Qué es el BMS (Sistema Gestor de Baterías)
¿Qué significa BMS?
Un sistema de gestión de baterías (BMS) es un sistema electrónico, normalmente una placa de circuitos, que gestiona las baterías recargables (pilas o baterías). Puede prolongar la vida útil de la batería y proteger la seguridad de los productos electrónicos evitando que la batería funcione dentro de un rango establecido.
¿Por qué necesitamos BMS?
Control de la temperatura:
Si la pila suministra una gran cantidad de corriente durante mucho tiempo, puede hacer que se descontrole y provocar un incendio. Los productos químicos utilizados para fabricar las baterías son muy volátiles, y los pinchazos con objetos afilados también pueden hacer que las baterías se incendien. Entre otras cosas, los datos de temperatura pueden utilizarse para determinar si la batería necesita cargarse o descargarse.
Análisis de datos y predicción:
Los datos recogidos por el BMS pueden utilizarse para analizar el estado y el rendimiento de la batería. Mediante el análisis de los datos históricos, el BMS puede predecir el estado futuro y los posibles problemas de la batería.
Estimación del estado:
El BMS calcula los parámetros de estado de la batería, como la capacidad restante (SOC) y el estado de salud (SOH). Esta información ayuda a los usuarios a comprender el estado actual y la vida útil prevista de la batería.
Diagnóstico de averías:
El BMS puede diagnosticar problemas potenciales de la batería analizando los datos históricos y las tendencias de los parámetros de la batería. Esto incluye la identificación de celdas de batería desajustadas, degradación del rendimiento y otras anomalías.
Manipulación peligrosa:
Si se detecta un problema en la batería, el BMS toma medidas inmediatas para proteger la batería y al usuario.
Apagado seguro:
Cuando se produzcan situaciones peligrosas como sobrecarga, sobredescarga, sobrecalentamiento o cortocircuito, el BMS desconectará inmediatamente la alimentación de la batería para evitar que la situación se deteriore aún más.
Alarma y notificación:
Cuando el BMS detecte un problema, alertará al usuario o al personal de mantenimiento y proporcionará información sobre el diagnóstico de fallos cuando sea necesario para que puedan tomarse las medidas de reparación o sustitución oportunas.
¿Cómo funciona el sistema de gestión de baterías (BMS)?
Controlar el voltaje de cada célula de un paquete de baterías es fundamental para determinar su estado general. Todas las baterías tienen un rango de voltaje. Asegúrese de cargar y descargar dentro del rango para garantizar el funcionamiento normal y la vida útil de la batería.
En el caso de las pilas de iones de litio, la tensión de funcionamiento suele oscilar entre 2,5 V y 4,2 V. El rango de tensión depende de la composición química. El funcionamiento de la pila fuera del rango de tensión acortará significativamente su vida útil y puede hacer que falle.
El SOC (estado de carga) y el SOH (estado de salud) son dos parámetros importantes utilizados por los BMS para evaluar y controlar el estado de la batería:
SOC (Estado de Carga):
Es una medida de la energía restante de una batería, normalmente expresada en porcentaje.
SOC nos dice cuánta energía queda en la batería, o cuánto tiempo se puede utilizar la batería cuando está completamente cargada en su estado actual.BMS calcula el SOC en tiempo real monitorizando la corriente de carga y descarga de la batería, el voltaje y otros parámetros para que los usuarios sepan cuándo hay que cargarlas.
SOH (Estado de Salud):
Es una medida de la salud de la batería, normalmente expresada en porcentaje.
SOH refleja el rendimiento y la capacidad actuales de la pila en relación con su estado nuevo. El SOH de la pila disminuirá con el tiempo y el uso, lo que se debe a la disminución de la capacidad y al aumento de la resistencia interna causados por el envejecimiento de la pila y su uso prolongado.
El BMS evalúa el SOH de la batería mediante la supervisión a largo plazo del estado de carga de la batería, la temperatura, el número de ciclos de carga y descarga y otros factores.
Al monitorizar el SOC y el SOH, el BMS puede optimizar el proceso de carga y descarga de la batería. El BMS utiliza los datos de SOC y SOH para evitar situaciones potencialmente peligrosas como la sobrecarga, la sobredescarga y el sobrecalentamiento de la batería. Prolonga la vida útil de las baterías y garantiza que funcionen al máximo. El personal de mantenimiento puede identificar y resolver los problemas rápidamente.
Diferencias entre el BMS para coches y el BMS para almacenamiento de energía en el hogar:
Aunque los BMS de automoción y los BMS de almacenamiento de energía doméstica son similares en sus funciones básicas, es decir, la supervisión y gestión del estado de la batería para garantizar la seguridad y mejorar la eficiencia, tienen algunas diferencias en cuanto a diseño y requisitos funcionales:
| Categoría | BMS para automoción | Almacenamiento de energía doméstica BMS |
|---|---|---|
| Adaptabilidad medioambiental | Necesita adaptarse a un rango de temperaturas más amplio y a condiciones ambientales más duras. Diseñado para ser más robusto a fin de garantizar un funcionamiento normal en diversas condiciones, como vibraciones severas, altas temperaturas o bajas temperaturas. | Normalmente funciona en un entorno relativamente estable y controlado, por lo que podría no necesitar una gran adaptabilidad medioambiental. |
| Requisitos de rendimiento | Debe soportar la carga y descarga a alta velocidad. Debe supervisar y gestionar el estado de la batería en tiempo real para adaptarse a los cambios dinámicos de la demanda de carga. | Suele afrontar ciclos de carga y descarga estables con menores variaciones de carga, por lo que los requisitos de rendimiento inmediato son menores. |
| Funcionalidad y complejidad | Puede integrar funciones más avanzadas para las necesidades de aplicaciones complejas de los vehículos, como el intercambio de datos, el diagnóstico de averías y la gestión de la recuperación de energía. | Centrarse más en la gestión de la vida útil de la batería, la optimización de la energía y la protección de la seguridad, importantes para la interoperabilidad con HEMS o redes inteligentes. |
Otros componentes del sistema de gestión de baterías
Otros bloques funcionales del BMS incluyen la autentificación de la batería, el reloj en tiempo real, la memoria y la conexión en cadena. El reloj en tiempo real y la memoria se utilizan en aplicaciones de caja negra, en las que el RTC se utiliza para las marcas de tiempo y la memoria para almacenar datos, lo que permite a los usuarios comprender el comportamiento del pack de baterías antes de que se produzca un suceso catastrófico.
El bloque de autentificación de la batería impide que la electrónica del BMS se conecte a paquetes de baterías de terceros. Las referencias/reguladores de tensión se utilizan para alimentar los circuitos periféricos alrededor del sistema BMS.
Por último, los circuitos en cadena se utilizan para simplificar las conexiones entre dispositivos apilados. Los módulos en cadena sustituyen la necesidad de optoacopladores u otros circuitos de cambio de nivel.
¿Cuál es el papel de los SGE?
En el uso real, las pilas se conectan en serie o en paralelo para formar un paquete de pilas. La conexión en paralelo aumenta el impulso de corriente del pack de baterías, mientras que la conexión en serie aumenta la tensión total.
El rendimiento de carga de una batería cambia con la cantidad de carga dentro de la batería: en el momento cero, las celdas del pack se cargan y descargan al mismo ritmo. A medida que cada célula realiza ciclos entre la carga y la descarga, la velocidad a la que cada célula se carga y se descarga cambia, lo que da como resultado unas condiciones de potencia variables en todo el pack de baterías.
Cuando se introduce el BMS para controlar la batería, puede evitar eficazmente la situación en la que algunas baterías están totalmente cargadas y otras no, protegiendo así la batería y alargando su vida útil.
Para garantizar la seguridad de la batería:
El BMS puede controlar los parámetros clave de la batería, como la tensión, la corriente y la temperatura, y detectar y prevenir rápidamente situaciones peligrosas como la sobrecarga, la sobredescarga, el sobrecalentamiento, etc., evitando así daños en la batería y posibles accidentes de seguridad. Por ejemplo, si el BMS detecta que la temperatura de la batería es demasiado alta, puede activar el sistema de refrigeración o desconectar la alimentación para evitar un evento de fuga térmica.
Mejore el rendimiento y la eficiencia de la batería:
Al garantizar que la batería funciona en condiciones óptimas, el BMS ayuda a mejorar la eficiencia energética y el rendimiento general del sistema. Por ejemplo, el BMS puede garantizar que el paquete de baterías se cargue y descargue uniformemente equilibrando el estado de carga entre las celdas de la batería, lo que ayuda a mejorar el rendimiento y la eficiencia general del paquete de baterías.
Prolongue la vida de la batería:
El BMS reduce el envejecimiento y el desgaste de las baterías controlando el proceso y las condiciones de carga y descarga, lo que prolonga su vida útil. Por ejemplo, al evitar la descarga profunda y la sobrecarga de las baterías, el BMS puede reducir su desgaste y prolongar su vida útil.
Monitorización y diagnóstico en tiempo real:
El BMS proporciona información sobre el estado de la batería en tiempo real, incluida la energía restante (SOC) y el estado de salud (SOH), lo que ayuda a los usuarios a comprender el estado de la batería y a tomar decisiones de uso adecuadas. Además, el BMS también puede ayudar a diagnosticar los problemas de la batería y a repararla o sustituirla a tiempo.
Cumplir los requisitos reglamentarios:
En muchos países e industrias, para garantizar la seguridad de los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, existen normativas claras que exigen la instalación de BMS.
¿Cuál es el mejor SGE?
No suele haber normas fijas o únicas para los SGE. El alcance del diseño técnico y la funcionalidad implementada suelen estar relacionados con los siguientes factores:
- Coste, complejidad y tamaño del paquete de baterías.
- Aplicación de la batería y cualquier problema de seguridad, longevidad y garantía.
- Los requisitos de certificación de diversas normativas gubernamentales, los costes y las sanciones serán críticos si las medidas de seguridad funcional son inadecuadas.
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