurada en 16.8V para cargar y se pueden observar las siguientes cosas:

1. Tan pronto como la primera batería se carga a 4.25V, el paquete se desconecta de la fuente de alimentación. En este caso particular, la energía total en el paquete es bastante baja porque las baterías estaban significativamente desequilibradas. ¿Por qué no desconectar solo la celda más cargada?
2. No puedo detectar el equilibrio con la fuente de alimentación encendida o apagada, después de que el BMS decide que la carga se ha completado. No fluye corriente desde la celda más cargada.
3. Probé una tabla de equilibrio alternativa y este comportamiento parece ser consistente. ¿Todos los PCB comerciales de equilibrio "funcionan" de la misma manera?

¿Cómo funciona realmente todo este equilibrio? ¿Cuál sería la mejor opción para mi escenario en el que necesito un paquete 4S del cual la carga generará picos de ~ 1A por cortos períodos de tiempo?

He leído un capítulo de un libro muy bueno que lo responde todo.

Le recomiendo leer ese capítulo o el libro, pero si quiere la historia muy corta, las cosas son así.

• Normalmente se supone que un paquete se ensambla con celdas equilibradas, por lo tanto, un BMS normal no está diseñado para equilibrar grandes diferencias.
• Normalmente, las celdas de litio tienen una tasa de autodescarga muy baja y son bastante uniformes, por lo que solo se requiere un equilibrio menor para mantener el paquete en buen estado de funcionamiento.
• La mayoría de las placas BMS que tienen balance solo pasan una corriente muy pequeña desde la celda más cargada a una resistencia de derivación, por lo que desperdician la carga de manera efectiva hasta que las otras celdas llegan al mismo nivel.
• La mayoría de los circuitos de equilibrio no pasan corriente de una celda a otra (equilibrio activo) porque es más costoso hacerlo.
• Dependiendo del circuito de carga, el equilibrio no está activo todo el tiempo, pero puede estar activo solo durante y durante la carga. Dado que no debería ocurrir un gran desequilibrio, sería estúpido desperdiciar energía de una celda más cargada cuando el paquete se desconecta de la fuente de alimentación.
• Se necesitan muchos ciclos para equilibrar las células. Por supuesto, dependiendo del circuito, las cosas pueden variar, pero puede esperar equilibrar una diferencia del 10% en aproximadamente 30 ciclos de carga.
• El desequilibrio por ciclo de las celdas de LiPo adecuadamente emparejadas suele ser inferior al 0.1%

Esta sencilla técnica de equilibrio que probablemente se implementa en placas BMS comunes funciona así:

El P-MOSFET de equilibrio interno para una celda particular, que necesita ser equilibrado, se activa primero. Esto crea una corriente de polarización de bajo nivel a través de los divisores de resistencia externos, que conectan los terminales de la celda al IC del controlador de balance de la celda de la batería. El voltaje de puerta a fuente se establece en R2 y se activa el MOSFET externo. La resistencia de encendido del MOSFET externo es insignificante en comparación con la resistencia del equilibrio celular externo y la corriente de equilibrio externa, I BAL, viene dada por I BAL = V CELL / R BAL. Al seleccionar correctamente el valor de resistencia R BAL, podemos obtener la corriente de equilibrio de células deseable, que podría ser mucho más alta que la corriente de equilibrio de células interna y puede acelerar el proceso de equilibrio de células.