LiFePO4 BMS: Compreender um sistema de gestão de baterias

"O que é um BMS LiFePO4?"

É provável que tenha lido ou ouvido o termo BMS várias vezes enquanto aprendia sobre as baterias LiFePO4.

Isto porque um BMS - que significa Sistema de Gestão da Bateria - é uma parte vital de qualquer bateria de iões de lítio.

Embora as baterias de iões de lítio - especialmente as baterias LiFePO4 - sejam uma escolha popular para sistemas de armazenamento de energia, podem ser perigosas se não forem manuseadas corretamente. É por isso que é crucial utilizar o BMS correto no seu conjunto de baterias.

Este artigo irá apresentar-lhe o BMS LiFePO4 e explicar o que fazem. Iremos discutir como funcionam e como escolher o BMS LiFePO4 correto para a sua bateria.

O que é um BMS LiFePO4?

Um BMS é uma parte integrante de qualquer sistema de bateria de iões de lítio - é responsável por manter as células dentro do conjunto de baterias saudáveis e com um desempenho ótimo.

Cada bateria tem uma gama especificada de tensão, corrente e temperatura em que pode funcionar em segurança. Se um ou mais destes parâmetros variarem consideravelmente do intervalo especificado, a bateria pode ficar permanentemente danificada (devido à degradação dos seus componentes) e até apresentar riscos de segurança.

A maioria das baterias vem com um BMS incorporado para evitar que isto aconteça.

Mas como é que um BMS evita que se danifique a bateria?

Um BMS LiFePO4 controla os processos de descarga e carga das baterias LiFePO4. Assim, se algo correr mal durante estes processos, a proteção BMS entra imediatamente em ação e ajusta os parâmetros de carregamento ou corta totalmente a energia que entra e sai da bateria.

Além disso, um BMS monitoriza as células da bateria e certifica-se de que estão todas a funcionar corretamente em conjunto. Também mede parâmetros como a tensão, a corrente e a temperatura para garantir que a bateria está saudável e segura.

Desta forma, um BMS ajuda a evitar que a sua bateria:

• Sobrecarga
• Sobretensão
• Sobrecorrente
• Sobretemperatura
• Desequilíbrio celular
• Ciclo de vida mais curto

Além disso, um BMS optimiza a capacidade da sua bateria e o desempenho geral em cada processo de carga/descarga. Desta forma, pode tirar o máximo partido da sua bateria LiFePO4 em termos de desempenho e duração.

Funções principais do BMS LiFePO4

1. Condições de funcionamento do controlo

Mede os sinais de tensão, corrente e temperatura e controla estes parâmetros para atingir o equilíbrio das células e evitar danos na bateria.

2. Efetuar o diagnóstico

Monitoriza as variações célula a célula ao longo do tempo; diagnostica erros, detecta riscos de segurança e envia sinais de aviso ao condutor (que pode então iniciar a medida adequada para evitar esse risco de segurança).

3. Recolher e armazenar dados

Regista os sinais das células do conjunto e do indivíduo; armazena dados relacionados com o histórico do ciclo de vida da bateria.

4. Estimativa de parâmetros

Determina os níveis da célula e do pacote, como o estado de carga (SOC) e o estado de saúde (SOH); comunica com os controladores para o equilíbrio da célula.

Tipos de BMS LiFePO4

Pode encontrar um BMS LiFePO4 em muitas formas e tamanhos diferentes, dependendo do tamanho da sua bateria LiFePO4.

Alguns são simplesmente a placa de circuitos com todos os componentes electrónicos expostos:

Por outro lado, alguns são fornecidos numa caixa que protege o BMS das condições externas. Podem ser à prova de água, à prova de poeira e resistentes ao fogo, etc.

Além disso, algumas opções têm um módulo Bluetooth para que possa controlar e monitorizar a sua bateria através de uma aplicação no seu telemóvel.

Como funciona um BMS LiFePO4?

Um BMS LiFePO4 é composto por vários blocos funcionais de hardware e software programados com funções que protegem o conjunto de baterias através da monitorização e controlo das suas condições de carga e descarga.

Um bom BMS deve oferecer proteção contra:

• Sobre e subtensão
• Sobrecorrente e subcorrente
• Desequilíbrio celular
• Temperatura superior e inferior

Tensão e corrente de corte

Os sistemas de gestão de baterias têm transístores de corte accionados por corrente e por tensão que podem cortar a alimentação do carregador para a bateria ou da bateria para a carga.

Estes transístores funcionam como interruptores: quando o monitor de tensão da célula detecta uma tensão superior à que o sistema pode suportar, o interrutor é desligado, protegendo a bateria da sobretensão.

O mesmo se aplica à subtensão: quando o monitor de tensão detecta uma tensão inferior à tensão mínima de carga ou descarga, o transístor de corte entra em ação, impedindo que esta tensão de carga chegue à bateria, evitando assim quaisquer danos na bateria.

Equilíbrio celular

Outra função principal de um BMS LiFePO4 é assegurar que todas as células de um conjunto estão corretamente equilibradas.

Células equilibradas significam que se medir a tensão de cada célula individualmente, encontrará o mesmo valor para todas as células. Isto ajuda a evitar que a bateria carregue/descarregue de forma errática.

Eis como um BMS equilibra um conjunto de baterias: alterando a corrente de carga de uma ou mais células individuais do conjunto, tornando-a diferente da corrente do conjunto, de uma das seguintes formas:

A remoção de carga da célula mais carregada proporciona "espaço" para corrente de carga adicional para evitar a sobrecarga e permite que as células menos carregadas recebam mais corrente de carga.

Redirecionar a corrente de carga (parcial ou totalmente) para as células menos carregadas, permitindo-lhes receber uma corrente de carga durante um período prolongado até ser atingido o equilíbrio celular.

Controlo da temperatura

Um sensor de temperatura envia o sinal de temperatura da bateria para a unidade de monitorização do BMS. Se for detectada uma temperatura de carga ou descarga potencialmente perigosa, o BMS corta automaticamente a alimentação de e para a bateria, prevenindo quaisquer riscos de segurança relacionados com a temperatura excessiva ou insuficiente.

Estão programadas muitas estratégias de proteção num BMS; a maioria é demasiado complexa para ser mencionada. No entanto, todas têm o mesmo objetivo: proteger a bateria de quaisquer condições extremas possíveis relacionadas com a tensão, corrente, temperatura, curto-circuito, desequilíbrio das células, etc. Utilizando um BMS, pode maximizar a vida útil e o desempenho da bateria.

Posso carregar uma bateria LiFePO4 sem um BMS?

Sim, é possível carregar uma bateria LiFePO4 sem um BMS. No entanto, isso pode ser perigoso, pelo que esta prática não é recomendada.

A alimentação de uma bateria com uma tensão ou corrente de carga superior à recomendada pode levar a uma fuga térmica, resultando num incêndio ou explosão.

Para evitar a ocorrência de problemas de segurança graves, se optar por carregar a sua bateria LiFePO4 (ou qualquer outra bateria), deve, pelo menos, monitorizar atentamente as condições de carregamento, como a tensão, a corrente e a temperatura.

Para o efeito, pode utilizar medidores de tensão e de amperagem e um sensor de temperatura para as células da bateria.

Desta forma, saberá se a sua bateria está sob tensão e poderá ajustar as condições em conformidade.

Além disso, ao não utilizar um BMS, irá afetar negativamente a vida útil da sua bateria. Desta forma, a bateria não durará tanto tempo como duraria se tivesse um BMS para garantir condições de trabalho optimizadas.

Nota importante: recomendamos a utilização de um BMS para carregar a sua bateria LiFePO4. Se não o fizer, deve, pelo menos, ter experiência na monitorização de sistemas eléctricos.

Como é que escolho o BMS correto para uma bateria LiFePO4?

Embora as baterias LiFePO4 ofereçam vantagens significativas, podem ser bastante caras. Por esta razão, pode estar a considerar fazer as suas próprias baterias LiFePO4.

Se for esse o caso, utilizar o BMS correto para a sua bateria LiFePO4 é crucial para garantir que o seu conjunto de baterias funciona de forma segura e correcta.

A escolha do BMS LiFePO4 correto depende muito do tamanho do seu sistema de baterias, em particular da sua tensão e capacidade nominal.

Para compreender melhor os requisitos para escolher o BMS correto para o seu conjunto de baterias LiFePO4, comece por analisar algumas propriedades relevantes da bateria, como a tensão, a amperagem, a capacidade e a classificação C.

Tensão

A tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos num circuito (a unidade para a tensão é volts, V).

Por outras palavras, a tensão é a força/pressão com que a corrente se move através de um circuito elétrico.

Um conjunto de baterias é um conjunto de várias células. O número de células (e a sua química) num conjunto de baterias determinará a sua tensão nominal.

As células individuais LiFePO4 têm uma tensão nominal de 3,2V. Desta forma, a ligação em série de quatro células LiFePO4 resulta num conjunto de baterias com uma tensão nominal de 12,8V.

Amperagem

A amperagem é uma medida do fluxo de corrente eléctrica. É por vezes referida como Amperes, para abreviar. Exprime o número de electrões que passam por um determinado ponto de um circuito num dado momento. Por outras palavras, é a taxa a que os electrões fluem num circuito.

Capacidade da bateria

A capacidade da bateria é medida em ampères-hora (mAh para baterias de pequena dimensão). Indica a quantidade total de corrente que uma bateria pode fornecer durante 1 hora até que a sua tensão desça para um valor específico para cada tipo de bateria (tensão de corte).

Taxa C

A taxa C mede a taxa de descarga (ou carga) de uma bateria em relação à sua capacidade nominal.

Uma taxa de 1C significa que a corrente de descarga descarregaria toda a bateria em 1 hora. Assim, para uma bateria com uma capacidade de 100Ah, uma taxa de 1C significa que forneceria 100A durante uma hora. Por outro lado, se a sua taxa C fosse de 0,5C, forneceria 50A durante duas horas.

Considerações finais

O BMS é um componente crucial dos sistemas de bateria - monitoriza as células da bateria e certifica-se de que estão todas a funcionar corretamente em conjunto dentro do conjunto de baterias.

Também mede os parâmetros de carga e descarga, como a tensão, a corrente e a temperatura, para garantir que a bateria está a funcionar corretamente e em segurança.

Se alguma das células começar a funcionar mal, o BMS tomará medidas para corrigir o problema, o que pode incluir o encerramento total do sistema de bateria.

Por este motivo, a escolha do BMS correto terá um impacto significativo no ciclo de vida e no desempenho geral da sua bateria.

Fonte: climatebiz.com Escrito por Ana Lejtman