Como funciona o circuito de equilíbrio e proteção da bateria?

Estou construindo uma bateria 4S LiPo que gostaria de incorporar em um projeto de alto-falante portátil e preciso garantir que as baterias nunca precisem de manutenção, além de substituí-las completamente em cinco anos ou mais. As baterias que estou usando são NCR18650B, portanto devem ser bem decentes.

Estou usando a seguinte placa BMS que usa um IC de carregamento da Seiko :

Para testar se isso funciona corretamente, desequilibrei intencionalmente uma célula, carregando-a até 4V e deixei as outras 3 células na mesma voltagem de 3,85V.

A fonte de alimentação da bancada está definida em 16,8V para carregamento e as seguintes coisas podem ser observadas:

1. Assim que a primeira bateria é carregada em 4,25V, o pacote é desconectado da fonte de alimentação. Nesse caso em particular, a energia total no pacote é bastante baixa porque as baterias foram significativamente desequilibradas. Por que não desconectar apenas a célula mais carregada?
2. Não consigo detectar o equilíbrio com a fonte de alimentação ligada ou desligada depois que o BMS decide que o carregamento está concluído. Nenhuma corrente está fluindo da célula mais carregada.
3. Eu tentei uma placa de equilíbrio alternativa e esse comportamento parece ser consistente. Todos os PCBs de balanceamento comercial "funcionam" da mesma maneira?

Como todo esse equilíbrio realmente funciona? Qual seria a melhor opção para o meu cenário em que preciso de um pacote 4S a partir do qual a carga gerará picos de ~ 1A por curtos períodos de tempo?

Eu li um capítulo de um livro muito bom que responde a tudo.

Eu recomendo a leitura desse capítulo ou livro, mas se você quiser uma história muito curta, as coisas são assim.

• Normalmente, supõe-se que um pacote seja montado com células balanceadas, portanto, um BMS regular não é projetado para equilibrar enormes diferenças.
• Normalmente, as células de lítio têm uma taxa de auto-descarga muito baixa e são equiparadas de maneira bastante uniforme; portanto, apenas um pequeno equilíbrio é necessário para manter a embalagem em boas condições de funcionamento.
• A maioria das placas BMS que possuem balanceamento passam apenas uma corrente muito pequena da célula mais carregada para um resistor de derivação, portanto elas efetivamente gastam carga até que as outras células cheguem ao mesmo nível.
• A maioria dos circuitos de balanceamento não passa corrente de uma célula para outra (balanceamento ativo) porque é mais caro fazer isso.
• Dependendo do circuito de carregamento, o balanceamento não fica ativo o tempo todo, mas pode estar ativo apenas durante e durante o carregamento. Como um grande desequilíbrio não deveria acontecer, seria estúpido desperdiçar energia de uma célula mais carregada quando o pacote estiver desconectado da fonte de alimentação.
• São necessários muitos ciclos para equilibrar as células. Obviamente, dependendo do circuito, as coisas podem variar, mas você pode esperar equilibrar uma diferença de 10% em 30 ciclos de carga.
• O desequilíbrio por ciclo de células LiPo apropriadas é geralmente menor que 0,1%

Essa técnica de balanceamento simples, provavelmente implementada em placas BMS comuns, funciona assim:

O P-MOSFET de balanceamento interno de uma célula específica, que precisa ser balanceada, é ativado primeiro. Isso cria uma corrente de polarização de baixo nível através dos divisores externos do resistor, que conectam os terminais da célula ao IC do controlador de equilíbrio de células da bateria. A tensão entre a porta e a fonte é, assim, estabelecida no R2 e o MOSFET externo é ativado. A resistência do MOSFET externo é insignificante em comparação com a resistência do balanço celular externo e a corrente de equilíbrio externo, I BAL, é dada por I BAL = V CELL / R BAL. Ao selecionar corretamente o valor da resistência R BAL, podemos obter a corrente de balanceamento de célula desejável, que pode ser muito maior que a corrente interna de balanceamento de célula e pode acelerar o processo de balanceamento de célula.