O sistema de gerenciamento de bateria (BMS) de uma bateria de lítio: proteções, balanceamento passivo ou ativo, BMS conectado
O BMS ("Battery Management System", sistema de gerenciamento de bateria) é a placa eletrônica que monitora as células de uma bateria de lítio. É mais conhecido por sua função de desligamento, mas ele faz muito mais: mede, protege, equilibra e, nos modelos mais recentes, fornece informações sobre o estado da bateria. Este guia desvenda o funcionamento do BMS.
O essencial
- O BMS (Battery Management System) mede a tensão de cada conjunto de células, a corrente e as temperaturas.
- Ele interrompe a carga ou a descarga através de transistores quando um limite é atingido.
- Ele equilibra as células para que permaneçam no mesmo nível de carga, seja dissipando o excesso de energia (de forma passiva) ou transferindo-a (de forma ativa).
- Um BMS (Battery Management System) conectado permite visualizar o estado de cada célula da bateria a partir de um telefone ou de um controlador.
O que o BMS mede:
- A tensão de cada grupo de células em série: esta é a medição mais importante, pois é o grupo com a menor tensão que define os limites de toda a bateria.
- **A corrente**, tanto durante a carga quanto a descarga, é geralmente medida através de uma resistência.
- **As temperaturas** são monitoradas por meio de sensores posicionados entre as células e em seus próprios componentes de potência.
As proteções
| Proteção | Acionada por | Efeito |
|---|---|---|
| Taxa adicional | Um grupo operando acima de sua tensão máxima | Desconecte a alimentação |
| Descarga profunda | Um grupo operando em sua tensão mínima | Interrompa a descarga |
| Corrente excessiva durante a descarga | Corrente acima do limite, além de um determinado período de tempo | Interrompa a descarga |
| Curto-circuito | Corrente extrema | Cortado em questão de microssegundos |
| Sobrecarga durante o uso | Corrente de carga excessiva, incluindo durante a frenagem elétrica | Desconecte a alimentação |
| Temperatura | Muito quente ou muito frio para carregar | Interrompe a carga ou a descarga |
A interrupção é feita por meio de transistores de potência localizados no polo negativo da bateria. Alguns sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) possuem uma única saída para carga e descarga (porta comum), enquanto outros possuem duas saídas separadas: a porta de carga pode então ter um limite de corrente muito menor. As interrupções durante a aceleração são detalhadas em nosso guia sobre baterias e BMS que interrompem a aceleração, e o efeito sobre a frenagem é abordado no guia sobre frenagem regenerativa.
Por que equilibrar?
Nenhuma célula é exatamente igual à sua vizinha. Ao longo dos ciclos de carga e descarga, pequenas diferenças na capacidade e na taxa de autodescarga fazem com que os grupos de células se desequilibrem: um grupo atinge a carga máxima antes dos outros, enquanto outro se esgota primeiro. Sem correção, a bateria perde capacidade útil (a carga é interrompida no primeiro grupo a atingir a carga máxima, e a descarga é interrompida no primeiro grupo a se esgotar), e os grupos mais extremos se desgastam mais rapidamente.
O balanceamento passivo
O método mais comum. No final do processo de carregamento, o sistema de gerenciamento de bateria (BMS) conecta uma pequena resistência aos grupos de células com maior voltagem para dissipar o excesso de energia em forma de calor, até que os outros grupos alcancem a mesma voltagem. É um sistema simples e confiável, mas lento: a corrente de balanceamento é baixa. Ele corrige apenas pequenas diferenças e apenas quando a bateria é carregada completamente com frequência.
O equilíbrio ativo
O BMS (Battery Management System) transfere energia das células com maior carga para as células com menor carga, através de circuitos que utilizam capacitores ou indutores. Ele desperdiça menos energia, opera com correntes mais elevadas e pode atuar a qualquer momento, não apenas no final do processo de carga. É um sistema mais complexo e, consequentemente, mais caro. É encontrado em baterias de grande porte e como um complemento a sistemas BMS já existentes.
Dica para a oficina.
Uma bateria com balanceamento passivo deve ser carregada a 100% de vez em quando, e deixada conectada por um tempo após o indicador de "carga completa" acender: é nesse momento que o sistema de balanceamento entra em ação. Uma bateria que é constantemente mantida em 80% de carga quase nunca se equilibra.
O sistema de gerenciamento de bateria (BMS) conectado
Os sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) mais recentes, conhecidos como "inteligentes", se comunicam via Bluetooth ou por uma conexão com fio. Eles fornecem informações sobre a tensão de cada célula, a corrente, as temperaturas, o número de ciclos de carga e as falhas registradas. Isso é uma ferramenta de diagnóstico muito valiosa: qualquer célula que se desvie das demais é imediatamente identificada.
Conectado ao controlador, um BMS (Battery Management System) permite ir além: o controlador pode ajustar sua potência com base no estado real da bateria, em vez de descobrir isso apenas quando o BMS desliga. Nossos controladores RageLink, por exemplo, se conectarão ao BMS da bateria.
Perguntas frequentes
A bateria do meu veículo está perdendo autonomia. Isso pode ser um problema de balanceamento?
É possível. Com um BMS conectado, compare a tensão das baterias quando estão totalmente carregadas: uma diferença significativa indica um desequilíbrio ou uma célula desgastada. Várias cargas completas podem corrigir o problema se a diferença for pequena.
Um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) ativo é sempre a melhor opção?
Não necessariamente. Em uma bateria com células bem equilibradas e carregada regularmente até a carga máxima, um balanceamento passivo é suficiente. O balanceamento ativo é mais útil em baterias grandes e em células que apresentam desvios.
É possível substituir o BMS (Battery Management System) de uma bateria?
Sim, mas essa é uma intervenção delicada que deve ser realizada em células carregadas e é recomendável que seja feita por um especialista. O novo sistema de gerenciamento de bateria (BMS) deve ser compatível com o número de células em série, a química e as correntes da bateria.