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Gestión de baterías en los nuevos vehículos eléctricos

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Dando pasos hacia la estandarización de las baterías

Fijándonos en los diferentes CI de CVM y sus interfaces de comunicación de BMS interno disponibles en el mercado, es evidente que muchas interfaces de comunicación ya están protegidas por las patentes (ver la figura siguiente).

Aunque las soluciones de CVM individuales pueden ser una alternativa de coste optimizado, elegir un chip de CVM de otro fabricante también implica el cambio de la interfaz de comunicación, lo que se traduce en un ciclo de desarrollo largo con grandes inversiones y riesgos durante la validación y la cualificación. Al mismo tiempo, las soluciones de CI de CVM para arquitecturas de BMS modular se encuentran constantemente bajo revisión porque los requisitos están cambiando.

A través de un proceso revolucionario, los miembros de la industria tratan de mantener la mayor parte de la arquitectura posible, añadiendo sólo aquellas funciones que se demanden. No obstante, las nuevas características son cada vez más diversas, imponiendo grandes cambios de silicio como la suma de un microcontrolador para ofrecer un procesamiento previo extra o una mayor flexibilidad en el módulo.

Figura 2: Módulo con un CI de CVM y una interfaz de comunicación aislada adecuadamente
Módulo con un CI de CVM y una interfaz de comunicación aislada adecuadamente

Este nivel de cambio dota de la oportunidad de replantearse completamente el enfoque del CI de CVM y buscar más estandarización entre los propios CI de CVM, superando los obstáculos del pasado.

De la anterior discusión sobre la elección de un BMS modular o en cuanto a la celda, queda claro que los CI usados en BMS modular son totalmente diferentes de aquellos empleados en un BMS con respecto a la celda. Sin embargo, tomando un enfoque de dos pasos que separas las funciones de monitorización de celda de las de la comunicación, parece haber algo de espacio para la estandarización en lo que se refiere a la interfaz de CVM.

A modo de ejemplo, los miembros de la industria podrían definir una interfaz SPI cuasi estándar entre el CI de CVM y el CI de comunicación, con un subconjunto mínimo de comandos acordado y las localizaciones definidas para los diversos datos, como: lecturas de tensión y temperatura; comandos de balanceo; límites de subtensión y sobretensión; enfoque FuSa; y tamaño de la verificación por redundancia cíclica (CRC). Este protocolo común podría separar la función de monitorización de tensión de la interfaz de comunicación y permite a los OEM y proveedores escoger el enfoque de diseño de dos chips apropiado para la aplicación (ver la figura siguiente).

Primer paso de un enfoque de dos fases: sinergia entre BMS modular y BMS a nivel de celda
Primer paso de un enfoque de dos fases: sinergia entre BMS modular y BMS a nivel de celda

Por naturaleza, muchas soluciones inalámbricas y de comunicaciones mediante línea de potencia (PLC) son aplicaciones definidas por software basadas en microcontroladores embebidos con memorias flash. A pesar de que esto cumple muy bien con la tendencia hacia mayores niveles de integración, estas tecnologías de CI se suelen centrar en productos de consumo que se dirigen a Internet de las Cosas (IoT) y, como tales, no cumplen con los procesos de señal mixta usados para CI de CVM (<60 V) en un BMS modular.

Por consiguiente, la mejor arquitectura es un enfoque de dos chips; alojando las funciones de CVM y comunicación en dos dispositivos integrados y separados. Una segunda fase para obtener una integración superior permitiría ensamblar estos dispositivos en el mismo encapsulado. Las interfaces de comunicaciones por cable todavía pueden requerir una infraestructura de transceptor adicional, dependiendo de la tecnología de aislamiento elegida. Por ejemplo, Ethernet o CAN poseen protocolos que también se pueden integrar con el microcontrolador en un chip de comunicación dedicado o estándar.

Evidentemente, todavía es posible integrar las funciones de CVM junto con las funciones de comunicación en un solo dispositivo, especialmente para el BMS a nivel de celda. No obstante, debido a los diferentes requisitos de los OEM y los cambios potenciales en los años venideros – tanto para la CVM como para las funciones de comunicación – parece prudente primero aislar los problemas y después resolverlos mediante el desarrollo de un enfoque de dos chips mientras se estandarizan las interfaces: las celdas y las PCB con respecto al módulo suelen ser lo suficientemente grandes para una solución de dos chips.

No existe una necesidad inmediata (particularmente en lo relativo al coste) de integrar soluciones propias que puedan tener una esperanza de vida limitada. Pero una vez que se desarrollen los estándares reutilizables en todo el sector para la comunicación interna de BMS (para comunicaciones por cable e inalámbricas) y aparezca una base de proveedores compatible, entonces los riesgos de desarrollo se mitigarán lo suficiente como para animar a los fabricantes a consolidar las funciones de CVM y comunicación en un solo dispositivo.

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