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Papel de los sistemas de gestión de baterías en la seguridad de las baterías

19 de diciembre de 2023

Un dato alarmante revela que dos tercios de los incendios de baterías de vehículos eléctricos ocurrieron cuando el vehículo estaba estacionado. La seguridad de las baterías no solo es crucial durante la operación del vehículo, sino también cuando está inactivo. Por eso hoy hablaremos de la importancia crítica de los Sistemas de Gestión de Baterías (BMS, por sus siglas en inglés).

El papel de los sistemas de gestión de baterías (BMS)

Un BMS, o Sistema de Gestión de Baterías, es como el «cerebro» de una batería, especialmente en vehículos eléctricos. Su función principal es supervisar y controlar diferentes aspectos de la batería para garantizar su funcionamiento seguro y eficiente. 

Imagina algo así como un cerebro de una batería, que es capaz de medir, controlar, etc. Sobre todo, asegura la seguridad mediante la toma de decisiones. Todo ello marca la diferencia en la seguridad de todo el sistema.

Por un lado, controla la temperatura de la batería para evitar que se caliente demasiado, lo que puede ser peligroso. Además, también evita que la batería se cargue demasiado o se descargue demasiado, lo que podría dañarla.

Además, el BMS identifica cualquier problema o celda defectuosa dentro de la batería y toma medidas para evitar que afecte al resto. Y gracias al equilibrio de celdas, asegura que todas las celdas de la batería tengan niveles de carga similares. 

En definitiva, es una parte esencial para que los vehículos eléctricos y otros dispositivos alimentados por baterías operen de manera eficiente y segura.

En consecuencia, el sistema de gestión de baterías desempeña un papel crucial al tomar decisiones fundamentales para salvaguardar la integridad del sistema y manejar una gran cantidad de datos para ejecutar sus funciones. Sin embargo, la premisa de «cuantos más datos, mejor» no siempre es válida. Añadir sensores extra, algoritmos adicionales y lógica de sistemas complejos podría parecer una opción lógica para mejorar la toma de decisiones, pero en ocasiones puede dar resultados contraproducentes. 

Muchos datos no equivalen a mejores decisiones

Tomar decisiones implica un proceso detallado de gestionar y analizar datos. Sin embargo, este proceso enfrenta desafíos importantes:

  • Mayor procesamiento implica decisiones más lentas y menos precisas.
  • Problemas en el tráfico de datos pueden dar lugar a retrasos y posibles errores.
  • Más sensores no garantizan mejores decisiones; la clave está en un enfoque cualitativo para la adquisición de datos.
  • El diseño del hardware BMS es clave que esté alineado con los datos, así se pueden tomar mejores decisiones

En definitiva, se trata de priorizar datos estratégicos sobre el volumen. Demasiados datos a veces son peores que datos insuficientes, lo importante es la calidad.

¿Todos los incendios de baterías se deben o están directamente relacionados con el BMS?

Si bien el BMS es crucial para prevenir situaciones peligrosas durante la carga, otros factores como defectos en las celdas, impactos mecánicos, o problemas externos también pueden desencadenar incendios. Es esencial considerar diversos factores y llevar a cabo un análisis detallado para determinar la causa exacta de un incendio de batería.

¿Por qué investigar el equilibrio de celdas como causa del descontrol térmico?

Si algunas celdas reciben más carga que otras durante el proceso de carga o descarga, pueden sobrecalentarse. Este descontrol térmico puede provocar la degradación de la batería, fallos en las celdas e, incluso, aumentar el riesgo de incendio.

Por lo tanto, comprender y corregir el equilibrio de celdas es esencial para mantener la estabilidad térmica y la seguridad de la batería en aplicaciones como vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.

El equilibrio de celdas es un proceso fascinante en el que se cargan para alcanzar niveles uniformes. Visualízalo como dos vasos, uno rebosante y otro lleno hasta el 95% de su capacidad. ¿Cómo logramos que ambos tengan el mismo porcentaje de llenado? ¡Con equilibrio! 

El equilibrio celular se logra mediante métodos pasivos, activos o híbridos, controlados por el sistema de gestión de baterías (BMS). El equilibrio activo bombea corriente, el pasivo utiliza resistencias para igualar las cargas y el híbrido combina ambas técnicas. La elección adecuada de corriente de equilibrio es crucial para evitar problemas como la sobrecorriente o el envejecimiento irregular.

El diseño meticuloso del modo de equilibrio es esencial para evitar situaciones problemáticas, especialmente en aplicaciones no automotrices que carecen de regulaciones estrictas. 

La implementación debe considerar las características específicas de cada celda, ya que no todas se comportan de la misma manera. El equilibrio se realiza en reposo o entre ciclos de carga, lo que implica que cualquier evento no monitoreado a tiempo por el BMS podría causar problemas térmicos.

Cada diseño de circuito es único, dependiendo de la selección de celdas y la estrategia de implementación del BMS. Descuidar la calidad o tomar atajos en las pruebas puede tener consecuencias graves.

¿Qué factores afectan el diseño de BMS?

Cantidad y Calidad

La cantidad y calidad de los sensores utilizados para monitorear las celdas es una decisión crucial, y varios factores influyen en esta elección. Es esencial considerar aspectos como la capacidad de adaptación, la tolerancia, el alcance y la sensibilidad inherentes a cada sensor.

Frecuencia de Carga de Datos

La frecuencia de carga de datos en el BMS debe ser cuidadosamente sopesada. La velocidad con la que se actualizan los datos impacta directamente la capacidad del sistema para adaptarse a cambios en las condiciones de la batería en tiempo real. La elección de una frecuencia de carga adecuada asegura una respuesta rápida y eficiente del BMS ante las variaciones en el estado de la batería.

Algoritmos + Datos de Celda + Especificación del Sistema

El diseño del BMS se apoya en algoritmos avanzados, datos específicos de cada celda y las especificaciones del sistema. La selección de algoritmos eficaces determina cómo se procesan y utilizan los datos, mientras que la información detallada de cada celda es esencial para comprender su estado individual. Además, la integración armoniosa con las especificaciones del sistema general es crucial para garantizar un rendimiento coherente y eficiente del BMS.

Equilibrando la Velocidad de Procesamiento con el Ancho de Banda

El diseño del BMS implica encontrar un equilibrio preciso entre la velocidad de procesamiento y el ancho de banda disponible (tráfico CAN). La velocidad de procesamiento ágil es esencial para una respuesta rápida y eficiente, mientras que el ancho de banda determina la velocidad de transferencia de datos entre diferentes componentes del sistema. Lograr una armonización efectiva de estas variables es fundamental para el rendimiento óptimo del BMS.

Conclusión

La seguridad de las baterías es una preocupación fundamental, no solo para garantizar un rendimiento óptimo de los vehículos, sino también para abordar las preocupaciones ambientales y de seguridad asociadas con la tecnología de baterías. Con el crecimiento de la adopción de vehículos eléctricos, la implementación efectiva de BMS se vuelve crucial. ¿El objetivo? Mitigar riesgos, asegurar la confiabilidad y prolongar la vida útil de las baterías. En última instancia, se trata de contribuir a la sostenibilidad y seguridad en el panorama de la movilidad eléctrica.

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