Como construir um sistema de gestão de baterias (BMS) eficiente

Ao conceber um circuito monitor para um novo sistema alimentado por bateria, a otimização do custo e da capacidade de fabrico é uma tarefa crítica. O primeiro passo é definir a estrutura preferida do sistema e a colocação das baterias e dos componentes electrónicos associados. Uma vez definida a estrutura básica, o desafio seguinte consiste em fazer concessões na topologia do circuito para otimizar a comunicação e as interligações.

Impacto do tamanho da bateria na conceção do sistema de energia

O tamanho da bateria afecta diretamente a estrutura geral do sistema de energia. Os projectistas têm de decidir se querem utilizar muitas baterias pequenas para encaixar num módulo de bateria complexo ou num conjunto de baterias, ou se querem optar por baterias maiores, que podem ser restringidas por limitações de peso e tamanho. Por exemplo, no design automóvel, as baterias podem ser distribuídas por vários espaços do veículo, maximizando a utilização do espaço se a bateria estiver instalada.

Interligações entre o sistema de gestão da bateria e os sinais de teste

Um sistema de gestão de baterias (BMS) eficaz tem de ter em conta não só a própria bateria, mas também as interligações entre as bateriaO módulo de aquisição de dados é integrado no módulo de bateria, no BMS e na interface de aplicação final para sinais de teste e telemetria. Em muitos casos, os circuitos de aquisição de dados estão integrados no módulo ou no conjunto de baterias, de modo a que as informações cruciais, como as identificações de produção, os dados de calibração e as especificações de utilização, possam ser transportadas com componentes substituíveis, minimizando o número de fios de alta tensão na cablagem.

Pontos de medição da bateria e conceção da topologia do hardware

Em aplicações automóveis, um BMS pode ter de suportar mais de 100 pontos de medição, e a conceção modular do sistema determinará quantas baterias cada sistema de circuito pode medir. Para garantir a segurança, bateria são frequentemente divididos em pelo menos dois subgrupos e isolados através de "fichas de serviço", o que garante que a tensão permanece abaixo dos 200V durante as condições de falha, minimizando o risco de choque elétrico para o pessoal de reparação.

Medição remota e transmissão de dados

Nos BMS de elevada eficiência, os circuitos de medição remota e o protocolo de bus CAN são utilizados para a comunicação interna entre módulos. Isto reduz a taxa de transferência de dados e atenua os problemas de interferência electromagnética (EMI). O protocolo de barramento CAN permite que vários pequenos processadores do sistema partilhem tarefas de computação, melhorando a eficiência e a fiabilidade globais do sistema.

Gestão da temperatura e equilíbrio da capacidade da bateria

O equilíbrio da capacidade da bateria é crucial para o BMS, especialmente para as baterias de iões de lítio. Os desequilíbrios podem levar a problemas de gestão do calor, afectando o desempenho a longo prazo. Os projectistas têm de considerar a distribuição das sondas de temperatura para correlacionar com precisão o estado de carga da bateria com as leituras de tensão.

Monitorização eficiente da bateria e aquisição de dados

Por exemplo, o CI monitor de bateria LTC6803 é um componente central ideal para um BMS. Este CI fornece funcionalidade de aquisição de dados multicanal, permitindo a medição efectiva da tensão das baterias, juntamente com medições auxiliares de temperatura, sinais de calibração e corrente de carga.

Eficiência energética e relação custo-eficácia em sistemas de gestão de baterias

Uma melhoria importante no LTC6803 é a sua capacidade de ser alimentado diretamente pela bateria, aumentando a eficiência do sistema e a relação custo-eficácia. Ao efetuar medições ADC precisas e ao otimizar o controlo da corrente da bateria, o LTC6803 reduz o consumo de energia da bateria e evita desequilíbrios de capacidade causados por correntes de bateria desajustadas.

Conclusão

O projeto de um BMS envolve muitos fatores complexos, especialmente aqueles que afetam diretamente o empacotamento e a estrutura do sistema. Depois de considerar cuidadosamente os designs mecânicos, os circuitos electrónicos e o fluxo de informação, a utilização de soluções de aquisição de dados escaláveis como a plataforma LTC6803 pode melhorar significativamente o desempenho do sistema e a relação custo-eficácia.