BMS o Sistema de gestión de baterías
Los vehículos eléctricos obtienen su energía de un pack de baterías que está formado por diferentes celdas colocadas en serie o en paralelo, la mayoría de funciones del vehículo dependen de su buen funcionamiento, la batería podríamos decir que es uno de los elementos mas importantes y caros del vehículo eléctrico, por eso es muy conveniente cuidarla.
Si en sus ciclos de carga no se respetan unas series de condiciones, su vida útil puede acortarse considerablemente, de hay la importancia de garantizar las condiciones adecuadas para una carga correcta de la batería, de eso se ocupa el BMS, que debe sus siglas del ingles «Battery Management System», con un monitoreo y control constante de la misma.
Su diseño
Cada marca fabrica la batería de forma diferente, utilizando diferentes compuestos químicos o incorporando las celdas de batería de diferentes formas, etc.
Estas baterías son más o menos sensibles a los cambios de temperatura, a la sobrecarga, a las descargas excesivas, etc, y para prolongar su vida lo más posible, estas condiciones deben ser monitoreadas y controladas cuidadosamente.
El diseño del BMS depende en gran medida al diseño de la batería, normalmente consta de un controlador de administración de celda (en inglés «a cell management controller» – CMC), un circuito integrado de monitoreo de la batería (en inglés «a battery monitoring integrated circuit» – BMIC) y un controlador de administración de batería (en inglés «a battery management controller» – BMC).
Dependiendo del vehículo eléctrico en el que este montado, se pueden agregar varios microcontroladores inteligentes para monitorear y controlar diferentes tareas específicas de cada fabricante, cada BMS debe poder monitorear no solo la batería, sino también a sí mismo y según la información recibida del CMC, BMIC y BMC debe poder analizar y determinar si las alarmas o avisos son reales y asi poder ejercer su función.
En estas imágenes mostramos diferentes tipos de BMS en función de la batería que tengan a su cargo.
Principales funciones
Controlar la carga
La carga es uno de los momentos más críticos en la vida de una batería, en el momento de la carga normalmente podemos hacerlo de dos maneras distintas, con corriente alterna que es la que tenemos en un enchufe normal de casa o en corriente continua que es la usada en las cargas superrápidas y ultrarrápidas.
En carga con corriente alterna, el propio vehículo dispone de un sistema que regula la carga y convierte esa corriente alterna en continua, pero en el caso de hacer una carga de alta potencia en corriente continua el BMS es el encargado de gestionar la tensión en la batería y sus celdas.
Determinar el estado de carga de la batería
El BMS es el encargado de analizar e indicarle al conductor el Estado De La Carga (SOC, State of Charge), que es la relación entre la carga completa y la carga actual.
Pero determinar el estado de carga no es tan simple como parece, en realidad, es uno de los problemas más complicados en el desarrollo de sistemas BMS, ya que para mantener el estado óptimo de las baterías el BMS debe calcular y medir constantemente un gran número de parámetros y vigilar el estado de las celdas para poder darnos la estimación de la carga de la batería, cuánto estamos consumiendo y cuantos kilómetros podremos recorrer.
Medir y calcular el estado de salud
El BMS también es el responsable de controlar el estado de Salud de la batería, esto se determina midiendo la diferencia entre una bateria nueva y el estado actual de la misma, la capacidad de la batería se reduce con el tiempo de uso y otros factores, en este sentido, el BMS monitoriza y recalcula los ciclos de recarga y el estado de salud para poder indicarnos con bastante precisión la autonomía con cada recarga.
Muchos estudios coinciden en que la salud de la batería se ve afectada por la temperatura, la corriente de carga, el número de ciclos de carga y otros factores, sin embargo, no todos los procesos de la batería se realizan completamente, por lo que no existen métodos precisos para determinar el estado de salud al cien por cien.
Equilibrio o balanceo de carga
Controlar el equilibrio o balanceo de la carga y descarga de las celdas individuales es un gran rompecabezas que todo BMS debe resolver, pero es una de las funciones más importantes de la que depende mucha de la vida útil de la batería.
Algunas celdas tienen una capacidad un poco mayor o menor, las celdas de batería que tienen una capacidad menor se descargan más rápido y también se destruyen más rápido, mientras que la capacidad de otras celdas permanece sin usar, durante la carga, las celdas más débiles se cargan primero y las demás solo se cargan parcialmente.
Balancear la carga y descarga de las celdas individuales aumenta significativamente la capacidad general ya que protege las celdas más débiles, para que no hagan cortocircuito, tengan fugas, etc, lo que podría dañar toda la batería.
Imágenes de lo que seria una gráfica de diferentes balances de celdas en distintas baterías.
Registrar, grabar y comunicar
En comparación con las funciones anteriores, el registro, la grabación y la comunicación es una función relativamente fácil, debido a que la salud de la batería es una cantidad relativa, el BMS necesita almacenar datos del funcionamiento y las características de la batería anteriores para poder compararlas con valores nuevos, gracias a esto, permite la evaluación del funcionamiento de la batería, así como su diagnóstico.
Conclusión
Se podría decir que el BMS se trata de un complejo cerebro electrónico cuya principal misión es que la batería funcione de modo eficiente , alargar su vida útil lo máximo posible e informar al conductor de las indicaciones necesarias para saber su estado en cada momento.
Fotografía en la que se ve la posición de montaje de un sistema BMS en un vehículo eléctrico.
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