¿Cómo evitan los sistemas de gestión de baterías los fallos de las baterías? Las baterías comerciales modernas, como las de las carretillas elevadoras eléctricas, almacenan una cantidad significativa de energía en un espacio compacto. Esa energía exige una gestión precisa para garantizar la seguridad y la fiabilidad.
¿La solución? El sistema de gestión de baterías (BMS), el cerebro de la batería. Supervisa, controla y protege activamente cada célula, evitando fallos graves. Sin él, estarías operando esencialmente sin guía.
Aquí exploraremos los fallos más comunes de las baterías y cómo un BMS bien diseñado garantiza la seguridad, la fiabilidad y la longevidad.
batería de iones de sodio de 12v 200ah
El enemigo interior: Los fallos más comunes de las baterías de iones de litio
Para apreciar la solución, primero hay que entender el problema. Las pilas de iones de litio son potentes sistemas químicos, pero funcionan dentro de unos límites estrictos. La violación de estos límites puede provocar una rápida degradación o un fallo.
1. Sobrecarga
La carga de una pila por encima de su límite de seguridad fuerza un exceso de iones de litio en el ánodo, formando depósitos metálicos de litio conocidos como placas de litio. Estos depósitos pueden perforar el separador, provocar cortocircuitos internos y desencadenar un rápido desbordamiento térmico. Un BMS lo evita cortando la carga en el umbral adecuado.
2. Descarga excesiva
Descargar una pila por debajo de su tensión de seguridad puede no causar un peligro inmediato, pero acorta significativamente su vida útil. A tensiones muy bajas, el cobre del ánodo puede disolverse en el electrolito, provocando una redeposición irregular y una pérdida permanente de capacidad. Las protecciones del BMS mantienen límites mínimos de tensión para evitar esta degradación.
3. Sobrecorriente (cortocircuito y sobrecarga)
Una corriente excesiva, ya sea por una sobrecarga sostenida o por un cortocircuito, genera un calor localizado que puede dañar los componentes internos y provocar un incendio. Los dispositivos BMS detectan los eventos de sobrecorriente y desconectan el pack en microsegundos, evitando el sobrecalentamiento.
4. 4. Temperaturas extremas
Las baterías funcionan dentro de un margen de temperatura seguro. Las altas temperaturas aceleran la descomposición química, reduciendo la vida del ciclo. Las bajas temperaturas ralentizan el movimiento de los iones de litio, con el consiguiente riesgo de recubrimiento de litio durante la carga. Un BMS controla la temperatura y ajusta la carga/descarga para evitar estos riesgos.
5. Desequilibrio celular
Las diferencias de fabricación y el envejecimiento desigual provocan desequilibrios en las células. Con el tiempo, algunas células pueden estar sobrecargadas, lo que reduce la capacidad total del pack y su longevidad. Las estrategias de equilibrado del BMS mantienen todas las celdas a niveles similares de tensión y estado de carga.
El SBA como escudo multicapa: Funciones básicas de protección
Un BMS utiliza múltiples estrategias de protección superpuestas en tiempo real.
1. Protección de tensión
- Protección contra sobretensión (OVP): Supervisa cada célula; corta la corriente de carga instantáneamente si se superan los límites (~4,2 V).
- Protección contra baja tensión (UVP): Evita que las células se descarguen por debajo de la tensión mínima de seguridad (~2,5 V).
2. Protección de corriente
- Protección contra sobrecorriente (OCP): Detecta una corriente sostenida por encima de los límites de seguridad y desconecta el pack.
- Protección contra cortocircuitos (SCP): Responde a picos instantáneos, aislando con seguridad el paquete en microsegundos.
3. Protección de temperatura
- Protección contra sobretemperatura (OTP): Los sensores NTC controlan el calor; el BMS desconecta el pack si se alcanzan temperaturas peligrosas.
- Protección contra subtemperatura (UTP): Bloquea la carga a bajas temperaturas (a menudo por debajo de 0 °C) para evitar el recubrimiento de litio, al tiempo que permite una descarga controlada.
4. Equilibrio celular
- Equilibrio pasivo: Purga el exceso de energía de las células de alto voltaje para igualar el pack.
- Equilibrio activo: Transfiere energía de células totalmente cargadas a otras con menos carga, lo que mejora la eficiencia y la capacidad utilizable en grandes sistemas como los de almacenamiento de energía (ESS).
Funciones avanzadas de BMS: Prevención proactiva de fallos
Un sistema de gestión de edificios de alta calidad no sólo reacciona ante los problemas, sino que los previene.
Estimación del estado de carga (SOC) y del estado de salud (SOH)
Unos sofisticados algoritmos, que combinan el recuento de culombios y el modelado de la tensión, proporcionan lecturas precisas del SOC. La estimación del SOH rastrea la degradación de la batería, lo que permite planificar el mantenimiento antes de que se produzcan fallos inesperados.
Diagnóstico de fallos y registro de datos
Un BMS registra todos los eventos de fallo, capturando datos de tensión, corriente y temperatura. Esto facilita la resolución de problemas, las reclamaciones de garantía y la optimización del sistema.
Protocolos de comunicación (CAN, SMBus, I²C)
Los buses de comunicación permiten al BMS interactuar con cargadores y controladores para una gestión inteligente de la energía, ajustando los perfiles de carga o reduciendo la carga cuando sea necesario.
El alto coste de un SGE inadecuado
Escatimar en un BMS es un falso ahorro. Un pequeño ahorro inicial puede dar lugar a costosas averías, tiempos de inactividad y problemas de garantía.
| Característica | SGE de alta calidad | Pobre / No BMS |
|---|
| Seguridad | Múltiples protecciones redundantes | Configuración de alto riesgo |
| Vida útil | 1000+ ciclos (con equilibrado y protección) | Unos cientos de ciclos |
| Rendimiento | Plena capacidad útil, funcionamiento estable | Capacidad reducida, paradas repentinas |
| Garantía | Bajos índices de siniestralidad y gran confianza de los clientes | Alto rendimiento, riesgo para la reputación |
| Certificación | Cumple los requisitos UL, CE, IEC | Puede no superar las pruebas de seguridad |
PREGUNTAS FRECUENTES
P1: ¿BMS frente a PCM?
El PCM proporciona cortes básicos. Un BMS completo añade inteligencia, estrategia y comunicación, algo esencial para las aplicaciones industriales serias.
P2: ¿Puede fallar un SGE?
Sí, por eso el diseño de calidad, los componentes fiables y las medidas de seguridad redundantes son fundamentales para las aplicaciones de misión crítica.
P3: ¿Cómo mide el SOC un SGE?
Principalmente mediante recuento de culombios, recalibrado periódicamente con respecto a la tensión en reposo para garantizar la precisión.
P4: ¿Qué pasa si puenteo el BMS?
Eludir las protecciones esenciales puede ofrecer beneficios a corto plazo, pero aumenta drásticamente el riesgo de fallos y daños en los equipos. No es recomendable.
P5: ¿Es necesario un SGE para todas las químicas?
Para las baterías de iones de litio y similares, sin duda. Incluso las más seguras, como la LiFePO4 y la de iones de sodio, se benefician de los BMS para una vida útil y un rendimiento óptimos.
Conclusión
Las celdas de las baterías por sí solas son potencial en bruto. Un BMS transforma ese potencial en una fuente de energía segura, fiable y duradera. Es el componente más importante para proteger su inversión y garantizar un rendimiento constante y seguro.
¿Tiene preguntas sobre cómo elegir el sistema de gestión de edificios adecuado para su aplicación industrial? Contacte con nuestros expertos-estamos aquí para ayudarle a diseñar un sistema de baterías más seguro.