Desafíos de diseño de hardware del BMS de la batería

En un momento de rápido desarrollo de la tecnología de las baterías, el sistema de gestión de las baterías (BMS) es un componente clave para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente de las baterías,y su diseño de hardware enfrenta muchos desafíosEstos son algunos de los principales desafíos y tendencias de la industria en el diseño de hardware BMS.

1Desafío de precisión

• El BMS requiere una medición precisa de los parámetros de voltaje, corriente y temperatura de la batería para estimar con precisión el estado de carga (SOC) de la batería.estado de salud (SOH) y estado de potencia (SOP)Las características químicas de las baterías son complejas y se ven afectadas por diversos factores como la temperatura y el envejecimiento.Por ejemplo:, las baterías de litio-fosfato de hierro (LFP) tienen una baja densidad de energía pero un bajo coste, una larga vida útil y son estables, mientras que las baterías de litio de níquel-cobalto-manganeso (NMC) tienen una alta densidad de energía pero un alto coste.
• La medición precisa del voltaje de la batería es uno de los principales retos, que se ve afectado por factores como la auto-descarga y los cambios de carga de la batería.Los cambios de temperatura también afectarán significativamente el rendimiento de la batería y la precisión de la mediciónPor ejemplo, las altas temperaturas acelerarán el envejecimiento de la batería y reducirán su capacidad y rendimiento.

2Desafíos de seguridad

• Una de las tareas centrales del BMS es garantizar que la batería funcione dentro de un rango seguro y evitar situaciones anormales como sobrecarga, sobre descarga, sobrecorriente y sobre temperatura.,La sobrecarga hará que las reacciones químicas en el interior de la batería pierdan el equilibrio, produzcan gas, aumenten la presión dentro de la batería e incluso provoquen situaciones peligrosas como el abultamiento.fuego o explosiónLa sobre descarga puede causar cambios químicos irreversibles en los materiales de los electrodos dentro de la batería, reduciendo el rendimiento y la vida útil de la batería.
• La gestión térmica de las baterías es también un importante problema de seguridad en el diseño de hardware de BMS. Las baterías de litio generalmente utilizan electrolitos inflamables.el electrolito se descompondrá y liberará calorIncluso si no se alcanza el escape térmico, las altas temperaturas de funcionamiento pueden acelerar el envejecimiento de la batería.

3Los retos de la gestión térmica

• El BMS requiere una medición precisa de los parámetros de voltaje, corriente y temperatura de la batería para estimar con precisión el estado de carga (SOC) de la batería.estado de salud (SOH) y estado de potencia (SOP)Las características químicas de las baterías son complejas y se ven afectadas por diversos factores como la temperatura y el envejecimiento.Por ejemplo:, las baterías de fosfato de hierro de litio (LFP) tienen una baja densidad de energía pero un bajo coste, una larga vida útil y una estabilidad,mientras que las baterías de litio de níquel-cobalto-manganeso (NMC) tienen una alta densidad de energía pero un alto costo.
• La medición precisa del voltaje de la batería es uno de los principales retos, que se ve afectado por factores como la auto-descarga y los cambios de carga de la batería.Los cambios de temperatura también afectarán significativamente el rendimiento de la batería y la precisión de la mediciónPor ejemplo, las altas temperaturas acelerarán el envejecimiento de la batería y reducirán su capacidad y rendimiento.

4Desafío de costes

• El diseño de hardware de los BMS debe lograr un equilibrio entre el coste y el rendimiento.lo que aumenta el costo del sistemaPor ejemplo, el uso de sensores de alta precisión y convertidores analógicos a digitales puede mejorar la precisión de las mediciones, pero también significa mayores costes.
• Para los sistemas de baterías a gran escala, como los vehículos eléctricos y los sistemas de almacenamiento de energía, el coste del BMS representa una parte considerable del coste total del sistema,que pueden obstaculizar su uso generalizado en algunas aplicaciones sensibles a los costesPor lo tanto, cómo reducir los costes al tiempo que se garantizan las funciones y el rendimiento del BMS es un desafío importante al que se enfrenta el diseño de hardware.

5Desafíos de escalabilidad

• Diseñar una arquitectura BMS que pueda adaptarse a diferentes tamaños de baterías, química y configuraciones es un reto.El BMS debe ser capaz de adaptarse a las necesidades futuras de forma flexible sin modificaciones o sustituciones a gran escala..
• Por ejemplo, en los vehículos eléctricos, la capacidad y la configuración del paquete de baterías pueden variar según el modelo,y el BMS debe poder ampliarse y ajustarse fácilmente para satisfacer las necesidades de diferentes modelosAl mismo tiempo, para la utilización secundaria de las baterías retiradas de los vehículos eléctricos,También se requiere que el BMS tenga una buena escalabilidad para satisfacer las necesidades de rendimiento y seguridad de estas baterías viejas..

6Desafío de confiabilidad

• El hardware BMS debe funcionar de manera estable en diversas condiciones y entornos de operación para garantizar la fiabilidad y seguridad del sistema de baterías.Los componentes de hardware pueden fallar o el rendimiento puede deteriorarse debido a factores como la interferencia electromagnética., vibración y humedad.
• Por ejemplo, durante un vehículo eléctrico, el BMS está sujeto a interferencias electromagnéticas causadas por motores y otros dispositivos electrónicos,que puedan afectar a la comunicación normal y a la transmisión de datos del BMSAdemás, el paquete de baterías estará expuesto a vibraciones y choques durante la conducción del vehículo, lo que también puede causar daños a los componentes de hardware del BMS.

7Los desafíos de la certificación de conformidad

• El diseño del BMS debe cumplir con diversas normas de seguridad y rendimiento, como ISO 26262 para aplicaciones automotrices y UL 1973 para baterías fijas.El cumplimiento de estos requisitos de certificación aumenta la complejidad del diseño y el desarrollo.
• Los requisitos de certificación de los BMS varían según los campos y regiones de aplicación, y los diseñadores de los BMS deben tener en cuenta plenamente estos requisitos en cada fase del diseño.desde la selección de componentes hasta los ensayos de garantía de calidad y la preparación de fabricación para garantizar que el producto pueda pasar la certificación y comercializarse con éxito.

8El reto de la comunicación

• En los sistemas de baterías grandes, la electrónica de monitoreo y control a menudo se distribuye a través de múltiples componentes de placas de circuitos impresos en lugar de un solo ordenador BMS centralizado.datos de medición críticosLos datos de seguridad y los datos de estado de la batería deben sincronizarse continuamente entre múltiples nodos del microcontrolador.que impide la evaluación correcta del voltaje de la pila de batería y activa una respuesta de protección cuando se produce una condición fuera del rango.
• Por ejemplo, en los vehículos eléctricos, se requiere una comunicación eficiente y fiable entre el BMS y otros sistemas, como cargadores, inversores, etc.para lograr una gestión y un control precisos de la bateríaLos fallos de comunicación pueden provocar una mala gestión de la batería, afectando el rendimiento y la seguridad del vehículo.

9Tendencias futuras

• Internet de las cosas integrado (IoT):Integrar el BMS con el Internet de las Cosas para permitir la monitorización y control remotos y mejorar la eficiencia operativa.BMS puede identificar problemas potenciales de la batería con antelación y advertirles para garantizar el funcionamiento estable del sistema.
• Tecnología de las baterías de estado sólido:Las baterías de estado sólido han atraído mucha atención debido a su alta densidad de energía y buena seguridad, pero sus características requieren una gestión y control precisos por parte de BMS.El BMS debe ser optimizado para las características de las baterías de estado sólido para aprovechar plenamente sus ventajas y enfrentar nuevos desafíos.
• Aplicación de utilización secundaria:El uso de baterías retiradas de vehículos eléctricos en escenarios de utilización secundaria, como los sistemas de almacenamiento de energía, impone mayores requisitos a los BMS.evaluar con precisión su rendimiento y estado de salud, y garantizar la seguridad y la eficiencia.