Debido a las características inherentes de las baterías de litio, es esencial incorporar un Módulo de Circuito de Potencia (PCM) o un Sistema de Gestión de Baterías (BMS). El uso de baterías sin módulos de protección ni sistemas de gestión está estrictamente prohibido, ya que representan importantes riesgos para la seguridad. En los sistemas de baterías, la seguridad debe ser siempre la máxima prioridad.
Sin la protección o gestión adecuadas, las baterías pueden sufrir una reducción de su vida útil, daños o incluso una explosión. Los módulos de circuito de potencia (PCM) se utilizan principalmente en productos de consumo como teléfonos móviles y ordenadores portátiles. Sistemas de gestión de baterías (BMS) Se aplican principalmente a las baterías de alimentación en sistemas a gran escala como vehículos eléctricos, bicicletas eléctricas y almacenamiento de energía.
Las funciones principales del módulo de control del motor (PCM) incluyen la protección contra sobrecarga (OVP), la protección contra sobredescarga (UVP), la protección contra sobretemperatura (OTP) y la protección contra sobrecorriente (OCP). Si se produce alguna anomalía, el sistema se apaga automáticamente para garantizar su seguridad.
Las funciones principales de un Sistema de Gestión de Baterías (BMS) incluyen no solo características de protección fundamentales para el sistema, sino también la medición del voltaje, la temperatura y la corriente de la batería; el balance de energía; el cálculo y la visualización del estado de carga (SOC); alarmas de fallas; la gestión de carga/descarga; y la comunicación. Algunos sistemas BMS integran además la gestión térmica, el calentamiento de la batería, el análisis del estado de salud (SOH) y la medición de la resistencia de aislamiento.
- 1. Protección de la batería de litio
Al igual que el PCM, ofrece protección contra sobrecargas, sobredescargas, sobrecalentamiento, sobrecorriente y cortocircuitos. Para baterías estándar de litio-manganeso y ternario baterías de litio, El sistema interrumpe automáticamente el circuito de carga o descarga si el voltaje de alguna celda supera los 4,2 V o cae por debajo de los 3,0 V. Si la temperatura de la batería excede su rango de funcionamiento o la corriente excede el límite de descarga de la batería, el sistema interrumpe automáticamente el circuito eléctrico para garantizar la seguridad de la batería y del sistema.
- 2. Balance energético
El conjunto de baterías, compuesto por numerosas celdas conectadas en serie, presentará variaciones significativas en su rendimiento tras un funcionamiento prolongado. Estas discrepancias se deben a inconsistencias inherentes entre las celdas y a variaciones en las temperaturas de funcionamiento, lo que afecta considerablemente la vida útil de la batería y el rendimiento del sistema. El balance energético corrige estas diferencias entre celdas mediante la gestión activa o pasiva de la carga y descarga, garantizando la consistencia de las celdas y prolongando la vida útil de la batería.
En la industria, existen generalmente dos tipos de métodos de equilibrado: el equilibrado pasivo y el equilibrado activo. El equilibrado pasivo logra el equilibrio principalmente disipando el exceso de carga mediante resistencias, mientras que el equilibrado activo transfiere carga de las baterías con mayor nivel de carga a las de menor nivel mediante condensadores, inductores o transformadores. En la tabla siguiente se muestra una comparación entre el equilibrado pasivo y el activo.
| Artículo de comparación | ecualización pasiva | equilibrio activo |
| Método de equilibrio | Disipación de resistencia | Transferencia de inductancia |
| Eficiencia de equilibrio | Bajo | Alto |
| Madurez de la solución | Maduro | Más maduro |
| Complejidad del sistema | Bajo | Alto |
| Costo del sistema | Bajo | Alto |
Debido a la relativa complejidad y al mayor coste de los sistemas de ecualización activa, la ecualización pasiva sigue siendo el enfoque predominante.
- 3. Computación SOC
El cálculo de la capacidad de la batería es un componente crítico del BMS, ya que muchos sistemas requieren un conocimiento relativamente preciso de la carga restante. Gracias a los avances tecnológicos, se han desarrollado numerosos métodos para el cálculo del SOC (estado de carga). Para aplicaciones con menores requisitos de precisión, la capacidad restante se puede estimar a partir del voltaje de la batería. Los métodos más precisos incluyen principalmente la integración de corriente (también conocida como método Ah), donde Q = ∫i dt, así como métodos de resistencia interna, redes neuronales y filtros de Kalman. El método de integración de corriente sigue siendo el estándar de la industria.
- 4. Comunicaciones
Los distintos sistemas tienen diferentes requisitos para las interfaces de comunicación, siendo las opciones más comunes SPI, I2C, CAN y RS485. Entre ellas, los sistemas de automoción y almacenamiento de energía utilizan principalmente CAN y RS485.