Obwohl Lithium-Ionen-Batterien das haben höchste Energiedichte, können sie anfällig für Bedingungen sein, die den Akku beschädigen können. Deshalb brauchen wir ein Batteriemanagementsystem, um solche schädlichen Zustände zu verhindern.
Definition
A Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine elektronische Schaltung, die das Laden und Entladen eines Akkus überwacht und regelt.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Batterie innerhalb der Sicherheitsgrenzen arbeitet, was für die Leistung und Langlebigkeit der Batterie von entscheidender Bedeutung ist.
Arten von Batteriemanagementsystemen
Batteriemanagementsysteme reichen von einfach bis komplex und umfassen verschiedene Technologien zur Batteriepflege. Diese Systeme können nach ihrer Topologie kategorisiert werden – wie sie in den Zellen oder Modulen des Batteriepacks installiert sind und funktionieren.
Zentralisierte BMS-Architektur
Ein zentralisiertes BMS in einem Batteriepaket bietet Vorteile, beispielsweise ist es kompakter und wirtschaftlicher.
Allerdings hat es auch Nachteile.
Da alle Batterien direkt angeschlossen sind, benötigt das BMS zahlreiche Anschlüsse, was bei großen Batteriepaketen zu einer komplexen Verkabelung und Verkabelung führt. Dies erschwert die Fehlerbehebung und Wartung.
Modulare BMS-Topologie
Bei diesem BMS-Typ ist das System in doppelte Module unterteilt, die jeweils mit einem zugewiesenen Teil des Batteriestapels verbunden sind.
Ein primäres BMS-Modul kann Submodule überwachen, ihren Status überwachen und mit anderen Geräten kommunizieren. Diese doppelte Modularität vereinfacht die Fehlerbehebung, Wartung und Erweiterung auf größere Batteriepakete.
Allerdings erhöht dieser Ansatz die Gesamtkosten geringfügig und kann je nach Anwendung zu doppelter ungenutzter Funktionalität führen.
Primäres/untergeordnetes BMS
Ähnlich wie bei der modularen Topologie leiten in diesem Fall die Slaves hauptsächlich Messinformationen weiter, während der Master die Berechnung, Steuerung und externe Kommunikation übernimmt.
Die Slave-Funktionalität ist einfacher und senkt möglicherweise die Kosten aufgrund des geringeren Overheads und weniger ungenutzter Funktionen, wie bei modularen Typen.
Verteilte BMS-Architektur
Verteilte BMS-Designs unterscheiden sich von anderen Topologien.
Sie integrieren die gesamte elektronische Hardware auf einer Steuerplatine, die direkt auf der überwachten Zelle oder dem überwachten Modul platziert ist. Dadurch wird die Verkabelung auf wenige Sensor- und Kommunikationskabel zwischen BMS-Modulen reduziert. Jedes BMS ist eigenständiger und übernimmt je nach Bedarf Berechnungen und Kommunikation.
Diese integrierte Form kann jedoch die Fehlerbehebung und Wartung erschweren, da sich das BMS in einem abgeschirmten Modul befindet.
Aufgrund der erhöhten Anzahl an BMS-Einheiten im Batteriepaket sind auch die Kosten höher.
Welche Funktion hat ein Batteriemanagementsystem?
Das Batteriemanagementsystem überwacht und verwaltet die Batteriezellenparameter und misst Strom, Spannung und Temperatur basierend auf den Systemanforderungen. Es gleicht die Zellen aus und berechnet den Ladezustand (SoC) und den Gesundheitszustand (SoH) der Batterie.
Das BMS verhindert Überspannung, Übertemperatur und andere Risiken, indem es Lade- und Entladevorgänge steuert. Dies ist für die Gewährleistung der Batterie- und Benutzersicherheit von entscheidender Bedeutung.
Die Kommunikationsfunktion überträgt Signale zwischen internen BMS-Komponenten und externen Geräten. Ein BMS kann Daten auf Dashboards oder Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) anzeigen. Verbindungen mit Ladegeräten, entweder integriert oder separat, können kabelgebunden oder drahtlos erfolgen.
Warum ein Batteriemanagementsystem für Lithium-Ionen-Batterien wichtig ist
Lithium-Ionen-Batterien verfügen über einen brennbaren flüssigen Elektrolyten und müssen daher optimal und innerhalb der Sicherheitsgrenzen funktionieren, um Brände zu verhindern.
Wie funktioniert ein Batteriemanagementsystem?
Das mit Sensoren verbundene Batteriemanagementsystem überwacht die Spannung, den Strom und die Temperatur jeder Zelle. Es analysiert die Daten, um sicherzustellen, dass die Zellen innerhalb der festgelegten Parameter arbeiten, und ergreift Maßnahmen zur Behebung von Problemen.
Das BMS steuert das Kühlsystem, um die Temperatur des Akkupacks zu senken, wenn die Zellen überhitzen. Außerdem gleicht es die Zellen aus, indem es Energie zwischen ihnen überträgt, um gleiche Spannungen aufrechtzuerhalten.
Das BMS protokolliert Daten, um die in den Akku ein- und ausgehende Energie sowie den allgemeinen Zustand zu bewerten. Lithium-Ionen-Akkus nutzen diese Daten, um zu erkennen, wann der Akku leer ist, und schalten sich dann ab. Aus diesem Grund zeigen sie nicht die gleichen Sterbezeichen wie Blei-Säure-Batterien, sondern schalten sich einfach ab.
Was sind die Vorteile eines Batteriemanagementsystems?
Zu den BMS-Vorteilen gehören:
- Funktionale Sicherheit speziell für große Lithium-Ionen-Akkus, um Brände und Schäden zu verhindern
- Verlängert die Batterielebensdauer und -zuverlässigkeit durch die Verwaltung der Zellen innerhalb sicherer Betriebsgrenzen
- Optimierung der Batterieleistung und Reichweite Zellausgleich
- Bereitstellung von Diagnose, Datenerfassung und Kommunikation zum Batteriestatus
- Reduzierung der Gesamtkosten und Gewährleistungsansprüche durch Schutz des Batteriesystems
Schutzmaßnahmen durch ein Batteriemanagementsystem
Die Schutzfunktionen eines Batteriemanagementsystems sind wie folgt:
Unter- und Überspannung
Das BMS schützt Lithium-Ionen-Batteriezellen vor Schäden durch Überladung (zu hohe Zellspannung) oder Tiefentladung (zu niedrige Zellspannung). Es verhindert Unter- und Überspannungssituationen, die der Batterie schaden könnten.
Temperaturextreme
Die Sicherheit und Stabilität von Lithium-Ionen-Batterien hängt von der Temperaturkontrolle ab. Das Überschreiten kritischer Grenzwerte kann dazu führen thermisches Durchgehen und unlöschbare Brände.
Das BMS überwacht die Temperatur, steuert die Kühlventilatoren und kann Zellen abschalten, um ordnungsgemäße Bedingungen aufrechtzuerhalten.
Schutz vor Shorts
Aufgrund interner und externer Kurzschlüsse kann es auch zu einem thermischen Durchgehen kommen.
Daher ist der Schutz vor Kurzschlüssen ein wesentlicher Bestandteil eines Batteriemanagementsystems.
Integriertes Batteriemanagementsystem der Holo-Batterie
Holo Battery bietet maßgeschneiderte BMS-Optionen zum Schutz vor häufigen Batterieausfallursachen wie Kurzschlüssen, hohen Strömen, extremen Temperaturen und Spannungsproblemen.
Unsere BMS sind in verschiedenen Größen erhältlich, passend zu Ihrem Setup. Sie optimieren die Batterielebensdauer und liefern Leistungsdaten.
Ganz gleich, ob Sie kleine Geräte oder große Energiesysteme mit Strom versorgen, wir bieten zuverlässige, benutzerfreundliche BMS-Lösungen.
Abschluss
Lithium-Ionen-Batterien bieten viele Vorteile, erfordern jedoch Überwachung, Verwaltung und Ausgleich, um Sicherheit und optimale Langlebigkeit zu gewährleisten. Das Batteriemanagementsystem ist von entscheidender Bedeutung und sorgt dafür, dass die Batterien sicher und effizient funktionieren, sodass Sie sie bedenkenlos verwenden können.
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