Qué es BMS en batería？

En un mundo cada vez más electrificado, las baterías son los héroes anónimos que lo alimentan todo, desde nuestros teléfonos inteligentes hasta la floreciente flota de vehículos eléctricos y las soluciones de almacenamiento de energía a gran escala. Pero estas centrales electroquímicas no son simples dispositivos "plug and play". Requieren una supervisión inteligente para garantizar su seguridad, optimizar su rendimiento y prolongar su vida útil. Aquí es donde la Sistema de gestión de baterías (BMS) el sofisticado "cerebro" que supervisa y controla todos los aspectos de una pila recargable.

Esta completa guía profundiza en los entresijos de un sistema de gestión de baterías (BMS), explora sus funciones básicas, sus componentes esenciales y la importancia primordial que tiene en las modernas tecnologías alimentadas por baterías. Tanto si eres ingeniero, entusiasta de los vehículos eléctricos o simplemente sientes curiosidad por la tecnología que impulsa nuestro futuro, comprender el BMS es clave.

¿Qué es el BMS en una batería?

En el fondo, un Sistema de gestión de baterías (BMS) es un sistema electrónico que gestiona un batería recargableque puede constar de varias celdas. Su función principal es proteger la batería para que no funcione fuera de su zona de funcionamiento seguro (SOA). Más allá de la mera protección, un BMS moderno también supervisa el estado de la batería, calcula datos secundarios, informa de esos datos, controla su entorno, la autentica y/o la equilibra.

Piense en él como el guardián de la batería. Al igual que el cerebro humano regula las funciones corporales, el BMS supervisa diligentemente la salud y el funcionamiento de la batería, evitando daños y garantizando una utilización eficiente de la energía. En aplicaciones de alto riesgo como los coches eléctricos, un BMS robusto no sólo es beneficioso, sino absolutamente esencial para la seguridad y la fiabilidad.

Funciones básicas de un SGE

Un sistema de gestión de edificios completo realiza multitud de funciones críticas:

Control de la tensión

Una de las tareas fundamentales de un sistema de gestión de baterías es controlar meticulosamente la tensión de cada una de las celdas del pack de baterías, así como la tensión global del pack. Las celdas de iones de litio, utilizadas habitualmente en vehículos eléctricos y otras aplicaciones de alto rendimiento, suelen funcionar dentro de un margen de voltaje seguro de aproximadamente 1,5 GHz. $2.5V$ a $4.2V$. El funcionamiento fuera de estos límites puede provocar degradación o, en casos graves, riesgos para la seguridad.

El BMS comprueba continuamente estos niveles de tensión. Si la tensión de una célula supera el límite superior durante la carga, el BMS puede indicar al cargador que detenga o reduzca la corriente de carga. A la inversa, si el voltaje de una célula cae por debajo del límite inferior durante la descarga, el BMS puede desconectar la carga para evitar una descarga profunda, que puede dañar permanentemente la célula.

Control de la temperatura

La temperatura es otro parámetro crítico que afecta al rendimiento y la seguridad de la batería. El BMS emplea sensores de temperatura situados en varios puntos del pack de baterías para controlar las condiciones térmicas. El rango óptimo de temperatura de funcionamiento para muchas baterías de iones de litio se sitúa entre $20°C$ y $40°C$.

Si la temperatura aumenta excesivamente, quizá debido a altas tasas de descarga o a las condiciones ambientales, el BMS puede activar sistemas de refrigeración o limitar la corriente para evitar el sobrecalentamiento y un posible desbordamiento térmico. Del mismo modo, en condiciones muy frías, el BMS puede restringir la carga, ya que cargar baterías de iones de litio a bajas temperaturas puede provocar el recubrimiento de litio y reducir su vida útil.

Seguimiento actual

El BMS mide con precisión la corriente que entra y sale de la batería. Esta información es vital por varias razones, incluida la prevención de condiciones de sobrecorriente durante la carga y la descarga. Superar los límites de corriente de carga o descarga especificados (a menudo definidos por las tasas C) puede generar un calor excesivo y dañar las celdas de la batería. El BMS actúa como salvaguarda interrumpiendo el flujo de corriente si supera los umbrales de seguridad.

Estimación del estado de carga (SoC) y del estado de salud (SoH)

El BMS desempeña un papel crucial en la estimación de dos parámetros clave:

• Estado de carga (SoC): Indica la capacidad restante de la batería, a menudo expresada en porcentaje (de 0% a 100%). Una estimación precisa del SoC es esencial para ofrecer a los usuarios información fiable sobre la autonomía restante en un vehículo eléctrico o el tiempo de funcionamiento de un dispositivo portátil.
• Estado de salud: Es una medida del estado general de la batería en comparación con su estado original. El SoH suele degradarse con el tiempo y los ciclos de uso. Un BMS realiza un seguimiento de parámetros como la pérdida de capacidad y la resistencia interna para estimar el SoH, proporcionando una indicación de cuándo una batería podría estar acercándose al final de su vida útil. Las baterías suelen perder $1-2\%$ de su capacidad al año o por un determinado número de ciclos.

Equilibrio celular

En los paquetes de baterías formados por varias celdas conectadas en serie, las celdas individuales pueden presentar ligeras diferencias en cuanto a capacidad o velocidad de autodescarga. Con el tiempo, estas discrepancias pueden provocar desequilibrios, en los que algunas celdas se cargan completamente y otras no, o algunas se sobredescargan y otras aún tienen capacidad. Este desequilibrio reduce la capacidad total utilizable de la batería y puede sobrecargar las celdas individuales.

El SGE emplea equilibrio celular técnicas para abordarlo. En equilibrio pasivoEl exceso de carga de las células de alto voltaje se disipa en forma de calor a través de resistencias. En equilibrio activoLa carga se redistribuye de las células más potentes a las más débiles, lo que suele ser más eficiente. Al garantizar que todas las células funcionan dentro de un rango de tensión similar, el equilibrado de células maximiza la capacidad del pack y prolonga su vida útil.

Componentes de un SGE típico

Para realizar estas funciones cruciales, un sistema de gestión de edificios típico consta de varios componentes de hardware clave:

• Circuitos sensores: Entre ellos se incluyen sensores de tensión para cada célula y para todo el pack, sensores de corriente para medir los índices de carga y descarga, y sensores de temperatura colocados estratégicamente por todo el pack de baterías.
• Microcontrolador/Procesador: Es el "cerebro" del BMS, ya que recibe y procesa los datos de los circuitos de detección. Ejecuta algoritmos para estimar el SoC y el SoH, aplicar estrategias de control para la carga y la descarga y gestionar el equilibrado de las células.
• Interruptores de potencia (MOSFET, relés): Se utilizan para controlar el flujo de corriente, lo que permite al BMS desconectar el pack de baterías en caso de fallos (por ejemplo, sobretensión, subtensión, sobrecorriente) o activar/desactivar la carga y la descarga.
• Interfaz de comunicación: Esto permite que el BMS se comunique con otros sistemas del vehículo o dispositivo, como el controlador del motor en un VE o la unidad de gestión de energía en un portátil. Los protocolos más habituales son el bus CAN.
• Memoria: Se utiliza para almacenar datos críticos como el historial de la batería, los parámetros de calibración y la información de diagnóstico.

La importancia de los SGE

El sistema de gestión de baterías no es un mero accesorio; es la piedra angular de unos sistemas alimentados por baterías seguros, eficientes y duraderos. Su importancia puede resumirse en tres áreas clave:

• Seguridad: Al supervisar continuamente el voltaje, la temperatura y la corriente, el BMS evita situaciones peligrosas como fugas térmicas, incendios y explosiones, que son problemas críticos en las baterías de alta densidad energética.
• Rendimiento: Mediante el equilibrado de celdas y el control optimizado de carga y descarga, el BMS garantiza que el pack de baterías funcione con la máxima eficiencia, maximizando la autonomía en los vehículos eléctricos y el tiempo de funcionamiento en otras aplicaciones.
• Longevidad: Al impedir el funcionamiento fuera de los límites de seguridad y favorecer el equilibrio de las celdas, el BMS prolonga considerablemente la vida útil del pack de baterías, que suele ser el componente más caro de un sistema.

Aplicaciones de BMS

La necesidad de sistemas eficaces de gestión de baterías abarca una amplia gama de aplicaciones:

• Vehículos eléctricos (VE): La gestión de grandes paquetes de baterías de alto voltaje es primordial para la seguridad, el rendimiento (autonomía, potencia) y la longevidad de los vehículos eléctricos.
• Electrónica portátil (ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes): Garantizar una carga y descarga seguras, y proporcionar indicaciones precisas del nivel de carga de la batería son cruciales para la experiencia del usuario y la seguridad del dispositivo.
• Almacenamiento de energía a escala de red: Los grandes sistemas de baterías utilizados para estabilizar la red requieren sofisticados sistemas de gestión de baterías para garantizar la seguridad y optimizar el despacho de energía.
• Herramientas eléctricas: Protege las baterías de la sobredescarga durante un uso intensivo y garantiza una larga vida útil.
• Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI): Supervisar el estado de las baterías y garantizar una alimentación de reserva fiable.

Conclusión

El Sistema de Gestión de Baterías es el héroe anónimo detrás del perfecto funcionamiento de nuestro mundo alimentado por baterías. Más que un simple circuito de protección, es un sistema inteligente que optimiza el rendimiento, mejora la seguridad y prolonga la vida útil de las baterías recargables. A medida que la tecnología de las baterías siga avanzando y se integre cada vez más en nuestra vida cotidiana, la sofisticación e importancia del BMS no dejará de crecer. Comprender su papel es crucial para apreciar las complejidades y el potencial de las modernas soluciones de almacenamiento de energía.

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PREGUNTAS FRECUENTES

1. ¿Cuál es la función principal de un SGE? La función principal es proteger la batería para que no funcione fuera de su zona de funcionamiento seguro, garantizando la seguridad y evitando daños.

2. ¿Qué significa SoC en un BMS? SoC son las siglas de State of Charge, que indica la capacidad restante de la batería.

3. ¿Por qué es importante el equilibrio celular? El equilibrado de celdas garantiza que todas las celdas de una batería se utilicen eficazmente, maximizando la capacidad total y la vida útil de la batería.

4. ¿Qué parámetros clave controla un sistema de gestión de edificios? Los parámetros clave son la tensión, la temperatura y la corriente de las celdas y el pack de baterías.

5. ¿Un BMS sólo se utiliza en vehículos eléctricos? No, el BMS se utiliza en una amplia gama de aplicaciones que emplean baterías recargables, como ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes, almacenamiento de energía a escala de red y herramientas eléctricas.

6. ¿Qué es el SoH en el contexto de una batería? SoH son las siglas de State of Health (estado de salud), que es una medida del estado general de la batería en comparación con su estado original.