¿Qué es un sistema de gestión de batería o BMS?

Sistema de gestión de baterías BMS: el sistema de gestión y protección que alarga la vida de tu batería de litio

La evolución de las baterías de litio para instalaciones fotovoltaicas ha sido meteórica en los últimos años. Ya es la opción preferida entre las personas que deciden incorporar a su instalación solar un sistema de almacenamiento, ya sea para su vivienda o empresa. Y un elemento clave en este tipo de tecnología es el sistema de gestión de baterías BMS, por sus siglas en inglés (Battery Management System).

En este artículo queremos ayudarte a conocer cómo funcionan estos sistemas, de manera que puedas tener más herramientas para elegir el componente que más te conviene para tu instalación fotovoltaica. Si tienes alguna duda sobre instalaciones fotovoltaicas para viviendas o empresas, contacta con nosotros sin compromiso:

En este artículo te explicamos en qué consiste el sistema BMS, sus ventajas y por qué las baterías de litio necesitan este sistema de gestión.

¿Qué es un sistema de gestión de baterías BMS?

El BMS o sistema de gestión de baterías es un componente inteligente encargado del control y gestión avanzada del sistema de almacenamiento; podemos decir que se trata del cerebro de la batería. Y su papel es crucial a nivel de seguridad, rendimiento, tasas de carga y longevidad, como veremos a continuación.

¿Cuál es la función principal del BMS?

La principal función del sistema de gestión de la batería BMS es controlar la carga y descarga de la batería. Pero también realiza otras funciones como:

• La estimación del estado de la batería;
• Monitoreo; y el análisis del estado de la batería;
• Protección de seguridad;
• Gestión del control de energía;
• Gestión de la información de la batería.

El BMS, por tanto, puede recopilar, procesar y almacenar información importante durante el funcionamiento de las baterías en tiempo real. A su vez, puede intercambiar información con dispositivos externos como controladores. También puede resolver problemas clave relacionados con la seguridad, disponibilidad, facilidad de uso y vida útil del litio.

Pero, como decíamos, su función principal es mejorar la tasa de utilización de la batería, evitar que la batería se sobrecargue y se descargue en exceso, extender la vida útil de la batería y monitorear el estado de la batería. Dicho de otra forma, es un sistema para administrar, controlar y usar paquetes de baterías.

¿Cómo funciona un sistema de gestión de baterías o BMS?

El sistema de gestión de la batería se encarga de supervisar las celdas individuales del paquete de baterías. Luego calcula cuánta corriente puede entrar (cargar) y salir (descargar) de forma segura sin dañar la batería.

Los límites de corriente que establece evitan que la fuente (generalmente un cargador de batería) y la carga (como un inversor) sobrecarguen la batería. Esto protege la batería de voltajes de celda demasiado altos o bajos, lo que ayuda a aumentar su vida útil.

El BMS también monitorea la carga restante en la batería. Esto es muy importante para que no te quedes sin energía. El BMS realiza un seguimiento continuo de la cantidad de energía que entra y sale del paquete de baterías, y supervisa los voltajes de las celdas. Utiliza estos datos para saber cuándo se agota la batería y, llegado el caso, la apagará. Esta es la razón por la que las baterías de litio no muestran signos de morir como una de plomo-ácido, sino que simplemente se apagan.

¿Por qué las baterías de litio tienen BMS?

El BMS se utiliza principalmente en las baterías de litio y no en las de plomo-ácido ¿Por qué?, La protección que ofrece este sistema tiene que ver con las propiedades de sus propios materiales, las celdas de la batería y la posibilidad de sobrecarga grave.

Propiedades de los materiales

El material de la placa que divide las celdas de una batería de plomo-ácido es dióxido de plomo (PbO2). El material suplementario del tablero es plomo puro (Pb), similar a una esponja. Los materiales más gruesos incluyen particiones y conchas. Está fabricado con materiales con resistencia a los ácidos, al calor, a los golpes, además de aportar un buen aislamiento y determinadas propiedades mecánicas. El policarbonato está hecho de ácido sulfúrico puro y agua destilada en cierta proporción.

Por su parte, las baterías de litio se basan principalmente en el movimiento de iones de litio entre los electrodos positivo y negativo. Las baterías de iones de litio utilizan un compuesto de litio intercalado como material de electrodo. Los materiales de cátodo más utilizados para las baterías de litio son: óxido de cobalto de litio (LiCoO2), manganato de litio (LiMn2O4), niquelato de litio (LiNiO2) y fosfato de hierro y litio (LiFePO4), que en realidad se utilizan como electrodo negativo de iones de litio. Los materiales son generalmente materiales de carbono, como grafito, carbono blando (como coque, etc.), carbono duro, etc.

En términos de materiales, el litio de una batería de litio es más activo que el plomo de una batería de plomo-ácido. El material del electrodo negativo de una batería de litio es combustible. Si se desea lograr la misma seguridad que una batería de plomo-ácido, la celda de la batería de litio necesita un separador o una carcasa. El material se hace más fuerte y más grueso, por lo que la batería de litio sería más pesada y más grande que la de plomo-ácido. Obviamente, los fabricantes no permiten que esto suceda.

Las celdas de la batería

Las baterías de litio tienen más ventajas que otros tipos de baterías. No obstante, también están limitadas por factores como los materiales de las celdas y los procesos de fabricación actuales. Estos pueden generar diferencias en la resistencia interna, la capacidad y el voltaje entre las baterías de litio de una sola celda.

Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, las celdas individuales de la batería son propensas a una disipación de calor desigual o una carga y descarga excesivas. Con el tiempo, es probable que estas baterías en malas condiciones de trabajo se dañen con antelación y la vida útil general de la batería se acorte considerablemente.

Posibilidad de sobrecarga grave

Si la batería se encuentra en un estado de sobrecarga grave, existe el peligro de explosión. Y esto, como puedes suponer, no solo dañaría el paquete de baterías, sino que puede amenazar tu propia seguridad personal.

Estos tres factores son algunas de las razones por las que las baterías de litio deben estar equipadas con un conjunto de sistemas de administración específicos con los que monitorear, proteger, realizar el balance de energía y gestionar las alarmas de falla de la batería de manera efectiva. De esta manera, se mejora la eficiencia de trabajo y la vida útil de la batería de litio. También mejora las tasas de carga y descarga, siendo mucho más altas que las baterías de plomo-ácido.

¿Qué beneficios aporta el uso de BMS en las baterías?

Sin BMS, los operadores de baterías a menudo dependen únicamente del mantenimiento de rutina para identificar los problemas futuros de la batería y determinar cuándo rehabilitar o reemplazar las baterías. Por lo que los sistemas de monitoreo de baterías complementan estos esfuerzos al capturar parámetros operativos vitales, como: voltaje y corriente; resistencia; temperatura ambiente; niveles de electrolitos; y más.

Estos datos se registran automáticamente y se pueden utilizar para mantenimiento predictivo y estimaciones de tiempo de ejecución más precisas. Pero esta no es la única ventaja del BMS.

Seguridad mejorada

Los sistemas de monitoreo de baterías ofrecen varios beneficios de seguridad, que incluyen:

• Monitoreo y alarmas remotas.
• Reducción del mantenimiento, lo que minimiza el contacto de los usuarios con alto voltaje.
• Alerta temprana por falla del sistema, incluidas condiciones peligrosas.
• Desconexión de la batería en caso de falla o condiciones de funcionamiento inseguras.

Fácil acceso a información clave

El indicador de estado de carga (SOC) funciona como una especie de “indicador de combustible” que muestra la cantidad de energía utilizable; algo similar a las estimaciones de batería en teléfonos móviles y ordenadores portátiles. Esto ayuda a determinar la carga y descarga óptimas.

Las capacidades de registro de información permiten que los sistemas recopilen datos de tendencias y creen informes. Estas herramientas permiten realizar estimaciones, seguimiento a largo plazo y un mejor uso de la batería. Y el acceso remoto y las alarmas de software pueden reducir el tiempo y los costes de mantenimiento y tránsito. Esto hace que el BMS sea especialmente ideal para entornos comerciales y casas de vacaciones, donde los equipos de mantenimiento o los propietarios no siempre están en el lugar.

Costos reducidos de mantenimiento y reemplazo

Incluso las baterías “libres de mantenimiento” como son las de litio, requieren una inspección periódica para un rendimiento óptimo. Y los sistemas de gestión de baterías independientes pueden complementar las inspecciones in situ o los esfuerzos de mantenimiento de los propietarios.

Como decíamos, el BMS no solo optimiza la carga/descarga y otras variables; también ayuda a identificar los requisitos de mantenimiento y predecir fallas de la batería. Y también puede mejorar la vida útil, reduciendo la frecuencia y la probabilidad de reemplazo de la batería.

Una característica conocida como “apagado por bajo voltaje” puede reducir el mantenimiento y maximizar la vida útil, especialmente en aplicaciones remotas donde la inspección de rutina es más difícil.

Por último, el control del voltaje de la celda garantiza que la carga y la descarga no excedan las recomendaciones del fabricante.

Protección contra temperaturas extremas (vida útil prolongada)

Un BMS utiliza sensores para monitorear la temperatura ambiente y de la batería, lo que permite una advertencia temprana cuando las temperaturas de la batería están fuera de los rangos óptimos. Esto también contribuye a prolongar la vida útil y mejorar la capacidad.

Y esto es algo especialmente importante en las baterías de litio, ya que la lectura de temperatura puede influir en si una batería debe cargarse o descargarse (para evitar una fuga térmica).

Equilibrio del voltaje entre células

El voltaje ideal depende de la química de la batería. Pero en todos los casos, el uso de baterías fuera de este rango de voltaje puede reducir la vida útil de la celda.

Además, para prolongar la vida útil y un funcionamiento adecuado, cada celda tiene una ventana de voltaje ligeramente diferente donde debe ocurrir la carga/descarga. Las celdas frías deben cargarse a un voltaje más alto. Y las celdas débiles pueden evitar que otras celdas se carguen por completo.

Algunos sistemas BMS pueden garantizar una carga equitativa entre las celdas midiendo la corriente y la tasa de carga, y realizando un balance de celdas pasivo o activo. Además, el BMS permite una carga avanzada con compensación de temperatura, incluida la flotación (voltaje fijo a lo largo del tiempo), alta corriente pulsada y más.

Como dice el dicho, “conocimiento es poder”; y un sistema de gestión de la batería te permite optimizar la fiabilidad, la seguridad, el mantenimiento, el rendimiento y la vida útil de la batería. Por lo tanto, podemos considerar que el BMS puede ayudar a ahorrar tiempo, dolores de cabeza y dinero.

En este artículo hemos visto la importancia de un sistema de gestión para las baterías de litio. Si quieres saber más sobre este tipo de baterías, contacta con nosotros. Igualmente, si estás interesado en autoconsumo fotovoltaico, escríbenos sin compromiso o si lo prefieres llámanos al 927 500 162. Podemos asesorarte gratuitamente en todo lo que necesitas saber sobre ahorrar con energía limpia. Te haremos un estudio previo para adaptar tu instalación para que cubra tus necesidades. Y podemos ofrecerte nuestros servicios en todo el territorio nacional. Pídenos ya, un presupuesto sin compromiso.

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