Cómo
influyen los sistemas de gestión de baterías en el rendimiento de los vehículos
eléctricos
Por: *Owais Ali
Jun 2022
En los últimos años, los vehículos eléctricos han mejorado en
rendimiento, confiabilidad y eficiencia. Las baterías utilizadas en los
vehículos eléctricos son cada vez más potentes y complejas. Por lo tanto, se
requiere un sistema de administración de baterías más avanzado para garantizar
que los vehículos eléctricos funcionen de manera segura, confiable y rentable.
Baterías para
vehículos eléctricos: requisitos y desafíos
El rendimiento robusto de un vehículo eléctrico exige un
ciclo de vida prolongado, una mayor densidad de potencia y una batería rentable.
En este sentido, las baterías de Li-ion destacan por su superior densidad
energética y de potencia y su largo ciclo de vida, y se están utilizando
prácticamente en coches totalmente eléctricos. Sin embargo, las baterías de
iones de litio tienen varios problemas, como ser vulnerables al
sobrecalentamiento y al desequilibrio térmico, lo que afecta el rendimiento y
la seguridad de los vehículos eléctricos. Es necesario instalar un sistema de
gestión de batería adecuado para aprovechar al máximo el vehículo eléctrico.
¿Qué es un sistema de
gestión de batería?
Un sistema de gestión de batería (BMS) es una estructura
electrónica que controla la carga y descarga de la batería, es responsable de
la seguridad de su funcionamiento, supervisa el estado de la batería y evalúa
los datos secundarios de rendimiento.
Papel de BMS en el
rendimiento de los vehículos eléctricos
El BMS proporciona un control individual del voltaje y la
resistencia de cada celda, determina la pérdida de capacidad debido al
desequilibrio y asegura la conexión/desconexión segura de la carga. La
funcionalidad de BMS mejora el modo de funcionamiento y la vida útil de las
baterías.
El BMS monitorea y regula el circuito de seguridad del
vehículo eléctrico. Cuando se detectan condiciones problemáticas como
sobretensión o sobrecalentamiento, el BMS alerta al usuario e inicia el
procedimiento correctivo predeterminado. Además de estas actividades, el BMS
monitorea la temperatura del vehículo eléctrico para optimizar el uso de
energía y se comunica con componentes y operadores específicos.
Sin un BMS, la gestión de energía de un vehículo eléctrico
será impredecible, lo que lo hará vulnerable a varios riesgos de seguridad que
podrían provocar fallas catastróficas, como un cortocircuito o una fusión
térmica de la batería. Por lo tanto, el BMS es vital para la seguridad y la
gestión eficiente de la energía de un vehículo eléctrico.
¿Cómo aumenta un BMS el rendimiento de los vehículos eléctricos?
El BMS es el principal responsable de monitorear los parámetros
de la batería. El extremo frontal analógico recopila datos para determinar el
estado de salud (SOH) de la batería, el estado de carga (SOC) y el equilibrio
de celdas. Esto mejora el rendimiento de un vehículo eléctrico. El BMS realiza
las siguientes funciones para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente
de los vehículos eléctricos.
Equilibrio celular
Debido a la inconsistencia entre las celdas de la batería,
siempre está presente un pequeño desequilibrio de voltaje. El circuito de
balanceo de celdas en BMS asegura el mismo nivel de descarga y carga de cada
celda para que algunas celdas no se sobrecarguen y destruyan. Equilibrar la
carga y descarga de las celdas individuales aumenta el rendimiento general, el
funcionamiento y la seguridad del vehículo eléctrico.
Estado de carga
El estado de carga (SOC) de la celda de una batería EV
indica la capacidad utilizable como un porcentaje de la capacidad nominal.
La evaluación SOC ayuda a determinar la disponibilidad de
energía de la batería y su vida útil. Existen tres métodos para determinar el
SOC: conteo de culombios, medición directa y una combinación de estas dos
técnicas.
Estado de salud
El estado de salud (SOH) mide el estado general de la
batería y su capacidad para lograr el rendimiento indicado en relación con una
batería nueva. El SOH de la celda podría determinarse utilizando cualquier
parámetro, como la conductancia o la impedancia de la celda, que se altera
considerablemente con el tiempo.
Comunicación
El BMS también facilita la comunicación de información al
conductor, por ejemplo, activando una alarma o informando el estado de carga,
así como a otros equipos a bordo, por ejemplo, para solicitar cambios en el
funcionamiento del vehículo en respuesta al estado de la batería. . BMS también
se puede usar para monitorear el diagnóstico y el rendimiento del vehículo
eléctrico o establecer parámetros del sistema.
Futuros desarrollos de los sistemas de gestión de baterías
Sistema de gestión de
batería inalámbrica
Se están desarrollando nuevos sistemas de gestión de
baterías EV en respuesta a las demandas de los consumidores y la sociedad de un
mejor rendimiento. El desarrollo de BMS inalámbrico es un área que ofrece
mejoras significativas en el costo y el rendimiento de los vehículos eléctricos.
Un BMS inalámbrico ayuda a reducir su tamaño y peso,
aumentando el rango de manejo y la economía del vehículo, y haciendo que el
vehículo eléctrico sea menos costoso de fabricar y operar.
BMS mejorado para
cargar rápidamente las baterías de vehículos eléctricos
La carga rápida es una innovación que emerge rápidamente y
se requiere con urgencia para los vehículos eléctricos, en particular los
autobuses y los vehículos que deben operar de manera continua. Un vehículo
eléctrico puede tardar muchas horas en cargarse por completo con la carga de CA
convencional, mientras que la carga rápida puede lograrlo en menos de 20
minutos.
Las baterías de carga rápida requieren una gestión de
batería más avanzada y evaluaciones precisas de las condiciones dentro de las
celdas de la batería para evitar la sobrecarga y el sobrecalentamiento.
La demanda de
sistemas de gestión de baterías
Con el aumento de la producción de vehículos eléctricos, la
demanda de BMS también ha aumentado. A pesar de la pandemia, aproximadamente 10
millones de vehículos eléctricos circulaban en 2020, lo que representa el 4,6 %
de todos los vehículos vendidos en todo el mundo. A medida que aumenta la
popularidad de los vehículos eléctricos, también lo hará la demanda de
rendimiento y costo comparable a los vehículos tradicionales. Los sistemas de
gestión de baterías de vehículos eléctricos desempeñarán un papel crucial para
ofrecer un rendimiento asequible y comparable, lo que permitirá a la sociedad
beneficiarse de los vehículos eléctricos a gran escala al mejorar su seguridad,
fiabilidad y eficiencia.
Bibliografia
.-Ashok, B., Kannan, C., Mason, B., Ashok, S. D.,
Indragandhi, V., Patel, D, & Kavitha, C. (2022). Towards Safer and Smarter
Design for Lithium-Ion-Battery-Powered Electric Vehicles: A Comprehensive
Review on Control Strategy Architecture of Battery Management System. Energies,
15(12), 4227. https://doi.org/10.3390/en15124227
.-Esmito. (2021). Role of Battery Management System on the
Performance of Electric Vehicles. [Online] Nuclear Energy Institute. Available
at: https://esmito.com/blog/role-of-battery-management-system.html (Accessed on
21 June 2022)
.-Hariprasad, A., Priyanka, I., Sandeep, R., Ravi, V., &
Shekar, O. (2020). Battery management system in electric vehicles. International
Journal of Engineering Research, 9(05).
https://doi.org/10.17577/IJERTV9IS050458
.-Liu, W., Placke, T., & Chau, K. T. (2022). Overview of
batteries and battery management for electric vehicles. Energy Reports, 8,
4058-4084. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.03.016
.-Thomas, S. (2021). Understanding the Role of BMS in
Electric Vehicles. [Online] Einfochips. Available at:
https://www.einfochips.com/blog/understanding-the-role-of-bms-in-electric-vehicles/
(Accessed on 21 June 2022)
*Owais Ali
Ingeniero mecánico. Interesado en la salud y la seguridad en
el trabajo, el hardware informático y la robótica industrial y móvil. Durante
su carrera académica, Owais trabajó en varios proyectos de investigación sobre
robots móviles, en particular, el Robot móvil autónomo de extinción de
incendios. El robot móvil diseñado podría navegar, detectar y extinguir
incendios de forma autónoma.
Traducción:
Ing. Ricardo Berizzo
Cátedra: Movilidad Eléctrica
U.T.N. Regional Rosario 2022.-
