Híbridos y Eléctricos

UN MERCADO CRECIENTE

¿Por qué el BMS de las baterías de los coches eléctricos tiene que ser inalámbrico?

Varios fabricantes han optado por “cortar los cables” de sus sistemas de gestión de las baterías, una tecnología que se volverá imprescindible en el futuro de los coches eléctricos.

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La industria del automóvil eléctrico prescindirá de los cableados que sirven para monitorizar las celdas de las baterías porque los sistemas de gestión de baterías inalámbricos ofrecen múltiples ventajas respecto a los tradicionales.

El sistema de gestión de batería (BMS-Battery Management System) es un componente extremadamente importante en un vehículo eléctrico. Su misión es supervisar el funcionamiento eléctrico y térmico de las celdas de la batería y el conjunto completo en el que se empaquetan. Un BMS no solo monitorea los voltajes, la corriente y los parámetros de temperatura, sino que también realiza el balanceo de las celdas, calcula la carga de la batería y las tasas de degradación entre otras tareas.

Cuando se aumenta la cantidad de celdas en el interior de una batería para dotarla de mayor capacidad energética y por lo tanto ofrecer mayor autonomía en un vehículo eléctrico, también aumenta la cantidad de componentes necesarios para el monitoreo de cada celda dentro de un BMS porque hay una cantidad máxima de celdas que se pueden conectar a estos sistemas. Los monitores de celda estiman el estado de carga (SoC) y el estado de salud (SoH) de la batería mediante el uso de un algoritmo incorporado para maximizar la capacidad, la vida útil y el rendimiento de la batería.

La conexión entre los monitores de las celdas y las unidades de microcontrolador (MCU) se ha realizado generalmente mediante cables y conectores. Pero cuando hay demasiados, aumentan las probabilidades de que se produzcan fallos (roturas de cables y malos contactos). El BMS puede mejorarse con algoritmos más inteligentes para controlar más celdas, pero está limitado por la cantidad de ellas que pueden estar en contacto a través del arnés de cables. Es como un médico con todo el conocimiento y la inteligencia necesarios, pero que físicamente no puede llegar a todos los pacientes que necesitan ser examinados.

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En un BMS cableado la conexión entre los monitores de las celdas y las unidades de microcontrolador aumenta las probabilidades de que se produzcan fallos e incrementa el peso y el volumen de la batería.

Cualquier incremento en el número de cables conlleva un mayor coste y un mayor peso, lo que juega en contra de las pretensiones de los fabricantes que tratan de mantener ambos factores en el mínimo posible. Además, demasiados cables también pueden hacer que el ensamblaje del paquete de baterías sea más complejo y costoso.

Y llega el wBMS: adiós a los cables

Todos estos inconvenientes están haciendo que los diseñadores de baterías estén recurriendo a los nuevos sistemas de administración de baterías inalámbricas (wBMS), una tecnología que ofrece comunicación inalámbrica entre los MCU y los monitores de las celdas, para reducir la cantidad de cables y conectores para así aumentar el alcance de los vehículos eléctricos y reducir los errores. En un sistema inalámbrico, se eliminan tanto peso, como complicaciones y costes del cableado, mientras que aumenta la cantidad de celdas que se pueden administrar.

Un wBMS también puede proporcionar una mayor capacidad de reutilización que los sistemas de monitoreo cableados convencionales cuando se emplean en aplicaciones secundarias. Cuando la capacidad de los paquetes dotados de sistemas inalámbricos se reduce hasta el punto en que ya no son óptimas en el vehículo, todavía pueden funcionan como fuentes de alimentación constante combinándolas con otros paquetes de baterías inalámbricos como generadores de energía limpia. Esto se puede hacer sin necesitar un rediseño o una revisión del sistema de administración de la batería que siempre es necesario cuando esta inicia un uso de segunda vida.

Los fabricantes que trabajan en el wBMS

Algunos proveedores y fabricantes de automóviles han anunciado recientemente la implementación de esta nueva tecnología. General Motors ya está utilizando un wBMS en todos sus vehículos de producción alimentados por las baterías Ultium. El sistema inalámbrico fue desarrollado por Analog Devices, Inc (ADI). La implementación del wBMS de ADI elimina el cableado tradicional, ahorra hasta un 90 % del cableado y hasta un 15 % del volumen en el paquete de baterías, además de mejorar la flexibilidad del diseño y la capacidad de fabricación, sin comprometer el alcance y la precisión durante la vida útil de la batería.

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Configuración del sistema wBMS de General Motors en las baterías Ultium.

El wBMS creado por ADI cuenta con la certificación ISO/SAE 21434. Se trata del nuevo estándar de ingeniería y gestión de ciberseguridad automotriz para la gestión de riesgos de ciberseguridad a lo largo del ciclo de vida del vehículo, desde el concepto, el desarrollo y la producción del producto, hasta la operación, el mantenimiento y el desmantelamiento de los sistemas eléctricos y electrónicos.

“La escalabilidad, la flexibilidad y la reducción de la complejidad de nuestras baterías Ultium es fruto del sistema inalámbrico de administración de baterías”, asegura Kent Helfrich, director ejecutivo de Electrificación Global y Sistemas de Baterías de GM. “El sistema inalámbrico representa el epítome de la capacidad de configuración de Ultium y debería ayudar a GM a construir vehículos eléctricos rentables a gran escala”.

Otro proveedor que también ha desarrollado un wBMS es Marelli, Su solución está disponible desde el segundo trimestre de 2022 y estará presente en los coches eléctricos de sus clientes en 2024. El peso reducido debido a la eliminación de los conectores permite una mayor eficiencia energética, aumentando así la autonomía del vehículo con la misma carga. La solución también abre espacio en el paquete de baterías para permitir que quepan baterías más grandes, lo que garantiza versatilidad, escalabilidad y optimización. En última instancia, en las circunstancias adecuadas, las baterías más grandes también se traducen en un mayor rendimiento energético y una mayor autonomía del vehículo.

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El BMS inalámbrico del Grupo Marelli reduce todo el arnés de cableado de la batería en un 90 %, además de simplificar el diseño y la instalación de las celdas de la batería.

“El BMS inalámbrico es una tecnología disruptiva para la industria del automóvil ya que elimina la necesidad del arnés, los cables y los conectores de la batería asociados con los sistemas BMS cableados estándar", explica Razvan Panati, Jefe de Tecnología de Electrónica de Potencia de la División de Electrificación de Vehículos de Marelli. “Marelli diseñó tanto el wBMS como el Wired BMS con arquitecturas base idénticas, compatibles con dos formas diferentes de comunicación e interfaces. De esa manera, nuestra tecnología se puede aplicar en múltiples plataformas de vehículos con cambios mínimos. Esta flexibilidad de la solución garantiza una reducción significativa de los costes de ingeniería y permite a Marelli hacer que esta tecnología de gama alta sea asequible para el mercado de masas”.

El futuro del wBMS

La tecnología BMS inalámbrica proporciona muchas ventajas sobre la tecnología BMS cableada tradicional. Esto significa que su implementación seguirá creciendo. El tamaño del mercado global del sistema de administración de baterías se estimó en 6.220 millones de dólares en 2021 y se espera que alcance alrededor de los 35.140 millones de dólares para 2030.

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