O que é o BMS (Battery Manager System)
O que significa BMS?
Um sistema de gestão de baterias (BMS) é um sistema eletrónico, normalmente uma placa de circuitos, que gere baterias recarregáveis (células ou conjuntos). Pode prolongar a vida útil da bateria e proteger a segurança dos produtos electrónicos, impedindo que a bateria funcione dentro de um determinado intervalo.
Porque é que precisamos do BMS?
Monitorização da temperatura:
Se a bateria fornecer uma grande quantidade de corrente durante um longo período de tempo, pode provocar um descontrolo da bateria, resultando num incêndio. Os produtos químicos utilizados para fabricar baterias são altamente voláteis e as perfurações por objectos afiados também podem provocar um incêndio nas baterias. Entre outras coisas, os dados de temperatura podem ser utilizados para determinar se a bateria precisa de ser carregada ou descarregada.
Análise e previsão de dados:
Os dados recolhidos pelo BMS podem ser utilizados para analisar o estado e o desempenho da bateria. Através da análise de dados históricos, o BMS pode prever o estado futuro e os potenciais problemas da bateria.
Estimativa do estado:
O BMS calcula os parâmetros de estado da bateria, como a capacidade restante (SOC) e o estado de saúde (SOH). Estas informações ajudam os utilizadores a compreender o estado atual e a vida útil prevista da bateria.
Diagnóstico de avarias:
O BMS pode diagnosticar potenciais problemas com a bateria, analisando dados históricos e tendências dos parâmetros da bateria. Isto inclui a identificação de células de bateria incompatíveis, degradação do desempenho e outras anomalias.
Manuseamento perigoso:
Se for detectado um problema na bateria, o BMS toma medidas imediatas para proteger a bateria e o utilizador.
Desligamento seguro:
Quando ocorrem situações perigosas, como sobrecarga, descarga excessiva, sobreaquecimento ou curto-circuito, o BMS desliga imediatamente a fonte de alimentação da bateria para evitar que a situação se deteriore ainda mais.
Alarme e notificação:
Quando o BMS detecta um problema, alerta o utilizador ou o pessoal de manutenção e fornece informações sobre o diagnóstico de avarias, quando necessário, para que possam ser tomadas medidas de reparação ou substituição atempadas.
Como funciona o sistema de gestão da bateria (BMS)?
A monitorização da tensão de cada célula de um conjunto de baterias é fundamental para determinar o seu estado geral. Todas as baterias têm um intervalo de tensão. Certifique-se de que carrega e descarrega dentro desse intervalo para garantir o funcionamento normal e a vida útil da bateria.
No caso das baterias de iões de lítio, a tensão de funcionamento situa-se normalmente entre 2,5V e 4,2V. O intervalo de tensão depende da composição química. O funcionamento da bateria fora do intervalo de tensão encurtará significativamente a vida útil da bateria e poderá provocar a sua avaria.
O SOC (estado de carga) e o SOH (estado de saúde) são dois parâmetros importantes utilizados pelo BMS para avaliar e monitorizar o estado da bateria:
SOC (Estado de Carga):
Trata-se de uma medida da energia restante de uma bateria, normalmente expressa em percentagem.
SOC O BMS calcula o SOC em tempo real, monitorizando a corrente de carga e descarga da bateria, a tensão e outros parâmetros, para que os utilizadores saibam quando é necessário carregar a bateria.
SOH (Estado de Saúde):
Esta é uma medida do estado da bateria, normalmente expressa em percentagem.
SOH reflecte o desempenho e a capacidade actuais da bateria em relação ao estado de nova. O SOH da bateria diminuirá com o tempo e a utilização, o que se deve à diminuição da capacidade e ao aumento da resistência interna causados pelo envelhecimento da bateria e pela utilização a longo prazo.
O BMS avalia o SOH da bateria através da monitorização a longo prazo do estado de carga da bateria, da temperatura, do número de ciclos de carga e descarga e de outros factores.
Ao monitorizar o SOC e o SOH, o BMS pode otimizar o processo de carga e descarga da bateria. O BMS utiliza os dados SOC e SOH para evitar situações potencialmente perigosas, como sobrecarga, descarga excessiva e sobreaquecimento da bateria. Prolonga a vida útil da bateria e assegura que as baterias estão a funcionar no seu melhor. O pessoal de manutenção pode identificar e resolver problemas prontamente.
Diferenças entre o BMS do automóvel e o BMS do armazenamento doméstico de energia:
Embora os BMS para automóveis e os BMS para armazenamento doméstico de energia sejam semelhantes nas suas funções básicas, ou seja, monitorizar e gerir o estado da bateria para garantir a segurança e melhorar a eficiência, apresentam algumas diferenças em termos de conceção e requisitos funcionais:
| Categoria | BMS para automóveis | Armazenamento de energia doméstica BMS |
|---|---|---|
| Adaptabilidade ambiental | Necessita de se adaptar a uma gama de temperaturas mais ampla e a condições ambientais mais adversas. Concebido para ser mais robusto, a fim de garantir um funcionamento normal em várias condições, como vibrações fortes, temperaturas elevadas ou baixas. | Normalmente funciona num ambiente relativamente estável e controlado, pelo que poderá não necessitar de uma adaptabilidade ambiental rigorosa. |
| Requisitos de desempenho | Necessita de suportar cargas e descargas de alta velocidade. Deve monitorizar e gerir o estado da bateria em tempo real para se adaptar às necessidades de carga que mudam dinamicamente. | Enfrenta normalmente ciclos de carga e descarga estáveis com variações de carga mais reduzidas, o que reduz os requisitos de desempenho imediato. |
| Funcionalidade e complexidade | Pode integrar caraterísticas mais avançadas para necessidades complexas de aplicações em veículos, como o intercâmbio de dados, o diagnóstico de avarias e a gestão da recuperação de energia. | Concentram-se mais na gestão da vida da bateria, na otimização da energia e na proteção da segurança, importantes para a interoperabilidade com HEMS ou redes inteligentes. |
Outros componentes do sistema de gestão de baterias
Outros blocos funcionais do BMS incluem a autenticação da bateria, o relógio em tempo real, a memória e a cadeia em cadeia. Um relógio em tempo real e uma memória são utilizados em aplicações de caixa negra, em que o RTC é utilizado para registos de data e hora e a memória é utilizada para armazenar dados, permitindo aos utilizadores compreender o comportamento da bateria antes da ocorrência de um evento catastrófico.
O bloco de autenticação da bateria impede que os componentes electrónicos do BMS sejam ligados a baterias de terceiros. As referências/reguladores de tensão são utilizados para alimentar os circuitos periféricos em torno do sistema BMS.
Finalmente, os circuitos em cadeia são utilizados para simplificar as ligações entre dispositivos empilhados. Os módulos em cadeia substituem a necessidade de optoacopladores ou outros circuitos de mudança de nível.
Qual é o papel da BMS?
Na utilização atual, as baterias são ligadas em série ou em paralelo para formar um conjunto de baterias. A ligação em paralelo aumenta a potência de corrente do conjunto de baterias, enquanto a ligação em série aumenta a tensão global.
O desempenho de carregamento de uma bateria muda com a quantidade de carga dentro da bateria: no tempo zero, as células do conjunto estão a carregar e a descarregar à mesma taxa. À medida que cada célula faz um ciclo entre a carga e a descarga, a taxa a que cada célula carrega e descarrega altera-se, resultando em condições de energia variáveis em todo o conjunto de baterias.
Quando o BMS é introduzido para controlar a bateria, pode efetivamente evitar a situação em que algumas baterias estão totalmente carregadas e outras não estão totalmente carregadas, protegendo assim a bateria e prolongando a sua vida útil.
Para garantir a segurança da bateria:
O BMS pode monitorizar os principais parâmetros da bateria, como a tensão, a corrente e a temperatura, e detetar e prevenir prontamente situações perigosas, como sobrecarga, descarga excessiva, sobreaquecimento, etc., evitando assim danos na bateria e potenciais acidentes de segurança. Por exemplo, se o BMS detetar que a temperatura da bateria é demasiado elevada, pode ativar o sistema de arrefecimento ou desligar a alimentação para evitar um evento de fuga térmica.
Melhorar o desempenho e a eficiência da bateria:
Ao assegurar que a bateria funciona em condições óptimas, o BMS ajuda a melhorar a eficiência energética e o desempenho global do sistema. Por exemplo, o BMS pode garantir que o conjunto de baterias é carregado e descarregado de forma homogénea, equilibrando o estado de carga entre as células da bateria, o que ajuda a melhorar o desempenho e a eficiência globais do conjunto de baterias.
Prolongar a vida útil da bateria:
O BMS reduz o envelhecimento e o desgaste da bateria através do controlo do processo e das condições de carga e descarga, prolongando a vida útil da bateria. Por exemplo, ao evitar a descarga profunda e a sobrecarga das baterias, o BMS pode reduzir o desgaste da bateria e prolongar a sua vida útil.
Monitorização e diagnóstico em tempo real:
O BMS fornece informações sobre o estado da bateria em tempo real, incluindo a energia restante (SOC) e o estado de saúde (SOH), ajudando os utilizadores a compreender o estado da bateria e a tomar decisões de utilização adequadas. Além disso, o BMS também pode ajudar a diagnosticar problemas na bateria e a repará-la ou substituí-la atempadamente.
Cumprir os requisitos regulamentares:
Em muitos países e indústrias, para garantir a segurança dos veículos eléctricos e dos sistemas de armazenamento de energia das baterias, existem regulamentos claros que exigem a instalação de BMS.
Qual é o melhor BMS?
Normalmente, não existem normas fixas ou únicas para os BMS. O âmbito da conceção técnica e a funcionalidade implementada estão normalmente relacionados com os seguintes factores
- Custo, complexidade e tamanho do conjunto de baterias.
- Aplicação da bateria e quaisquer questões de segurança, longevidade e garantia.
- Os requisitos de certificação de vários regulamentos governamentais, os custos e as penalizações serão críticos se as medidas de segurança funcional forem inadequadas.
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