SISTEMA DE GERENCIAMENTO D BATERIAS(BMS)
As baterias de lítio íon possuem muitas vantagens em relação a outros tipos de baterias. Elas são mais leves, mais eficientes, carregam mais rápido e têm uma vida útil mais longa. No entanto, elas são suscetíveis a condições que podem danificar a bateria. Aproveitar todo esse potencial exige que os packs de baterias de lítio-íon apresentem uma alta tecnologia e incluam componentes para ajudar a evitar essas condições prejudiciais. Na verdade, este é o objetivo principal do BMS, assunto que trataremos neste artigo.
O que é um BMS?
Um BMS do inglês “Battery Management System” (sistema de gerenciamento de bateria) é um sistema eletrônico que gerencia e monitora toda performance de uma bateria. Mais importante, impede que a bateria opere fora de suas margens de segurança. Um BMS pode ser considerado praticamente o cérebro de um pack de baterias.
O BMS é fundamental para a operação, desempenho e vida útil de baterias. Protege o equipamento que a bateria esteja conectada e as pessoas que manuseiam tais equipamentos ou seja, o BMS deve detectar operações inseguras e responder.
A alta tecnologia de um BMS fornece monitoramento em tempo real da bateria e transmite dados e informações via software.
O que um sistema de gerenciamento de baterias faz?
Tipicamente um BMS tem os seguintes objetivos com sua utilização:
- Proteger as células da bateria contra abusos e danos;
- Prolongar a vida útil da bateria ao máximo;
- Garantir que a bateria esteja sempre pronta para ser usada.
Diferenças entre BMS e PCM
Para proteger uma determinada bateria podemos utilizar um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) ou um Módulo de Circuito de Proteção (PCM). Mas qual a diferença entre eles? Qual deles devo utilizar?
O BMS fornece monitoramento em tempo real da bateria e transmite dados e informações via software. O próprio BMS inclui um sistema de gerenciamento, um módulo de controle, um módulo de exibição, um módulo de comunicação sem fio e um módulo de coleta para coletar informações da bateria do conjunto de baterias e outros.
O PCM é um dispositivo de proteção, porém com limitações comparado a um BMS. O BMS tem a capacidade de oferecer muito mais recursos do que um PCM.
Se o objetivo é ter um maior controle, gerenciamento e segurança de um pack de baterias o mais indicado é a utilização de um BMS. Em contrapartida para baterias mais simples onde o gerenciamento via software, balanceamento das células e recursos adicionais não são considerados importantes um PCM cumprirá bem o seu papel.
Algumas funções de um BMS
Controle de carga
Realizar o controle do carregamento de um determinado pack de baterias é uma das características essenciais de um BMS. Cada célula possui uma característica de carregamento, ou seja, sua taxa de carga máxima e taxa de carga mínima por exemplo. O BMS será o responsável por garantir que tais limites no processo de carregamento seja respeitado.
Um dos métodos utilizados para o carregamento adequado de uma bateria é o chamado corrente constante tensão constante CC-CV. Este método utiliza duas etapas no processo de carregamento.
O BMS será responsável por desligar o carregador quando identificar que a bateria foi completamente carregada.
Controle de descarga
Com relação ao controle no processo de descarga de um pack de baterias o BMS tem por objetivo evitar que a bateria opere fora de sua zona de segurança. O BMS deve proteger as células de qualquer eventualidade durante a descarga, sobretudo evitando que o pack de baterias seja descarregado além tensão mínima de segurança (tensão de corte). O BMS será responsável por desligar o pack de baterias quando identificar que o nível mínimo de tensão for atingido.
Estado de carga da bateria (SOC)
Um outro recurso importante do BMS é monitorar o estado de carga (SOC) da bateria. O objetivo de monitorar tal indicador é de suma importância para controlar o processo de carga e de descarga de um pack de baterias bem como sinalizar ao usuário o estado de carga do pack de baterias e células do pack.
Existem três modos para determinar o SOC:
Através de medição direta (Método da tensão), através da chamada contagem de coulomb e a mais eficaz a combinação das duas técnicas descritas anteriormente.
Na combinação dos dois métodos um voltímetro é utilizado para monitorar a tensão da bateria e calibrar o SOC quando a carga atual se aproximar de qualquer extremidade. Enquanto isso, a corrente da bateria pode ser integrada para determinar a carga que vai entrar (no processo de carregamento) ou sair (no processo de descarregamento) da bateria.
Estado de vida útil da bateria (SOH)
O SOH de uma bateria do inglês “state of health” (Estado de saúde), é uma medida que demonstra a condição geral de uma bateria e sua capacidade de entregar o desempenho especificado em comparação com uma bateria ou célula nova. O BMS utiliza parâmetros como impedância ou condutância para indicar o estado de saúde (SOH) de uma bateria.
Monitoramento da temperatura da bateria
Um BMS também deve ser capaz de monitorar a temperatura de um pack de baterias. Caso a temperatura opere em regiões inseguras o BMS se responsabilizará por desligar o pack de baterias evitando explosões ou qualquer tipo de problema referente a temperatura.
O BMS é responsável por informar ao usuário a temperatura que o pack de baterias se encontra. Sensores de temperatura são comumente utilizados para aferir a temperatura da bateria.
Balanceamento das células
O BMS realiza constantemente o balanceamento das células de um determinado pack de baterias. Este é um método utilizado para equilibrar a carga de todas as células visando prolongar a vida útil do pack de baterias.
Basicamente o BMS é responsável por distribuir a carga de forma uniforme entre as células do pack de baterias no processo de carregamento, descarregamento e repouso.
Monitoramento e definição de parâmetros em tempo real (Via Software)
A função de comunicação de um BMS é usada para monitorar o desempenho, registrar dados, fornecer diagnósticos ou definir parâmetros do sistema. Um aplicativo de software pode ser conectado e exibir todas as informações em um telefone móvel.
A função pode ser fornecida por um canal de comunicação que transporta o controle do sistema de sinais.
A escolha do protocolo de comunicação é determinada pela aplicação da bateria. O BMS utilizado em veículos elétricos por exemplo, deve se comunicar com o controlador do veículo e o controlador do motor para garantir o bom funcionamento de todo o sistema.
Existem dois protocolos principais usados ??pelo BMS para se comunicar com o veículo:
Através do barramento de dados ou do barramento da rede de área do controlador (CAN).
Os barramentos de dados incluem a Conexão RS232 e EIA-485 (também chamada de conexão RS485). A indústria padrão para comunicações a bordo de veículos elétricos é o barramento CAN, comumente utilizado.
Conclusão
Um sistema de gerenciamento de baterias conhecido como BMS é de suma importância em projetos de packs de baterias. Suas características o fazem primordial no quesito segurança, impedindo que qualquer anormalidade possa comprometer os equipamentos ao qual o pack está conectado bem como proteger os usuários em situações perigosas.
Com relação a vida útil de um pack de baterias o BMS funciona exatamente como o cérebro do sistema, realizando todos os cálculos necessários e tomando as devidas ações para funcionamento perfeito do sistema e durabilidade das baterias.
Sem um BMS se tornaria extremamente complicado a construção de packs de baterias para as principais aplicações que temos nos dias atuais como por exemplo os veículos elétricos.
As tecnologias dos sistemas de gerenciamento de bateria vêm crescendo ao passo que a demanda por packs de baterias vem se tornando cada vez mais constante principalmente na indústria de veículos elétricos.