In Serie geschaltete Li-Ion Zellen dürfen aus Sicherheitsgründen nie ohne Batteriemanagementsystem (BMS) betrieben werden.
Lithiumbatterien können ohne BMS keinen Ladungsausgleich machen und eine Überspannung an einer Zelle führt zu einem äusserst gefährlichen Zustand.
Deshalb hat ein Batteriemanagementsystem folgende elementare Aufgaben:
– Ladungsausgleich der einzelnen Zellen (Balancing)
Da die Zellen unterschiedliche Selbstentladungen haben können, müssen beim Vollladen die Ladeendspannungen jeder Zelle angepasst werden.
– Spannungsüberwachung jeder einzelnen Zelle
Das BMS muss die Spannung jeder Zelle überwachen und Massnahmen ergreifen, wenn eine Spannung ausserhalb vom zulässigen Bereich ist.
Intelligente Managementsysteme können den Ladestrom der Ladegeräte auf Basis der Zelle mit der höchsten Spannung steuern. Dies ermöglicht ein schnelleres Laden im sicheren Bereich.
– Stromunterbrechung im Falle einer Über- oder Unterspannung einer Zelle
Zum Batteriemanagementsystem gehören auch Einrichtungen, welche den Lade- oder den Entladestrom unterbrechen können, wenn eine Zellspannung zu hoch oder zu tief ist. Dies kann auch durch direktes Ansteuern der Geräte wie Laderegler, Ladewandler, multifunktionale Wechselrichter, usw. sein.
In den meisten Fällen werden jedoch Hochleistungsrelais geschaltet.
Weitere hilfreiche Funktionen, welche ein BMS ausführen kann:
Kurzschlussdetektion
Bestimmung des Ladezustandes (SOC)
Ermittlung der Alterung (SOL)
Kurzschlussdetektion
Temperaturabhängiges Laden und Entladen durch Kommunikation mit dem Ladegerät und der Anwendung
Ansteuerung vom Vorladerelais zur Vorladung von Kondensatoren in der Last oder dem Ladegerät
Unterschiedliche BMS-Typen
Beim Batteriemanagementsystem gibt es verschiedene Unterscheidungsmerkmale
Passiv/Aktiv
Um den Ladezustand der einzelnen Zellen auszugleichen (Blalancing) ist es am einfachsten, wenn das Batteriemanagementsystem die überschüssige Energie der volleren Zelle in einem ohmschen Widerstand verheizt. Dies macht das passive Batteriemanagementsystem.
Das aktive Batteriemanagementsystem verschiebt die Ladung der vollen Zelle auf die weniger vollen Zellen.
Da die Selbstentladung der Li-Ion-Zellen sehr gering ist, lohnt sich der technische Aufwand für die Ladungsverschiebung nur wenigen fällen. Deshalb kommen vorwiegend passive Batteriemanagementsysteme zum Einsatz.
Analoges / digitales BMS
Dieses Unterscheidungsmerkmal bezieht sich auf die Elektronik.
Ein Analoges Batteriemanagementsystem wie z.B. die Zellenprints mit Auswertung ist meistens recht einfach aufgebaut und bietet wenig Möglichkeiten. Auf Grund der Analogtechnik sind die Werte wie min./max. Zellspannungen fest und können nicht parametriert werden.
Das Digitale Batteriemanagementsystem besitzt mind. einen Mikroprozessor und nahezu alle Werte sind Parametrierbar. Oftmals steht auch ein CAN-Bus und Temperatursensoren zur Verfügung wie z.B. beim n-BMS.
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