Como é que um BMS bem especificado (e as escolhas de instalação corretas) permite segurança, ciclo de vida completo e desempenho previsível para sistemas LiFePO₄

O sistema de gestão da bateria (BMS) é o componente eletrónico mais importante de uma bateria. Bateria LiFePO₄ (LFP) pack. Um BMS corretamente escolhido e configurado protege ativamente as células, equilibra-as e permite um funcionamento seguro e previsível em situações de carga, descarga e temperaturas extremas. Neste artigo, explico o que deve fazer um BMS moderno e adequado à sua finalidade, como escolher o correto para a sua aplicação e as opções de instalação que preservam a vida útil e a segurança da bateria. 

Porque é que o BMS é mais importante para o LiFePO₄ do que parece

As células LiFePO₄ são quimicamente robustas e oferecem um excelente ciclo de vida, mas continuam a exigir um controlo preciso da tensão, corrente e temperatura. Se não forem controladas, a sobrecarga, a descarga profunda, a corrente contínua excessiva, o desequilíbrio das células ou o stress térmico aceleram a perda de capacidade e, em casos raros, criam condições perigosas. Um BMS é a defesa do sistema: monitoriza as tensões e temperaturas das células individuais, efectua o equilíbrio das células, impõe limites de carga/descarga seguros e fornece o estado/comunicação aos carregadores e inversores. Escolher um que apenas "corte a energia" é pedir para ter problemas; escolha um conjunto de caraterísticas alinhado com a forma como a bateria será efetivamente utilizada.

Principais capacidades a exigir de um BMS

Ao selecionar um BMS para um pacote LFP, insista nas seguintes capacidades - não são negociáveis para uma vida útil longa e fiável:

- Monitorização precisa de células individuais e proteção contra sobretensão/subtensão. O BMS deve recolher continuamente amostras de todos os grupos de células da série e atuar antes de qualquer célula ultrapassar os limiares de segurança.

- Equilíbrio celular (ativo ou passivo). A equilibragem corrige pequenas diferenças de estado de carga que, de outra forma, se amplificariam ao longo de muitos ciclos. Para packs com muitas células em série ou com expectativas de longa duração, o balanceamento ativo ou passivo de alta qualidade prolongará de forma mensurável a vida útil.
- Monitorização e protecções térmicas. Os sensores de temperatura (pelo menos ao nível do módulo) e a redução de carga/descarga com base na temperatura evitam o envelhecimento acelerado e garantem um funcionamento seguro em climas quentes ou frios. Considerar BMSes que integrem estratégias de gestão térmica ou que, pelo menos, exponham os dados térmicos ao controlador anfitrião.
- Classificação de corrente adequada e comutação separada de carga/descarga. A capacidade de corrente contínua e de pico do BMS deve exceder, com margem, as correntes de descarga/carga máximas previstas; o controlo separado das vias de carga e descarga evita o bloqueio total quando ocorre um único defeito.
- Interfaces de comunicação (CAN, UART, Bluetooth, etc.). A telemetria, os alarmes e a capacidade de atualizar ou afinar as definições são essenciais para sistemas de maiores dimensões, integração na rede/solar ou qualquer instalação profissional.

Dimensionamento de um BMS para a sua embalagem e caso de utilização

A seleção do BMS é fundamentalmente bidimensional: tensão (número de células em série) e corrente (contínua e de pico). Combinar o BMS gama de tensão para a bateria (por exemplo, 12,8 V nominal = 4s LFP; 51,2 V nominal = 16s, etc.) e escolha uma classificação de corrente confortavelmente acima do pior caso de consumo contínuo (incluindo a corrente de arranque do inversor e a corrente de carga a longo prazo). Para utilização frequente de corrente elevada ou ciclos de funcionamento do inversor, selecione um BMS com maior capacidade contínua e de picos de corrente, em vez de confiar apenas na proteção por fusível.

Dica prática: se o sistema puder ver breves picos de corrente muito elevada, dê prioridade aos BMS que separam a comutação de carga e descarga (e que suportam classificações de picos de corrente de curta duração configuráveis) para que os eventos transitórios não bloqueiem permanentemente o conjunto.

Equilíbrio: passivo vs ativo - o que é importante para si?

O balanceamento passivo (resistivo) é comum e económico para conjuntos pequenos e médios utilizados em condições moderadas. O balanceamento ativo transfere a carga entre as células e é mais eficiente para packs grandes, objectivos de vida útil longa ou packs com cargas parciais frequentes em que a divergência do estado de carga pode aumentar com o tempo. Se a sua aplicação tem como objetivo um ciclo de vida máximo, bancos de grande capacidade ou instalações de rede/armazenamento de energia, considere o balanceamento ativo ou o balanceamento passivo de alta qualidade com limites de tensão apertados.

Gestão térmica: muitas vezes esquecida, sempre importante

Embora as LFP tolerem temperaturas mais elevadas do que alguns produtos químicos, as temperaturas elevadas das embalagens aceleram o envelhecimento do calendário e reduzem a vida útil. A melhor prática é combinar a monitorização térmica do BMS com estratégias de arrefecimento passivo (fluxo de ar, colocação longe de fontes de calor) ou controlo térmico ativo para instalações expostas a amplas gamas de temperatura ambiente. Para aplicações em veículos eléctricos ou de alta potência, um BMS que participe num Sistema de Gestão Térmica da Bateria (BTMS) ajuda a otimizar o desempenho e a limitar a degradação.

Integração: carregadores, inversores e procedimentos

Um BMS moderno deve interoperar corretamente com carregadores e inversores. Prefira BMSs que forneçam sinais claros para terminar a carga, relatórios do estado de carga (SoC) ao nível do pacote e diagnósticos de falhas. Durante a colocação em funcionamento, verifique as definições de tensão de entrada/saída do BMS e calibre o SoC se o sistema o suportar. Documente a configuração para que o pessoal de serviço conheça os pontos de ajuste e os comportamentos de redução.

Lista de verificação de instalação e colocação em funcionamento

Para obter o tempo de vida útil esperado de uma embalagem LFP, siga esta pequena lista de verificação:

1. Verificar o suporte da série de tensões do BMS e a classificação da corrente com margem.

2. Confirmar a estratégia de equilíbrio das células e inspecionar a cablagem/placas de equilíbrio.

3. Colocar sensores de temperatura perto da região mais quente prevista e validar os alarmes térmicos.

4. Configurar os limites de carga/descarga para corresponder às recomendações do carregador e do inversor.

5. Efetuar um teste inicial de saúde/sobrecarga e registar as tensões de base, as resistências e o SoC.
   Esta colocação em funcionamento prática poupa horas de resolução de problemas mais tarde e evita muitas falhas no início da vida útil.

Considerações finais e armadilhas comuns

- BMS subdimensionado: A escolha de um BMS que mal cumpre as especificações de corrente nominal conduz a disparos incómodos ou a sobreaquecimento a longo prazo. Acrescente sempre uma margem.
- Não há comunicação: Um BMS "burro" que apenas dispara esconde os problemas até estes se tornarem graves. A telemetria paga dividendos.
- Ignorar os sensores térmicos: Muitos vendedores incluem-nas como opcionais - não as ignore para instalações de alta potência ou no exterior.
- Assumindo que a tensão da célula = SoC: A curva de tensão plana do LFP esconde o SoC - depende da contagem de coulomb e de um BMS corretamente configurado para uma estimativa precisa do estado da bateria.

Resumindo: escolha um BMS que corresponda à tensão e corrente do seu pacote com margem; insista na monitorização e equilíbrio por célula; adicione deteção térmica; e escolha comunicações que lhe permitam monitorizar e afinar o sistema. Em conjunto, estas escolhas transformam as vantagens químicas do LiFePO₄ num sistema de energia durável e fiável. Para instalações profissionais, a marca RICHYE oferecem módulos BMS e sistemas configuráveis que ilustram estas melhores práticas - mas são os princípios de seleção acima referidos que determinam uma vida longa e um funcionamento seguro, e não apenas a marca.