Los sistemas de gestión de baterías (BMS) son el núcleo de todas las soluciones energéticas avanzadas. Desde los vehículos aéreos no tripulados y la robótica hasta los vehículos eléctricos y los sistemas marinos y de defensa. Pero con las crecientes demandas de rendimiento, seguridad y cumplimiento, ¿cómo evolucionan las arquitecturas modernas de BMS para hacer frente a estos desafíos?
Este artículo resume las conclusiones de nuestro reciente seminario web, organizado por nuestro director de tecnología Ran Aloni, en el que se analizaron los componentes clave y la arquitectura del diseño de sistemas de gestión de edificios, las aplicaciones prácticas y las estrategias de certificación. Puede ver la grabación completa [aquí]..
Por qué es importante el diseño del SGE
Un sistema de gestión de edificios es algo más que una herramienta de supervisión: determina la seguridad del producto, la eficiencia, la experiencia del cliente e incluso el éxito de la certificación.
Principales razones por las que el diseño de los sistemas de gestión de edificios es fundamental:
- La seguridad ante todo: Protege contra sobrecarga, sobredescarga, cortocircuito y eventos térmicos.
- Información basada en datos: Permite actualizaciones de estado en tiempo real, mantenimiento predictivo y seguimiento del rendimiento.
- Preparado para la certificación: Cumple las normas mundiales (UN 38.3, IEC 62133, UL 2054) con una arquitectura robusta y componentes probados.
Componentes básicos de un SGE
1. Módulo del circuito de protección (PCM)
Todos los BMS empiezan con el PCM. Es el guardián basado en hardware que garantiza que el voltaje, la corriente y la temperatura se mantengan dentro de unos límites seguros.
Las características comunes incluyen:
- Protección contra sobretensión/subtensión y temperatura de batería/célula
- Detección de cortocircuitos
- Control de precarga
- Protecciones secundarias como fusibles
2. Control de la batería (medición de gas)
Se debatieron dos métodos principales de estimación:
- Recuento de culombios: Mide la entrada/salida de carga a lo largo del tiempo, anclada en estados llenos/vacíos.
- Estimación de la curva EMF: Utiliza la tensión en condiciones teóricas de 0 A para estimar el SoC con mayor precisión.
Juntos, proporcionan información crucial sobre el estado de carga y la salud de la batería, esencial para aplicaciones portátiles y de misión crítica.
3. Equilibrio celular: Pasivo frente a activo
¿Por qué equilibrar? Porque el desequilibrio entre las celdas limita la capacidad útil y acorta la vida de la batería.
- Equilibrado pasivo: Purga el exceso de carga de las células de mayor voltaje mediante resistencias. Rentable y adecuado para packs bien diseñados con celdas de alta calidad.
- Equilibrado activo: Transfiere la carga de las células altas a las bajas utilizando inductores o condensadores. Útil en sistemas grandes, de alta capacidad o químicamente desequilibrados.
Lo más importante: En la mayoría de las aplicaciones estándar, el equilibrado pasivo es suficiente si la batería está construida con celdas de alta calidad y una estructura homogénea.
4. Interfaces de comunicación
Ya has recopilado los datos, ¿y ahora cómo los utilizas?
- Protocolos estándar: SMBus (I2C de bajo consumo), UART, CAN, RS485/422
- Integración avanzada: MODBUS, CANopen, DroneCAN, TCP/IP, Bluetooth
- Consideraciones clave: Interferencias electromagnéticas (EMI), potencia en espera y direccionamiento de la batería.
Consejo: Trate siempre la batería como el dispositivo esclavo en las cadenas de comunicación para preservar la energía y evitar conflictos de datos.
Casos prácticos:
Aplicaciones de alta tensión (vehículos eléctricos, vehículos aéreos no tripulados, marina)
SGE centralizado frente a descentralizado
- Centralizado: Toda la seguridad y la supervisión en una unidad eficiente para sistemas compactos.
- Descentralizado: Divide las funciones entre módulos (ideal para baterías de 100-1000 V), reduciendo la complejidad del cableado y permitiendo el diagnóstico a nivel de módulo.
Escenarios de potencia crítica (aviación, defensa)
Cuándo puede ser peligroso anular la seguridad
- Sin BMS: Raro, pero posible en sistemas guiados.
- Modos tierra/aire: Protección total en tierra, limitada en vuelo.
- Protección de descarga externa: Fusible o controlador inteligente externo al BMS.
Ejemplo: En un dron, un BMS sobreprotector que corte la alimentación en pleno vuelo puede ser más arriesgado que tolerar un fallo temporal.
Consideraciones sobre la certificación: Construir para el éxito desde el principio
Conseguir la homologación reglamentaria, ya sea UN 38.3, IEC 62133 o UL 2054, es más que marcar una casilla. Comienza con el diseño de la batería y el SGE. Un BMS certificable debe construirse desde cero teniendo en cuenta el cumplimiento de la normativa:
- Configuración fija: control total sobre la lista de materiales (BOM), el firmware y el diseño del hardware.
- Múltiples capas de seguridad: mecanismos de protección redundantes para sobrevivir a fallos puntuales.
- Integridad mecánica: diseño físicamente robusto con una disposición adecuada de la placa de circuito impreso, conectores estables y un cableado seguro.
- Equipo de diseño cualificado y certificado - Un sistema de gestión de edificios es tan bueno como los ingenieros que hay detrás. Su equipo debe conocer las vías de certificación, los protocolos de seguridad y las limitaciones de diseño. Busque socios con:
- Experiencia demostrada en el desarrollo de sistemas de gestión de edificios
- Procesos con certificación ISO (por ejemplo, ISO 9001 para la gestión de la calidad)
- Familiaridad con las prácticas de diseño SIL (nivel de integridad de la seguridad)
Aunque un sistema de gestión de baterías no recibe una certificación independiente, su diseño y proceso de validación se evalúan a fondo durante la certificación de la batería. Elegir un socio con los conocimientos técnicos y los sistemas de calidad adecuados es clave para evitar retrasos o repeticiones costosas.
Reflexiones finales
¿Quiere profundizar en el tema? La grabación completa del seminario web está disponible aquí
En las exigentes aplicaciones actuales, el diseño del BMS no es opcional, sino estratégico. Desde la seguridad y el rendimiento hasta los datos en tiempo real y el cumplimiento de normativas, un BMS bien diseñado libera el potencial del producto y garantiza la fiabilidad sobre el terreno.
En Dan-Tech Energy, nuestro equipo de ingenieros aporta décadas de experiencia en gestión de energía, diseño personalizado de placas de circuito impreso y asistencia para la certificación de baterías. Respaldados por procesos de fabricación globales y conformes con la norma ISO, ayudamos a los clientes a pasar del concepto a la producción con confianza.
Tanto si está construyendo un tren de potencia para un vehículo aéreo no tripulado, un robot industrial o un sistema de almacenamiento de energía, el socio adecuado puede marcar la diferencia.
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