Análisis de los tipos y necesidades de BMIC

Tipos y funciones de BMIC

Los BMIC pueden dividirse en BMIC Protector, BMIC Cargador, BMIC Medidor, BMIC Monitor/AFE, BMIC Equilibrador, BMIC Autenticador y otros tipos. Los BMIC cargadores también pueden clasificarse en interruptores, lineales y de bomba de carga. El BMIC equilibrador puede dividirse en dos tipos: ecualización activa y ecualización pasiva.

Protector BMIC

El Protector BMIC se encarga de supervisar la carga y descarga de las celdas de las baterías para garantizar que éstas no se dañen debido a abusos o fallos externos. En términos generales, las condiciones anormales que el Protector BMIC necesita monitorizar incluyen sobretensión, sobrecorriente, sobrecorriente de descarga, sobrecorriente de carga, sobrecalentamiento, etc. Cuando se detecta una situación anormal, el chip de seguridad de las baterías puede cortar el circuito a tiempo para garantizar la seguridad del sistema de baterías. En la actualidad, algunos BMIC (cargador, medidor, etc.) integran funciones de protección, pero para conseguir una protección más completa, el BMIC protector dedicado sigue siendo un componente indispensable en algunas aplicaciones. Estructuralmente, el BMIC Protector se compone principalmente de un circuito de muestreo, un circuito amplificador y un circuito lógico. En comparación con chips como Monitor BMIC y Gauge BMIC, dado que los parámetros de medición de Protector BMIC sólo se utilizan para la comparación con umbrales, los requisitos de precisión de muestreo son relativamente bajos, y la parte del circuito lógico también está dominada por comparadores, y la estructura es relativamente sencilla.

Cargador BMIC

Las funciones que el cargador BMIC debe implementar son: ● Gestión de la ruta de alimentación (PPM): Controle la ruta de alimentación para que la interrupción de la fuente de alimentación externa no afecte al funcionamiento normal del sistema; ● Control de carga y descarga: Controlar y gestionar adecuadamente la carga y descarga de las baterías. El proceso típico de carga de baterías suele dividirse en una fase de goteo, una fase de corriente constante y una fase de tensión constante. El control de conmutación entre cada fase debe ser realizado por el BMIC del cargador. Limitado por los requisitos de coste, volumen y disipación de calor del chip, el chip de carga sólo suele utilizarse para cargar aparatos eléctricos de baja potencia. Para aplicaciones de alta potencia (como los vehículos eléctricos), se suele utilizar un circuito de carga de alta potencia construido con dispositivos discretos. Según las diferentes topologías de circuito, los BMIC de carga pueden dividirse en lineales, de conmutación y de bomba de carga. Entre ellos, el BMIC cargador lineal se utiliza normalmente en aplicaciones de carga de baja potencia, y el BMIC cargador de conmutación es el más utilizado, que puede soportar aplicaciones de carga que van de decenas a cientos de W. El BMIC cargador de bomba de carga se utiliza principalmente en ocasiones de carga rápida, que puede mejorar eficazmente la eficiencia de carga en la etapa de carga de corriente constante.

Indicador BMIC

La función del Gauge BMIC es utilizar un algoritmo específico para estimar el SOC/SOH de la batería y otros parámetros midiendo las características externas de las baterías (como tensión, corriente, temperatura, etc.), y devolver los resultados al chip controlador. La principal competencia de Gauge BMIC reside en el diseño del circuito de muestreo de alta precisión y el algoritmo SOX. Para lograr una estimación SOX de alta precisión, es esencial un muestreo de tensión y corriente de alta precisión. Además, los algoritmos de estimación de SOC utilizados habitualmente incluyen el método de tensión de terminación de descarga modificado y el método de corrección de tensión dinámica.

Monitor BMIC y Balancer BMIC

La función principal del Monitor BMIC es monitorizar los parámetros de las baterías con alta precisión y enviar los datos relevantes al controlador principal a través de la interfaz de comunicación. A diferencia del Gauge BMIC, el Monitor BMIC sólo tiene la función de monitorización de parámetros, que se utiliza generalmente cuando el número de serie es elevado. Normalmente, es necesario conectar en cascada varios chips de monitorización para formar un sistema de monitorización completo. En un sistema con un elevado número de cadenas, para garantizar el equilibrio entre la tensión y la potencia de las células, es necesario adoptar medidas de equilibrado de la potencia. En la actualidad, existen dos esquemas comunes para equilibrar la potencia: el equilibrio activo y el equilibrio pasivo.

Autenticación BMIC

El BMIC de autenticación se utilizaba principalmente en dispositivos con baterías extraíbles en los primeros tiempos. Con el fin de evitar daños a los dispositivos o a los usuarios causados por baterías no coincidentes, un BMIC de autenticación se integra generalmente en el paquete de baterías, y la autenticación se realiza cuando la batería está conectada al sistema. Sólo las baterías autenticadas pueden suministrar energía al sistema. Además, aunque actualmente la mayoría de las baterías de los teléfonos móviles no son extraíbles, para evitar los riesgos potenciales causados por los usuarios que sustituyen las baterías por sí mismos, los fabricantes suelen optar por configurar un BMIC de autenticación en las baterías integradas del dispositivo.

La demanda de BMIC crece rápidamente

Consumo: el mayor segmento descendente en los próximos 3-5 años

Las principales aplicaciones del mercado de consumo de baterías de litio incluyen teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tabletas, auriculares TWS, relojes inteligentes, etc. Entre ellos, los teléfonos móviles/tabletas/auriculares TWS/relojes inteligentes suelen utilizar baterías de iones de litio de 3,7 V, y los ordenadores portátiles suelen utilizar 3 cadenas de baterías de iones de litio de 12,6 V. En la actualidad, los BMIC que intervienen en los productos electrónicos de consumo suelen ser de tres tipos: BMIC cargador, BMIC medidor y BMIC protector. Además, los primeros teléfonos móviles utilizan baterías extraíbles, por lo que, además del BMIC cargador, el BMIC protector y el BMIC indicador, se requiere un BMIC de autenticación adicional. En los últimos años, con la evolución de las baterías de los smartphones hacia soluciones técnicas no extraíbles, el BMIC de autenticación sólo puede encontrarse en algunos smartphones de gama alta. En conjunto, al ser el primer terminal en adoptar la solución de las baterías de litio, el ámbito del consumo seguirá siendo el mayor mercado descendente de BMIC en los próximos 3-5 años.

Demanda de BMIC para baterías de herramientas eléctricas

Los productos BMIC relacionados con los vehículos eléctricos de dos ruedas incluyen generalmente tres BMIC: Gauge BMIC, Monitor BMIC y Protector BMIC. Los productos BMIC para baterías para herramientas eléctricas generalmente incluyen tres tipos: Monitor BMIC, Interruptor Cargador BMIC y Protector BMIC. El índice de penetración de las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos de dos ruedas sigue aumentando. Debido a su alta densidad energética y su peso ligero, las baterías de litio tienen más ventajas que las tradicionales baterías de plomo-ácido en el campo de los vehículos eléctricos de dos ruedas. Las baterías tradicionales de plomo-ácido tienen una baja densidad energética y una autonomía de crucero limitada, por lo que los vehículos eléctricos de dos ruedas han empezado a acelerar el cambio a las baterías de litio. El aumento de la proporción de soluciones de baterías de litio impulsa el crecimiento continuo de la demanda de BMIC. En el vehículo eléctrico tradicional de dos ruedas con baterías de plomo-ácido como dispositivo de almacenamiento de energía, debido a la alta estabilidad de las baterías de plomo-ácido, salvo en algunos modelos de gama alta, no se suele adoptar BMIC especial. Las características de las baterías de litio son animadas, y aumentan los requisitos para el grado de equilibrio entre BMIC, y es necesario utilizar BMIC de monitor especial. La nueva norma nacional recomienda que el voltaje de las baterías de los vehículos eléctricos de dos ruedas sea de 48 V, 60 V, 72 V, 84 V, 96 V y 144 V, y que el número correspondiente de celdas en serie sea superior a 16 cadenas. Por lo tanto, las BMIC de monitor que se utilizan generalmente en el campo de los vehículos eléctricos de dos ruedas son modelos de 16S y 18S. En los productos de vehículos eléctricos de dos ruedas de gama alta con altos requisitos de seguridad, para garantizar aún más la seguridad de las celdas de las baterías, se requiere un BMIC Protector adicional. La estructura de las baterías de las herramientas eléctricas es similar a la de los vehículos eléctricos de dos ruedas. También necesita un Protector BMIC, un Monitor BMIC y un Cargador BMIC para satisfacer las necesidades de carga de la batería.

Vehículos eléctricos: el circuito BMIC más exigente

El BMIC es el componente central de la seguridad de las baterías de los vehículos eléctricos, y los primeros vehículos eléctricos suelen utilizar una única solución de batería. El Tesla Model S salió a la venta en 2012 y fue el primero en utilizar un paquete de baterías formado por más de 7.000 celdas 18650 en serie. El sitio Pilas 18650 tienen gran potencia, bajo precio y ventajas en fiabilidad y densidad energética. Sin embargo, en un sistema formado por más de 7.000 celdas en serie y en paralelo, es probable que se produzcan desequilibrios de potencia entre los grupos de baterías, lo que supone un enorme reto para los BMS. Tomando como ejemplo las baterías de litio hierro fosfato, el rango de voltaje de una sola célula suele estar entre 3,2-3,6V, y el voltaje de las baterías de un vehículo eléctrico con sistema de 400V suele rondar los 360V. Para alcanzar el nivel de tensión correspondiente, es necesario conectar en serie unas 120 celdas. La conexión en serie de un número tan grande de celdas plantea mayores requisitos en cuanto a la consistencia de la potencia entre las celdas. Por lo tanto, es necesario utilizar el Monitor BMIC para detectar la tensión y la corriente de cada célula.

Almacenamiento de energía: la vía BMIC más resistente

Con el aumento de la capacidad instalada de generación de nuevas energías, la capacidad de regulación de frecuencia y de picos de las redes eléctricas tradicionales se ha visto amenazada. El almacenamiento electroquímico de energía es un medio importante para mejorar la capacidad de regulación de picos y frecuencias de la red eléctrica. Con el aumento de la capacidad instalada de generación de nuevas energías, la demanda de almacenamiento electroquímico de energía también sigue creciendo. Los BMIC dedicados al almacenamiento de energía suelen ser de tres tipos: BMIC monitor, BMIC equilibrador e IC de comunicación aislado. La aplicación de BMIC en el campo del almacenamiento de energía es principalmente la central eléctrica de almacenamiento de energía. Con el aumento de la proporción de nuevas fuentes de energía, para garantizar el funcionamiento estable de la red eléctrica, la construcción de apoyo de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía se ha convertido en una necesidad rígida. En las centrales de almacenamiento de energía electroquímica, el nivel de tensión es alto, el número de baterías en serie y en paralelo es grande, y los requisitos de calidad de BMIC también son elevados. La central eléctrica de almacenamiento de energía tiene un gran espacio y puede admitir disposiciones complejas de circuitos. Para mejorar la eficiencia de conversión de energía, puede adoptarse un esquema de ecualización activa. El sistema BMS de cada módulo de la central eléctrica de almacenamiento de energía electroquímica incluye generalmente: Monitor BMIC, Balancer BMIC, IC de comunicación aislado, Gauge BMIC, etc. La información de cada bastidor se carga en la MCU central a través de la interfaz de comunicación aislada para un despliegue unificado. Mejora de la capacidad de las baterías, las baterías de 280Ah y de mayor capacidad se están convirtiendo en la corriente principal de la industria. Por lo tanto, en la actualidad, las baterías de 280Ah se están acelerando para sustituir a los productos tradicionales de baterías de 50Ah y 100Ah en los escenarios del lado de la generación de energía eólica, del lado de la red, del lado del almacenamiento de energía compartida y de algunas aplicaciones de almacenamiento de energía móvil a gran escala que persiguen el bajo coste, la gran capacidad y la seguridad. Desde la perspectiva de la planificación de la capacidad de las baterías de almacenamiento de energía, la escala potencial del mercado mundial de BMIC de almacenamiento de energía puede ser mayor. Según datos relevantes, en el primer trimestre de 2022, la escala total de proyectos de baterías de almacenamiento de energía anunciados para su expansión en China alcanzará los 166 GWh. En el futuro, se espera que la demanda de BMIC en el mercado de almacenamiento de energía supere la escala estimada, con una flexibilidad potencial.

El rendimiento de BMIC sigue mejorando

En términos de precisión y consumo de energía, los BMIC chinos se han mantenido al nivel de los indicadores de rendimiento de las principales marcas internacionales. La tendencia de las BMIC fabricadas en China es aún más evidente en las aplicaciones para smartphones, y cada vez más BMIC fabricadas en China entran en la cadena de suministro de los smartphones de gama alta. Además, las baterías de litio también se utilizan como baterías de SAI, power wheels bateríapilas de juguete, etc. En general, el mercado potencial de BMIC es amplio. Con cada vez más aplicaciones de las baterías de litio multicelda, los paquetes de baterías de alta capacidad exigen cada vez más a los BMIC. Con la premisa de garantizar la seguridad del pack de baterías, el BMIC fabricado en China debe seguir innovando y desarrollándose hacia paquetes pequeños, alta precisión, alto voltaje de resistencia, bajo consumo de energía estática y baja resistencia interna.