Was ist BMS in Batterien und wie funktioniert es?

Batterien werden durch Verbinden von Zellen (wie Lithium-Ionen-Zellen) in Paketen gebildet, was die Konstruktion von Modulen mit praktisch jeder Konfiguration ermöglicht. Der Schlüsselaspekt bei der Verwendung dieser Batterien, ähnlich wie bei Lithium-Polymer-Batterien, sind jedoch die geeigneten Lade- und Betriebsparameter. Deshalb sind BMS-Systeme ein integraler Bestandteil solcher Batterien.

Wie funktioniert das BMS-System?

BMS steht für Battery Management System, also Batteriemanagementsystem. Seine Funktionsweise kann mit der Funktionsweise eines Gehirns verglichen werden, das basierend auf gesammelten Daten Entscheidungen zur Handhabung einzelner Zellen trifft. Auf diese Weise schützt es die Batterie nicht nur vor Überhitzung, sondern auch vor übermäßiger Ausnutzung.

In der Praxis überwacht das BMS-System die Schlüsselparameter der Zellen. Wenn die Batterie aus mehreren oder sogar Hunderten von Zellen besteht, überwacht ein dediziertes BMS-System jede Zelle einzeln. Basierend auf den erhaltenen Informationen steuert das Battery Management System das Laden und Entladen der Zellen und kann sie auch ausbalancieren, wie später im Text erläutert wird.

Darüber hinaus kommuniziert das BMS-System mit dem Gerät, an das die Batterie angeschlossen ist, und liefert Informationen über deren Ladezustand oder Zustand.

Funktionen der Battery Management System-Systeme

Die Funktionen der BMS-Systeme ermöglichen eine sichere und effiziente Verwendung von Batterien, sowohl während des Entladens als auch beim Laden. Zu diesem Zweck überwacht das Battery Management System:

• die Spannung der einzelnen Zellen im Modul,
• überwacht die Batterietemperatur,
• schützt vor Überladung und übermäßiger Entladung,
• schützt vor zu hohen und zu niedrigen Ladeströmen,
• kann einzelne Zellen ausbalancieren,
• schützt vor Kurzschlüssen,
• bietet SoC/SoH-Daten (State of Charge – Ladestand; State of Health – Batteriezustand),
• begrenzt die Selbstentladung einer ungenutzten Batterie,
• ermöglicht die Kommunikation mit betriebenen Geräten zur Optimierung des Batterieentladevorgangs.

Alle Arten von BMS-Systemen

Obwohl BMS-Systeme fast so verbreitet sind wie Lithium-Ionen-Batterien, wissen nicht alle, dass verschiedene Arten verwendet werden. Wir haben Battery Management Systems, die außerhalb der Batterien und im Batteriemodul installiert sind (normalerweise über den Zellen positioniert).

Die letztere Lösung wird am häufigsten verwendet, wenn die Batterie zum Laden aus dem Gerät entfernt wird oder zwischen Geräten übertragen wird. Das BMS in Elektrofahrradbatterien und Elektrorollerbatterien ist im Batteriegehäuse eingeschlossen.

Darüber hinaus werden BMS-Systeme auch basierend auf ihrem Betrieb in passive und aktive unterteilt. Die Unterschiede zwischen diesen Typen lassen sich am besten anhand des Beispiels der Zellenbilanzierung erklären.

Wie gleicht das BMS die Zellen aus?

Die Balance oder Ausgleichung erweist sich als notwendig für Module, die aus mindestens drei Zellen bestehen. Da selbst Zellen desselben Herstellers sich in Kapazität, Impedanz oder Temperaturcharakteristik unterscheiden können, erreichen sie normalerweise unterschiedliche Ladestände. Dies wirkt sich auf die Gesamtkapazität der Batterie aus: Vereinfacht ausgedrückt ist die Batterie so leistungsfähig wie ihre schwächste Zelle. Daher werden spezielle Ausgleichsschaltungen verwendet, die die Ladestände aller Zellen ausgleichen. Diese Schaltungen, die in BMS-Systemen enthalten sind, können passiv oder aktiv arbeiten.

Passives Zellenausgleich

Passive Zellenausgleichssysteme bestehen unter anderem aus einem Mikrocontroller, der mithilfe eines A/C-Wandlers, der über einen Multiplexer mit jeder Zelle verbunden ist, deren Spannung überwacht. Wenn es deutlich über einem festgelegten Niveau liegt, wird die Zelle zur Entladung an einen internen Widerstand angeschlossen. Dieser Vorgang dauert an, bis die überladene Zelle die Spannung der übrigen Zellen erreicht. Dann wird das Laden der gesamten Batterie fortgesetzt.

Passives Ausbalancieren hat eine geringe Effizienz und begrenzt zusätzlich die Gesamtkapazität der Batterie, da es erforderlich ist, den Ladestand der Zellen an die Kapazität der “kleinsten” anzupassen. Außerdem funktioniert die passive Balance nur während des Batterieladens, so dass sie die Batterie nicht während des Betriebs oder der Selbstentladung schützt, die natürlich in.