Cómo construir un sistema de gestión de baterías (BMS) eficiente

Cuando se diseña un circuito de monitorización para un nuevo sistema alimentado por pilas, optimizar el coste y la fabricabilidad es una tarea fundamental. El primer paso es definir la estructura preferida del sistema y la ubicación de las baterías y los componentes electrónicos asociados. Una vez que la estructura básica está clara, el siguiente reto es hacer concesiones en la topología del circuito para optimizar la comunicación y las interconexiones.

Impacto del tamaño de la batería en el diseño del sistema eléctrico

El tamaño de la batería afecta directamente a la estructura general del sistema de alimentación. Los diseñadores deben decidir si utilizar muchas baterías pequeñas para encajarlas en un complejo módulo o paquete de baterías, o si optar por baterías más grandes, que pueden estar condicionadas por limitaciones de peso y tamaño. Por ejemplo, en el diseño de automóviles, las baterías pueden distribuirse por varios espacios del vehículo, lo que maximiza la utilización del espacio si la batería está instalada.

Interconexiones entre el sistema de gestión de la batería y las señales de prueba

Un Sistema de Gestión de Baterías (BMS) eficaz debe tener en cuenta no sólo la batería en sí, sino también las interconexiones entre los dos sistemas. bateríaEn muchos casos, los circuitos de adquisición de datos están integrados en el módulo de la batería, el BMS y la interfaz de aplicación final para las pruebas y las señales de telemetría. En muchos casos, los circuitos de adquisición de datos están integrados en el módulo o paquete de baterías, de modo que la información crucial, como los identificadores de producción, los datos de calibración y las especificaciones de uso, puede transportarse con componentes reemplazables, minimizando el número de cables de alta tensión en el mazo de cables.

Puntos de medición de la batería y diseño de la topología del hardware

En aplicaciones de automoción, es posible que un BMS deba admitir más de 100 puntos de medición, y el diseño modular del sistema determinará cuántas baterías puede medir cada sistema de circuitos. Para garantizar la seguridad, batería suelen dividirse en al menos dos subgrupos y aislarse mediante "enchufes de servicio", lo que garantiza que la tensión permanezca por debajo de 200 V en condiciones de fallo, minimizando el riesgo de descarga eléctrica para el personal de reparación.

Medición a distancia y transmisión de datos

En los BMS de alta eficiencia, los circuitos de medición remota y el protocolo de bus CAN se utilizan para la comunicación interna entre módulos. Esto reduce la velocidad de transferencia de datos y mitiga los problemas de interferencias electromagnéticas (EMI). El protocolo de bus CAN permite que varios procesadores pequeños del sistema compartan tareas informáticas, lo que mejora la eficiencia y fiabilidad generales del sistema.

Gestión de la temperatura y equilibrio de la capacidad de la batería

El equilibrado de la capacidad de las baterías es crucial para los BMS, especialmente en el caso de las baterías de iones de litio. Los desequilibrios pueden provocar problemas de gestión del calor que afecten al rendimiento a largo plazo. Los diseñadores deben tener en cuenta la distribución de las sondas de temperatura para correlacionar con precisión el estado de carga de la batería con las lecturas de tensión.

Monitorización eficiente de la batería y adquisición de datos

Por ejemplo, el CI de monitorización de baterías LTC6803 es un componente básico ideal para un BMS. Este circuito integrado ofrece funciones de adquisición de datos multicanal, lo que permite una medición eficaz de la tensión de las baterías, junto con mediciones auxiliares de temperatura, señales de calibración y corriente de carga.

Eficiencia energética y rentabilidad de los sistemas de gestión de baterías

Una mejora importante del LTC6803 es su capacidad para alimentarse directamente de la batería, lo que mejora la eficiencia y la rentabilidad del sistema. Al realizar mediciones ADC precisas y optimizar el control de la corriente de la batería, el LTC6803 reduce el consumo de energía de la batería y evita desequilibrios de capacidad causados por corrientes de batería desajustadas.

Conclusión

El diseño de un BMS implica muchos factores complejos, especialmente los que afectan directamente al empaquetado y la estructura del sistema. Tras considerar cuidadosamente los diseños mecánicos, los circuitos electrónicos y el flujo de información, el uso de soluciones de adquisición de datos escalables como la plataforma LTC6803 puede mejorar significativamente el rendimiento y la rentabilidad del sistema.