Cos’è il BMS nelle Batterie e Come Funziona?

Le batterie sono formate collegando celle (come celle al litio-ion) in pacchi, consentendo la costruzione di moduli con praticamente qualsiasi configurazione. Tuttavia, l’aspetto chiave nell’uso di queste batterie, simili alle batterie al litio-polimero, rimane i parametri appropriati di carica e funzionamento. Ecco perché i sistemi BMS sono parte integrante di tali batterie.

Come Funziona il Sistema BMS?

BMS sta per Battery Management System, ovvero sistema di gestione della batteria. Il suo funzionamento può essere paragonato al funzionamento di un cervello, che, basandosi sui dati raccolti, prende decisioni riguardanti la gestione delle singole celle. In questo modo, protegge la batteria non solo dal surriscaldamento, ma anche dall’eccessiva sfruttamento.

Nella pratica, il sistema BMS monitora i parametri chiave delle celle. Se la batteria è composta da diverse, o addirittura centinaia di celle, un sistema BMS dedicato controlla ciascuna di esse individualmente. Sulla base delle informazioni ottenute, il sistema di gestione della batteria gestisce la carica e la scarica delle celle, e può anche bilanciarle, come discusso più avanti nel testo.

Inoltre, il sistema BMS comunica con il dispositivo a cui è collegata la batteria, fornendo informazioni sul suo livello di carica o condizione.

Funzioni dei Sistemi di Gestione della Batteria

Le funzioni dei sistemi BMS consentono un utilizzo sicuro ed efficiente delle batterie, sia durante la scarica che durante la carica. A tal fine, il sistema di gestione della batteria:

• controlla la tensione delle singole celle nel modulo,
• monitora la temperatura della batteria,
• protegge da sovraccarica e scarica eccessiva,
• protegge da correnti di carica troppo alte e troppo basse,
• può bilanciare singole celle,
• protegge da cortocircuiti,
• fornisce dati SoC/SoH (Stato di Carica – livello di carica; Stato di Salute – salute della batteria),
• limita l’autoscarica di una batteria non utilizzata,
• consente la comunicazione con dispositivi alimentati per ottimizzare il processo di scarica della batteria.

Tutti i Tipi di Sistemi BMS

Anche se i sistemi BMS sono quasi altrettanto comuni delle batterie al litio-ion, non tutti sanno che vengono utilizzati vari tipi. Abbiamo sistemi di gestione della batteria installati al di fuori delle batterie e nel modulo della batteria (di solito posizionato sopra le celle).

Quest’ultimo è il metodo più utilizzato quando la batteria viene rimossa dal dispositivo per la ricarica o viene trasferita tra dispositivi. Il BMS nelle batterie per biciclette elettriche e batterie per monopattini elettrici è racchiuso nel contenitore della batteria.

Inoltre, i sistemi BMS sono anche divisi in base al loro funzionamento in passivo e attivo. Le differenze tra questi tipi sono più facili da spiegare usando l’esempio del bilanciamento delle celle.

Come Bilancia il BMS le Celle?

Il bilanciamento, o equalizzazione, si rivela necessario per i moduli composti da almeno tre celle. A causa del fatto che anche le celle dello stesso produttore possono differire per capacità, impedenza o caratteristiche di temperatura, di solito raggiungono diversi livelli di carica. Questo influisce sulla capacità totale della batteria: in parole semplici, la batteria è capace quanto la sua cella più debole. Pertanto, vengono utilizzati circuiti di bilanciamento speciali, che bilanciano i livelli di carica di tutte le celle. Questi circuiti, inclusi nei sistemi BMS, possono operare in modo passivo o attivo.

Bilanciamento Passivo delle Celle

I sistemi di bilanciamento passivo delle celle sono costruiti, tra le altre cose, con un microcontrollore che, utilizzando un convertitore A/C collegato tramite un multiplexer a ogni cella, monitora la sua tensione. Quando supera significativamente un livello impostato, la cella viene collegata a una resistenza interna per lo scarico. Questo processo durerà fino a quando la cella sovraccarica raggiunge la tensione delle celle rimanenti. Quindi, la ricarica dell’intera batteria viene ripresa.

Il bilanciamento passivo ha una bassa efficienza e limita ulteriormente la capacità totale della batteria perché è necessario adattare il livello di carica delle celle alla capacità della più piccola. Inoltre, il bilanciamento passivo opera solo durante la ricarica della batteria, quindi non protegge la batteria durante il funzionamento o durante l’aut.