El BMS es el cerebro de la batería de Ion-litio. Una adecuada elección del mismo determinará la vida y el rendimiento de tu batería de litio.
El BMS (Battery Management System) es el Sistema de Gestión de Batería (SGB) y puede ser más o menos complejo según su aplicación. Los objetivos más importantes de un BMS son:
- Proteger las celdas de la batería de sufrir daños.
- Prolongar la vida útil de la batería.
- Mantener la batería preparada para satisfacer la demanda energética que se le precise.
Para alcanzar estos objetivos, el BMS debe realizar una serie de funciones que gestionan todo el funcionamiento de la batería de forma eficiente para su uso en la aplicación para la que ha sido fabricada (carretillas elevadoras, coche de golf, plataformas de elevación, etc.)
De esta forma, las funciones principales del BMS son:
- Monitorización de las celdas
- Control de la carga y la descarga
- Determinación de estados
- Proteger la batería
- Equilibrado de celdas
- Diagnóstico y evaluación de fallos
- Comunicación con otros dispositivos
1. Monitorización de las celdas: Las baterías para carretillas están formadas por decenas de celdas agrupadas en serie y en paralelo, siendo el comportamiento de cada una de ellas diferente del de las demás; esto se debe entre otros factores a diferencias en su fabricación o a las diferentes temperaturas a la que estén sometidas según en qué parte de la batería se encuentren. En función de la química de las celdas de Ion-Litio, pueden ser muy sensibles cuando trabajan fuera de su rango de temperatura, tensión e intensidad. Por todo ello se requiere una monitorización en todo momento de todos los parámetros de la batería para saber si está funcionando correctamente y dentro de los parámetros aceptables establecidos por el fabricante o hay que activar algún mecanismo para corregir estos valores y evitar situaciones no deseadas en las celdas de litio.
2. Control de la carga y la descarga. Los procesos de carga y descarga en las baterías de litio determinarán su rendimiento, su capacidad y su durabilidad. La principal razón es el carácter exotérmico de las reacciones químicas que se producen en el interior de las celdas. Al someter a una batería a un proceso de carga/descarga con parámetros superiores a las especificaciones del fabricante de las celdas las reacciones químicas se aceleran, y estas generan más calor, lo que aumenta la temperatura y ésta, a su vez, acelera las reacciones químicas lo que podría provocar un círculo vicioso de incremento de temperaturas y de reacciones químicas. Para evitar que suceda, el fabricante de las celdas indica para cada tipo de celda los valores máximos de tensión y corriente a los que puede trabajar en los procesos de carga y de descarga. Es el BMS el que se encarga de controlar que los parámetros establecidos se cumplan.
El método de carga más habitual es el CCCV que consiste en aplicar una corriente constante mientras la tensión de la batería va aumentando hasta que llega a su tensión máxima. En este momento, pasa de corriente constante a tensión constante, reduciendo la corriente lentamente hasta que carga completamente.
Es muy importante controlar el proceso de descarga de modo que no se sobrepasen los valores especificados por el fabricante y que se gestione la entrega de energía de manera óptima. Así, se puede maximizar el rendimiento de la batería reduciendo las pérdidas energéticas y ampliando la cantidad de energía capaz de proporcionar sin comprometer la salud de la batería.
3. Determinación de estados. Los estados de la batería son:
- SoC (State of Charge, Estado de carga)
- SoH (State of Health, Estado de salud)
- SoF (State of Function, Estado de Funcionamiento). Mide cómo se comportará la batería en función de las condiciones de trabajo. Más adelante explicaremos más detalladamente este concepto.
4. Proteger la batería. Cuando detecta que una celda o grupo de ellas comienza a trabajar en un rango (voltaje, temperatura, etc.) en el que pone en riesgo la integridad y durabilidad de la batería, procede a la desconexión de la batería. Ejemplo práctico es que un grupo de celdas se desconecte del resto por una rotura de un cable, la BMS desconectaría la totalidad de la batería.
5. Equilibrado de celdas. Las celdas durante los procesos de carga y descarga tienden a hacerlo de forma desigual, adquiriendo voltajes diferentes unas de otras. Estas diferencias de voltaje producen efectos nocivos en las celdas, reduciendo la vida de las mismas. El BMS consta de circuitos de igualación que fuerzan a que todas las celdas tengan voltajes dentro de un mismo rango. Más adelante entraremos en más detalle sobre estos circuitos.
6. Diagnóstico y evaluación de fallos. Las batería pueden sufrir diversos tipos de problemas como son: sobrecarga de celdas, sobrecalentamiento, desequilibrio de celdas, cortes en los circuitos, averías o roturas en componentes eléctricos auxiliares, demandas excesivas de intensidad, accidentes como poner en corto la batería o enchufarla a un cargador no adecuado, etc. Por ello, el BMS debe reaccionar ante estos eventos protegiendo la batería y almacenando un reporte de los mismos.
7. Comunicación con otros dispositivos. A las baterías industriales de litio se les pide sean capaces de comunicarse. Las comunicaciones más atípicas son:
- Enviar información de su estado al exterior. Se envía:
- A una pantalla para su visualización por un operador.
- A la máquina donde está montada la batería para que esta tome decisiones, como por ejemplo ir al punto de carga o avisar a un operador.
- Al exterior del sistema (la nube), para que alguien de forma remota pueda supervisar el funcionamiento de la misma.
- Comunicarse con el cargador para dirigir la carga.