Una celda de litio estándar es de 3,2 V. Para convertir estas celdas individuales en una batería segura de 12/24 o 48 V, se requiere un sistema de administración de baterías de litio o BMS. Un BMS es una placa de circuito que tiene una conexión con las celdas y monitorea la batería en general. Por razones de seguridad, el BMS debe asegurarse de que las celdas siempre funcionen dentro de los límites conocidos y responder activamente si se infringen estos límites.
Por qué se necesita un sistema de administración de batería (BMS):
Cargando
Si las celdas de litio se sobrecargan, se acortará su vida útil o quizás se dañen permanentemente. Entonces, con una batería LiFePO4 (fosfato de hierro y litio) cuyo voltaje nominal es de 3,2 voltios, nunca debe cargarlas por encima de los 3,65 voltios y es mejor tener algo en el sistema que apague el cargador cuando alcancen un voltaje de carga máximo de 3,65 voltios Del mismo modo, con una batería LiNCM o LiMn204 (Lithium Polymer) cuyo voltaje nominal es de 3,7 voltios, nunca debe cargarlas por encima de los 4,2 voltios y es mejor tener algo en el sistema que apague el cargador cuando alcancen un voltaje máximo de carga. de 4,2 voltios.
Descargando
Por el contrario, una batería de litio LiFePO4 no se puede descargar por debajo de 2,4 voltios sin dañar las celdas. Por lo tanto, debe haber algún mecanismo en el sistema que se acelere automáticamente y finalmente apague el paquete de baterías en caso de una condición de descarga que baje de 2.4 voltios. Si ese mecanismo no está en su lugar, corre el riesgo de dañar algunas de las baterías de su paquete. Este sistema se conoce comúnmente como Sistema de administración de batería o BMS o, en el caso de algunos paquetes de baterías más pequeños, como en una bicicleta, PCM. Un PCM (módulo de circuito de protección), que a menudo se denomina PCB (placa de circuito de protección), es un sistema pasivo que funcionará mejor con voltajes de menos de 96 voltios y corrientes máximas que nunca superen los 200 amperios.
Equilibrado
Tener varias baterías conectadas entre sí para almacenar energía eléctrica es algo así como tener un barril hecho de duelas de madera de longitud variable que almacena agua. Algunas baterías aceptarán una carga mejor que otras baterías en la cadena. Cuando alcanzan un voltaje predeterminado como 3,65 para las baterías LiFePO4, entonces tiene que haber una forma de desviar la corriente de la batería con la carga más alta y evitar que se sobrecargue mientras sus baterías más débiles en la misma cadena se ponen al día. Para simplificar, he usado la analogía del almacenamiento de agua en un barril de madera y muestro las duelas más largas como las baterías buenas, mientras que las duelas más cortas representan las baterías más débiles. Esta es la tercera función de un BMS. Un buen BMS equilibrará todas las baterías para que alcancen la carga completa en aproximadamente el mismo tiempo. Esto podría mostrarse como un barril que tiene todas las duelas del mismo largo. Los sistemas BMS pasivos contienen grandes redes de resistencias que simplemente redirigen la corriente de carga a través de la red de resistencias y queman el exceso de energía mientras el resto de las celdas más débiles alcanzan su nivel de voltaje de recarga total.
Los sistemas BMS baratos no hacen esto, simplemente apagan el cargador cuando la primera batería se acerca a los 3,65 voltios. Con esos sistemas, la batería aún podría cargarse con una mayor cantidad de energía, pero no hay forma de que estos sistemas económicos permitan que eso suceda. Por lo tanto, puede perder hasta el 20% de la capacidad potencial total de los paquetes de baterías por el ahorro de unos pocos dólares al comprar el sistema BMS. En los vehículos de motor, eso puede suponer una gran pérdida de autonomía.
La cuarta función de BMS se refiere a la protección y el equilibrio de las baterías para que no se descarguen en exceso.Si las baterías de alguna manera no están equilibradas de modo que todas las duelas sean iguales, lo que hará un sistema BMS correctamente diseñado, cuando la batería se descargue, la batería más débil, representada en mi ilustración por la duela más corta en el barril, alcanzará su punto máximo. punto de cierre de descarga total por delante del resto del paquete Un buen sistema BMS mantendrá todas las celdas equilibradas para que el voltaje de celda más débil con una batería LiFePO4 no baje de 2.4 voltios mientras que las otras baterías pueden agotar su energía. Del mismo modo, un buen sistema BMS también mantendrá todas las celdas equilibradas en una batería de polímero de litio para que el voltaje de la celda más débil no baje de 2,8 voltios mientras que las otras baterías pueden agotar su energía. Un BMS bien diseñado asegurará que todas las baterías sean casi iguales en el almacenamiento y descarga de energía de manera uniforme. La última función de un buen sistema BMS es monitorear y controlar las temperaturas dentro de las celdas o el paquete total. Muchas sustancias químicas de litio, como el cobalto de litio, pueden incendiarse espontáneamente si se sobrecargan o descargan. Los incendios de metales son extremadamente calientes y el agua o incluso las espumas contra incendios por sí solas no extinguirán las llamas. De todas las sustancias químicas del litio, el fosfato de hierro y litio (LiFePO4) es el menos volátil y, en teoría, no entrará en combustión. Sin embargo, el calor extremo puede dañar y acortar la vida útil de todas las celdas de litio. Un buen sistema BMS controlará las temperaturas dentro de un paquete y apagará el paquete o reducirá la descarga o la corriente de carga para que las celdas nunca lleguen a un punto de sobrecalentamiento.
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