O sistema de gerenciamento da bateria é um dos sistemas mais importantes em veículos híbridos e elétricos. Ele protege o sistema da bateria de danos e aumenta sua vida útil.
As baterias são dispositivos eletroquímicos complexos com um comportamento não linear distinto, que depende de várias condições internas e externas. O monitoramento da bateria se torna complexo, devido às mudanças consideráveis nas características da bateria durante sua vida útil. Por outro lado, um monitoramento muito preciso e confiável é a principal função do sistema de gerenciamento da bateria (BMS – Battery Management System). Essa função permite a operação segura e confiável do pack da bateria, consequentemente, da aplicação total onde o pack da bateria está instalado.
Nas aplicações automotivas, as baterias são constituídas de packs, cada pack contém vários módulos e cada módulo contém várias células, a quantidade de packs é definida de acordo com a necessidade de cada aplicação. Geralmente, o sistema de bateria dos veículos possui centenas ou milhares de células e o controle de tantas células é realizado pelo BMS.
O BMS é qualquer sistema que gerencia a bateria, pode ser eletrônico, mecânico ou outro dispositivo tecnológico. Esse sistema nos veículos, é constituído de diferentes sensores, atuadores e controladores, que gerencia, monitora, protege, detecta os parâmetros da bateria, estima os estados da bateria, reporta os dados, realiza o balanceando as células, etc.
Devido a isso, algoritmos especiais para o monitoramento da bateria são necessários. O algoritmo de monitoramento da bateria deve considerar as características da bateria. O desafio é que as características da bateria dependem significativamente das condições internas e externas. Quase todas as características da bateria, incluindo, a capacidade e a impedância, mudam significativamente durante a vida útil da bateria devido ao envelhecimento. O algoritmo de monitoramento deve considerar fortes limitações de acordo com as condições de operação da bateria. A área segura de operação da bateria é formada pelos seguintes limites: máxima corrente de descarga e de carga, máxima e mínima tensão das células e máxima e mínima temperatura.
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As principais funções do BMS nos veículos são: proteger as células e os packs da bateria de serem danificados; garantir que a bateria opere dentro da tensão, corrente e temperatura adequadas, garantindo segurança e prolongando o tempo de vida da bateria; e manter a bateria operando nas condições que possam suprir as necessidades do veículo. Os algoritmos são executados em microcontroladores, onde a potência computacional e a memória disponível deve ser considerada como requisito para o hardware do BMS.
O BMS realiza várias tarefas, como medir a tensão do sistema, a corrente, a temperatura, estimar o estado da carga das células, estimar o estado de saúde, determinar a vida útil restante, proteger as células, realizar o gerenciamento térmico, controlar a carga / descarga, realizar o diagnóstico das falhas, comunicar com outros módulos e realizar o balanceamento de células. Todas essas tarefas levam a necessidade do desenvolvimento de algoritmos de monitoramento que representam um compromisso entre robustez, precisão, adaptabilidade e aplicabilidade em hardware de baixo custo.
É um desafio interessante, e considerando todas as aplicações que foram apresentadas nos artigos anteriores, é fácil entender a importância e a relevância desse sistema. Aqui no Brasil existem algumas empresas que trabalham no desenvolvimento desses produtos, uma delas é a HION Tecnologia, a qual sou co-fundadora. Siga a HION nas redes sociais e continue acompanhando nossos artigos aqui no Portal Embarcados, estamos sempre trazendo novidades.
Referências
DA SILVA, C. T.; Sistema de Gerenciamento de Baterias de Lítio com Estimação de Estados com Filtro de Kalman Estendido Adaptativo. 146p. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas. São Paulo, 2022
