Esquema de ejemplo de una batería con sistema de gestión de batería (BMS)
Su tarea
Es de vital importancia simular, medir y probar las baterías recargables que se usan en dispositivos y vehículos accionados por batería. La sobrecarga o descarga profunda reduce la vida útil de las baterías recargables. Los posibles defectos pueden dar lugar al sobrecalentamiento de una batería e incluso provocar un incendio.
Normalmente, las baterías más grandes se crean conectando múltiples celdas en serie y en paralelo. Puesto que fluye la misma corriente de carga y de descarga por todas las celdas, las diferencias individuales de capacidad de la batería, la autodescarga, etc. darían lugar con el tiempo a estados de carga (SoC) diferentes y, como consecuencia, limitarían la capacidad y la vida útil de la batería. Los sistemas de gestión de batería (BMS) monitorean, controlan y gestionan activamente distintos parámetros de celda de batería. Las funciones de un BMS son
- Determinar el SoC de cada celda
- Supervisar la integridad y el deterioro de cada celda (estado de salud, SoH)
- Detectar fallas y condiciones excepcionales y prevenir riesgos como sobrecalentamiento o fuego
- Equilibrar el SoC entre las celdas
- Gestión térmica y energética
El equilibrado se puede realizar de forma pasiva cargando selectivamente las celdas que tienen la carga más alta durante el proceso de carga o usando reguladores de modo de conmutación que transfieran activamente la energía desde las celdas con el estado de carga más alto a aquellas con el más bajo.
Puesto que los BMS tienen un papel tan importante en la vida de la batería y en la prevención de fallas, es necesario probarlos exhaustivamente. Los ensayos deben simular todas las condiciones que se pueden dar durante el funcionamiento.
Disposición con ocho fuentes de alimentación bicanal R&S®NGM202 para simular hasta dieciséis celdas de batería como las usadas en un sistema de 48 V
La solución de Rohde & Schwarz
Las fuentes de alimentación de corriente continua R&S®NGL200 y R&S®NGM200 de Rohde & Schwarz son unos dispositivos versátiles con todas las funciones necesarias para ensayar y validar los sistemas de gestión de batería.
La R&S®NGL200 y R&S®NGM200 son aptas para funcionamiento en dos cuadrantes como fuente y sumidero. Son posibles corrientes de fuente de hasta 6 A y corrientes de sumidero de hasta 3 A. Todas las salidas están totalmente aisladas a tierra. Pueden conectarse en serie para emular baterías en un único nivel de celda hasta un voltaje máximo de 250 V a tierra. La impedancia de salida puede ajustarse entre –50 mΩ y 100 Ω. Las mediciones de voltaje y corriente en la salida de la fuente de alimentación ofrecen valores de alta resolución.
Todas las funciones pueden controlarse totalmente en remoto con tiempos de procesamiento de menos de 6 ms. Además, la serie de fuentes de alimentación R&S®NGM200 ofrece un modo opcional de simulación de batería que permite la simulación realista de distintos tipos de celda predefinidos o definidos por el usuario. El voltaje de circuito abierto y la resistencia interna dependientes del estado de carga se definen para cada tipo de celda en un archivo ASCII.
Estas características permiten simular las propiedades de la celda y variarlas a lo largo del tiempo con gran precisión y alta resolución temporal. Para baterías pequeñas y medianas, la corriente de celda se puede tomar directamente de las fuentes de alimentación. Con baterías más grandes como las empleadas en aplicaciones de automóviles, no es necesario que las corrientes de carga y descarga fluyan físicamente para los ensayos de BMS. Los resultados de las mediciones de corriente –p. ej. voltajes en resistencias en derivación (shunt)– se simulan para el BMS, y las fuentes de alimentación establecen los voltajes de celda y alimentan las corrientes equilibradoras.
La R&S®NGL202 y la R&S®NGM202 con sus dos canales por unidad y el factor de forma compacta permiten una configuración flexible y que ahorra espacio para probar un BMS. Un kit de montaje en rack de 19" y unas conexiones de backplane facilitan la integración robusta en racks.
Además de la opción de simulación de batería de R&S®NGM-K106, la serie de fuentes de alimentación R&S®NGM200 ofrece una exactitud de medición mejorada y un registro rápido de corriente y voltaje con una frecuencia de muestreo de hasta 500 000 valores por segundo. La opción de simulación de batería puede ejecutar perfiles guardados en archivos ASCII; estos perfiles describen el voltaje en circuito abierto y la resistencia interna frente al estado de carga. En la fuente de alimentación hay disponibles perfiles para tipos comunes de batería. La función de registro rápido puede capturar picos y glitches estrechos transitorios en la corriente y el voltaje con fines de depuración.
Resumen
Las fuentes de alimentación R&S®NGL200 y R&S®NGM200 de Rohde&Schwarz simulan perfectamente celdas de batería al realizar ensayos en sistemas de gestión de batería. En muchos casos pueden sustituir a los simuladores de batería específicos, mucho más caros.
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