¿Qué es el BMS en las baterías y cómo funciona?

Las baterías se fabrican conectando celdas (como las de iones de litio) en paquetes, lo que permite construir módulos de prácticamente cualquier configuración. Sin embargo, el problema clave en el uso de estas baterías, al igual que las baterías de polímero de litio, sigue siendo los parámetros adecuados de carga y operación. Y es precisamente por eso que los sistemas BMS son una parte integral de estas baterías.

¿Cómo funciona el sistema BMS?

BMS significa Sistema de Gestión de Batería, que es un sistema de gestión de batería. Su funcionamiento se puede comparar con el funcionamiento de un cerebro, que, basado en datos recopilados, toma decisiones sobre el manejo de las células individuales. De esta manera, protege la batería no solo del sobrecalentamiento, sino también de una explotación demasiado intensa.

En la práctica, el funcionamiento del BMS implica monitorear los parámetros clave de las células. Si la batería consta de varias, o incluso varias cientos de células, un sistema BMS dedicado controla cada una de ellas por separado. Con base en la información obtenida, el Sistema de Gestión de Batería administra la carga y descarga de las células, también puede equilibrarlas, lo que discutiremos más adelante en el texto.

Además de esto, el sistema BMS se comunica con el dispositivo al que está conectada la batería, proporcionando información sobre su nivel de carga o estado.

Funciones de los sistemas de Battery Management System

Las funciones de los sistemas BMS permiten el uso seguro y eficiente de las baterías, tanto durante la descarga como durante la carga. Para este propósito, el Sistema de Gestión de Batería:

• controla el voltaje de las células individuales en el módulo,
• monitorea la temperatura de la batería,
• protege contra la sobrecarga y la descarga excesiva,
• protege contra una corriente de carga demasiado alta y demasiado baja,
• puede equilibrar células individuales,
• protege contra cortocircuitos,
• proporciona datos de SoC/SoH (Estado de Carga – nivel de carga; Estado de Salud – estado de la batería),
• limita la autodescarga de la batería no utilizada,
• permite la comunicación con dispositivos alimentados para optimizar el proceso de descarga de la batería.

Todos los tipos de sistemas BMS

Aunque los sistemas BMS son casi tan comunes como las baterías de iones de litio, no todos saben que se utilizan diferentes tipos. Así que tenemos Sistemas de Gestión de Batería instalados fuera de las baterías, así como en el módulo de la batería (generalmente en una posición sobre las células).

Esta última solución se utiliza más comúnmente cuando la batería se retira del dispositivo para cargarla o se transfiere entre dispositivos. El BMS en las baterías de bicicletas eléctricas y baterías para scooters eléctricos está encerrado dentro del paquete de la batería.

Además, los sistemas BMS también se dividen en tipos pasivos y activos según su funcionamiento. Las diferencias entre estos tipos se pueden explicar mejor con el ejemplo del equilibrio de celdas.

¿Cómo equilibra el BMS las celdas?

El equilibrado, o equilibrio de celdas, resulta necesario para los módulos compuestos por al menos tres celdas. Debido a que incluso las celdas del mismo fabricante pueden diferir en capacidad, impedancia o características de temperatura, típicamente alcanzan diferentes niveles de carga. Esto afecta la capacidad total de la batería: en términos simples, la batería es tan capaz como su celda más débil. Por lo tanto, se utilizan circuitos de equilibrio especiales para equilibrar los niveles de carga de todas las celdas. Estos circuitos, que son parte de los sistemas BMS, pueden operar de forma pasiva o activa.

Equilibrado de celdas pasivo

Los circuitos de equilibrado de celdas pasivas están construidos, entre otras cosas, con un microcontrolador, que monitorea el voltaje de cada celda utilizando un convertidor A/D conectado a través de un multiplexor. Cuando excede significativamente el nivel establecido, la celda se conecta a una resistencia interna para la descarga. Este proceso continuará hasta que la celda sobrecargada alcance el voltaje de las celdas restantes. Luego se reanuda la carga de toda la batería.

El equilibrado pasivo tiene una eficiencia baja y además limita la capacidad total de la batería porque es necesario ajustar el nivel de carga de las celdas a la capacidad de la más pequeña. Además, el equilibrado pasivo opera solo durante la carga de la batería, por lo que no la protege durante el uso o durante la autodescarga, que ocurre naturalmente en una batería no utilizada.

Equilibrado de celdas activo

En lugar de descargar (perder) carga en exceso en una resistencia, en los sistemas de equilibrado activo, se transfiere a otras celd