Hablar de baterías de litio a menudo va de la mano de la abreviatura BMS, que se refiere al sistema de gestión de baterías en inglés (Battery Management System). A pesar de su importancia, muchas personas desconocen su función y significado. En este artículo explicaremos qué es el BMS en baterías de litio y cuál es su función en el balanceo de celdas.
¿Qué es un BMS de batería de litio?
La importancia de este sistema en el balanceo de celdas
Aunque las baterías de litio ofrecen muchas ventajas en comparación con las baterías tradicionales gracias a su alto rendimiento, también presentan un punto débil. ¿Cuál es? La dificultad de equilibrar las celdas y garantizar la uniformidad de producción de energía de una celda a otra.
Esto puede suponer diferencias en tres aspectos:
- Capacidad nominal
- Resistencia interna
- Autodescarga
Con el tiempo o el propio uso, estas diferencias pueden desequilibrar las celdas dentro de la batería, generando una discrepancia de entre el 3% y el 6% según las condiciones de uso y los ciclos de carga/uso de la batería de litio.
Cuando una batería de litio se desequilibra, significa que las celdas que la componen no tienen la misma carga o estado de carga. Esto puede provocar que algunas celdas se descarguen más rápido que otras, lo que puede reducir la capacidad total de la batería, disminuir su rendimiento y acortar su vida útil. Sin un sistema de balanceo de celdas adecuado, la diferencia entre las celdas puede aumentar cada vez más, hasta agotar gradualmente la capacidad de carga disponible.También puede provocar daños en la batería o incluso causar situaciones de peligro, como un incendio o una explosión, especialmente si la batería está sometida a cargas y descargas muy intensas. Por lo tanto, es importante contar con un sistema de balanceo adecuado que mantenga la batería equilibrada y en buenas condiciones para garantizar su eficiencia y seguridad.
Debido a que las celdas dentro de una batería de litio están conectadas en serie, todas se cargan y descargan al mismo nivel de energía. Sin embargo, si no se dispone de un sistema de balanceo de celdas adecuado, las diferencias entre las celdas pueden aumentar con el tiempo, lo que disminuirá gradualmente la capacidad total de la batería. Por lo tanto, la primera función de un BMS en una batería de iones de litio es el equilibrio de celdas.
Baterías de iones de litio: BMS y balanceo de celdas
¿Cómo afecta un BMS convencional al equilibrio?
Un BMS común soluciona el desequilibrio aplicando resistencia a las celdas con una carga más alta, hasta que las celdas más débiles alcanzan ese mismo nivel.
Veamos los pros y los contras de usar esta tecnología:
PROS
- El uso de BMS común es rentable: gracias a su arquitectura simple, ayuda a mantener bajo el costo de la electrónica.
CONTRAS
- Extremadamente lento durante el equilibrio.
El proceso de equilibrado con un sistema convencional es extremadamente lento debido a la baja corriente aplicada (generalmente entre 0,1 A y 1 A), lo que implica un tiempo de equilibrio de entre 6 y 12 horas. Por ejemplo, en una batería de 400 Ah, después de haber utilizado 300 Ah, un cargador de batería de 100 A tardaría 3 horas en restaurar la energía, pero se necesitarían entre 6 y 12 horas adicionales para equilibrarla. Esto da como resultado un tiempo total de carga de 9 a 15 horas.
- Reducción gradual de la energía disponible
El uso continuo de la batería antes de completar el proceso de equilibrio puede aumentar gradualmente la diferencia entre la celda con mayor carga y la de menor carga, lo que disminuye la capacidad nominal del paquete. Esto puede llevar a una disminución en el rendimiento de vehículos con dichas baterías de litio, ya que la celda con menor carga limita la descarga y la celda con mayor carga limita la carga.
- Altos costos de mantenimiento
El mantenimiento de baterías con BMS convencionales puede ser costoso ya que los elementos individuales no pueden ser reemplazados en el lugar, lo que a menudo resulta en la necesidad de enviar la batería de vuelta al fabricante, lo que implica altos costos de envío.
¿Cómo funciona el sistema de equilibrio en vías de patente de NCPOWER?
Empezaremos por explicar la diferencia entre el balanceo activo y pasivo, dos técnicas diferentes para equilibrar las celdas de una batería de iones de litio.
El balanceo pasivo se produce naturalmente cuando una batería está conectada en serie. Las celdas con una mayor carga transfieren la energía sobrante a las celdas con menor carga hasta que todas las celdas estén equilibradas. Este proceso es lento y puede tomar mucho tiempo.
Por otro lado, el balanceo activo se logra mediante el uso de circuitos electrónicos que monitorean el voltaje de cada celda y transfieren la energía de las celdas con mayor carga a las celdas con menor carga, logrando el equilibrio más rápidamente.
El balanceo activo es más efectivo y rápido que el pasivo y es utilizado en sistemas de gestión de baterías más avanzados.
Nuestro sistema de equilibrio de baterías, llamado NCPOWER System, es diferente de un BMS tradicional, ya que tiene la capacidad de equilibrar cada celda individualmente mediante un equilibrado combinado de tipo activo y pasivo, utilizando una corriente al menos 20 veces mayor.
Figura 1: Desequilibrio y equilibrio celular
PROS
- Balanceo activo y pasivo de alta potencia (20A)
- Tiempo de carga corto y predecible (tiempo de equilibrio inferior a 25 minutos)
- Apoyo activo para las células más débiles durante la descarga
- Control de temperatura completo, con 2 sensores en cada celda (50 sensores en una batería de 80V)
CONTRAS
- Aplicable solo en baterías de 5kWh y superiores, debido a que la electrónica es más costosa en este caso.
Otras funciones de un BMS en baterías de litio
Hasta aquí hemos podido ver la función principal de un BMS, el papel crucial que tiene y la diferencia entre el convencional y el de NCPOWER.
Con todo, aún hay más funciones que realiza este tipo de sistema y que son claves para las baterías de litio. Todo ello lo puedes ver en profundidad aquí.
