El sistema de gestión de baterías falló en el retiro de baterías de vehículos eléctricos por $900 millones

Resulta instructivo que un BMS (sistema de gestión de baterías) defectuoso fue, al menos en parte, la causa del reciente retiro del mercado de 82,000 EV (vehículos eléctricos) modelo Kona de Hyundai para reemplazar los paquetes de baterías de iones de litio (Li-ion) que representan un riesgo de incendio (Figura 1). Con un costo de casi mil millones de dólares, este es uno de los retiros de automóviles más grandes de la historia.

Figura 1: Hyundai Motor Co. está reemplazando las baterías en aproximadamente 82,000 EV Kona y otros dos EV vendidos a nivel mundial debido a los posibles riesgos de incendio. (Fuente de la imagen: Hyundai Motor Co.)

Como se mencionó, no se trataba exclusivamente de las baterías. “Los tests de laboratorio del KATRI (Instituto de Pruebas e Investigación de Automóviles de Corea), administrado por el estado, mostraron que ni el separador de la batería ni las celdas de la batería desalineadas causaron el incendio en los vehículos, mientras que el sistema de gestión de baterías de Hyundai no se aplicó adecuadamente en el sistema de carga rápida", según un informe del Korea Herald.

El informe también indica: "El Ministerio de Tierra, Infraestructura y Transporte encontró que algunas celdas de batería defectuosas fabricadas en la planta de LG en Nanjing desde julio de 2017 a 2019 conllevan riesgos potenciales de incendios". Y agrega que en un retiro anterior, "Hyundai actualizó el BMS para limitar la tasa de carga máxima al 90 por ciento”, pero el retiro del mercado se solicitó cuando se incendió un vehículo que había recibido la actualización de software.

Las baterías de iones de litio se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, incluidos los robots móviles, las bicicletas eléctricas, los drones, las herramientas eléctricas, los dispositivos para uso médico portátiles y otros, no solo los EV. El retiro del mercado de Hyundai señala la necesidad crítica de diseños de BMS efectivos, además del uso de baterías de iones de litio de alta calidad.

Afortunadamente, los diseñadores tienen múltiples opciones para diseñar BMS, incluidas las placas de evaluación y los diseños de referencia para acelerar el proceso de diseño. Echemos un vistazo a algunas de las soluciones BMS disponibles para los EV y los robots móviles grandes de Texas Instruments, para las bicicletas eléctricas y los robots móviles más pequeños de Maxim Integrated, y para los drones, los rovers, las herramientas eléctricas y los dispositivos para uso médico portátiles de NXP Semiconductors.

BMS para hasta 560 celdas

El BQ79616-Q1 calificado para QEC-Q100 y compatible con ASIL-D de Texas Instruments permite el balance autónomo de celdas y el monitoreo de temperatura interna. En el caso de una condición de temperatura excesiva, admite pausa automática y reanudación del equilibrio. El BQ79616-Q1 proporciona mediciones de voltaje de celda de alta precisión en menos de 200 μs (microsegundos) para seis a dieciséis celdas.

Para acelerar el desarrollo de aplicaciones BMS, Texas Instruments ofrece la placa de evaluación BQ79616EVM-021 (Figura 2). Se pueden conectar hasta 35 dispositivos BQ79616-Q1 para admitir paquetes de baterías de iones de litio para los EV con hasta 560 celdas.

Figura 2: Cada BQ79616EVM puede gestionar hasta 16 celdas de iones de litio y se pueden apilar 35 módulos BQ79616EVM. (Fuente de la imagen: Texas Instruments)

Bicicletas eléctricas y robots móviles más pequeños

Para los diseñadores de las bicicletas eléctricas, los robots móviles más pequeños y las herramientas eléctricas, Maxim Integrated ofrece el DS2788E+ para monitorear la corriente, el voltaje, la tasa de descarga y la temperatura (Figura 3). También estima la capacidad disponible para baterías de iones de litio y de polímero de litio. Una Memoria Programable y Borrable de Solo Lectura en chip almacena las características de la celda y los parámetros de la aplicación. La estimación de la capacidad se informa como un porcentaje de la carga completa en mAh (miliamperios hora). El DS2788E+ incluye controladores de pantalla LED para simplificar la visualización del estado de carga. Para poner en marcha los diseños, Maxim ofrece la placa de evaluación de gestión de energía del indicador de combustible DS2788EVKIT+ DS2788.

Figura 3: El DS2788 incluye controladores de pantalla LED para simplificar la visualización del estado de carga de los paquetes de baterías de litio. (Fuente de la imagen: Maxim Integrated)

BMS para 3 a 6 celdas

Para los diseñadores de los drones, los rovers, los scooters, las herramientas eléctricas y los dispositivos para uso médico portátiles que utilizan de 3 a 6 celdas, NXP ofrece el diseño de referencia de BMS RDDRONE-BMS772 (Figura 4), basado en el MC33772B, un controlador de celda de batería de iones de litio de 6 canales. El controlador realiza la conversión de analógico a digital en voltajes y corrientes de celda diferenciales para proporcionar el recuento de culombios de carga de la batería y las mediciones de temperatura de la batería. Cuando se utiliza en drones, el diseño de referencia puede comunicarse con una FMU (unidad de gestión de vuelo) a través de UAVCAN o un SMBus.

Figura 4: El diseño de referencia RDDRONE-BMS772 puede comunicarse con una FMU a través de UAVCAN o un SMBus. (Fuente de la imagen: NXP)

Características del diseño de referencia RDDRONE-BMS772:

• Soporte para pilas de baterías de 3 a 6 celdas con voltajes que van desde 6.0 a 26 voltios
• Precisión de ± 5.0 mV (milivoltios) al medir voltajes de pila y celda
• Equilibrio de celdas activo mientras se carga la pila
• Admite autenticación de batería
• Soporte para comunicación CAN, I2C y NFC
• Incluye un modo de suspensión profunda de corriente de fuga baja (para almacenamiento y transporte)

Conclusión

Cuando se mencionan las baterías en retiradas masivas de los EV, muchos asumen rápidamente que debe haber sido la batería debido a los productos químicos y las estructuras involucradas en su fabricación. Pero como se señala en este caso en particular, eso es demasiado simplista. No se puede sobreestimar la importancia de la relación sinérgica entre la batería y el BMS. Además de las baterías de iones de litio de alta calidad, los diseñadores deben tener mucho cuidado con sus opciones de diseño de BMS y aprovechar las placas de evaluación disponibles y los diseños de referencia para probar y verificar esas opciones.