En general, se habla mucho de la química de la batería y poco del software y el hardware que las gobierna. Sin embargo, son fundamentales para extraer de ella el mejor rendimiento tanto en la carga como en la descarga. La creciente complejidad en el diseño de los vehículos eléctricos lleva a examinar algunas de las tecnologías emergentes que se están implementando, como es el caso de los sistemas inalámbricos de gestión de baterías (wBMS).
El proveedor italiano Marelli anunció el año pasado un sistema de gestión de la batería que elimina el cableado que une cada celda y lleva la información sobre su estado a la unidad de control encargada de gestionar los parámetros de carga y descarga. Davide Cavaliere, gerente de Productos de Sistemas de Administración de Baterías de Marelli explica su funcionamiento y sus ventajas en una entrevista realizada por batterytechonline.com.
Cavaliere explica que un BMS es una unidad de control electrónico que supervisa el estado de cada una de las celdas ubicadas en el paquete de baterías. Es un dispositivo indispensable para cualquier equipo que emplee una batería de iones de litio. Las celdas de la batería están diseñadas para operar de manera segura en un rango restringido de voltaje, corriente y temperatura. El sistema de gestión de la batería supervisa constantemente estas cantidades físicas para asegurarse de que no se excedan los límites.
Al hacer esto, se garantiza que las celdas no funcionen en condiciones inseguras minimizando la degradación de las celdas. Además, se añaden otras funciones como la estimación del estado interno de la celda, el estado de carga, la salud (o desgaste) y la energía.
Arquitecturas de BMS
Hay dos tipos principales de arquitectura BMS: centralizadas y distribuidas. En una arquitectura BMS centralizada, todas las celdas están conectadas a la misma placa BMS. Esta es una solución efectiva para paquetes de baterías que contienen una cantidad limitada de celdas, hasta 100, según la experiencia de Cavaliere.
La arquitectura BMS distribuida se compone de dos tipos de placas: una placa maestra única y múltiples placas ubicadas cerca de las celdas que monitorean entre seis y unas pocas docenas de celdas. Posteriormente, se conectan a la tarjeta maestra a través de una cadena de comunicación digital.
Esta arquitectura distribuida es preferible para baterías medianas y grandes, como las utilizadas en vehículos híbridos enchufables y eléctricos, en las que se conectan en serie más de 100 celdas. Marelli tiene experiencia con arquitecturas BMS tanto centralizadas como distribuidas, y para el segundo tipo ha desarrollado comunicaciones por cable e inalámbricas, explica Cavaliere.
Ventajas del wBMS frente a BMS
Un BMS inalámbrico es un tipo de BMS distribuido en el que la comunicación entre las placas se realiza de forma inalámbrica en lugar de utilizar una conexión en cadena por cable. El intercambio de datos entre ellos se basa en una frecuencia de radio de 2,4 gigahercios, similar a la comunicación que se establece entre unos auriculares Bluetooth y un teléfono móvil.
La mayoría de los componentes utilizados son los mismos que los de un BMS distribuido convencional. Lo único que cambia es que la interfaz de comunicación que se realiza mediante un circuito integrado inalámbrico acoplado a una antena en lugar de un transceptor de comunicación por cable.
Su principal ventaja es que, al eliminar los cables se reduce el peso y el coste de materiales. Además, el diseño del paquete se simplifica ya que se elimina la necesidad de pensar en el paso de los arneses de cableado. Esta reducción de peso se traduce en menor necesidad de energía para mover el vehículo y, por lo tanto, en una mayor autonomía.
En cuanto a la seguridad, si no se diseña correctamente, la comunicación inalámbrica es menos segura que la comunicación por cable porque cualquier persona puede acceder a los datos dentro del rango de propagación de ondas de radio. Sin embargo, existen medidas implementadas por software, como el cifrado, que obligan a autentificar los datos y a proteger la transmisión. Además, las placas se ubican dentro del paquete de baterías que está rodeado por una carcasa metálica para protegerlo del entorno, lo que evita que las ondas se propaguen lejos.
Factores que influyen para hacer un buen wBMS
Los factores más importantes para que la tecnología inalámbrica ofrezca un buen rendimiento son varios: la tasa de transmisión de datos (megabits por segundo), la intensidad de la señal y el consumo de energía. Estos factores dependen unos de otros y no pueden optimizarse todos al mismo tiempo. Aumentar el rendimiento de datos o la intensidad de la señal conlleva un consumo de energía adicional que, dado que la batería absorbe energía, debe limitarse para evitar un consumo excesivo.
La excelencia en la tecnología BMS inalámbrica se logra mediante la optimización de estos factores para obtener velocidades de comunicación rápidas y de largo alcance, además de un consumo de energía aceptable. Esto requiere mucha experiencia en la elección del protocolo de comunicación adecuado y en el diseño correcto de la parte de radiofrecuencia del sistema. La antena y su circuito de adaptación deben optimizarse para lograr el mejor rendimiento.
