Was macht ein BMS in einem Lithium-Batteriepaket?

Ein Batteriemanagementsystem, üblicherweise als ein bezeichnetBMS, ist einer der wichtigsten Bauteile vieler Lithium-Akkupakete.

Die Batteriezellen speichern die Energie, aber das BMS sorgt dafür, dass diese Zellen innerhalb akzeptabler Spannungs-, Strom- und Temperaturgrenzen arbeiten.

Was macht ein BMS also eigentlich?

Einfach ausgedrückt: ein BMSüberwacht die Batterie, schützt sie vor abnormalen Betriebsbedingungen und verwaltet in fortschrittlicheren Systemen die Batterieinformationen und die Kommunikation mit dem Gerät.

Im Folgenden finden Sie die häufigsten Fragen dazu, wie ein BMS funktioniert.

Was ist ein BMS?

BMS steht fürBatteriemanagementsystem.

Es handelt sich um ein elektronisches System, das zur Überwachung und Steuerung eines wiederaufladbaren Batteriepakets verwendet wird.

Je nach Batteriedesign kann ein BMS überwachen:

• Individuelle Zellenspannung
• Gesamtbatteriespannung
• Ladestrom
• Entladestrom
• Batterietemperatur
• Zustand der Ladung
• Gesundheitszustand
• Zellgleichgewicht
• Störungsbedingungen

Einfache Batteriepacks benötigen möglicherweise nur grundlegende Schutzfunktionen, während größere oder intelligentere Batteriesysteme möglicherweise Kommunikation, Datenüberwachung, Kraftstoffanzeige und mehrere Temperatursensoren benötigen.

Wovor schützt ein BMS eine Batterie?

Eine der Hauptaufgaben eines BMS ist es, zu verhindern, dass die Batterie außerhalb ihrer vorgesehenen Grenzen arbeitet.

Typische Schutzfunktionen umfassen:

Schutzfunktion	Was es bewirkt
Überladungsschutz	Stoppt das Laden, wenn die Zellenspannung zu hoch wird
Überentladungsschutz	Verhindert, dass Zellen zu tief entladen werden
Überstromschutz	Begrenzt abnormale Ladung oder Entladungsstrom
Kurzschlussschutz	Trennt die Batterie während eines schweren Stromfehlers
Hochtemperaturschutz	Stoppt den Betrieb, wenn die Batterie zu heiß wird
Niedrigtemperaturschutz	Kann das Laden oder Entladen bei ungeeigneten Temperaturen verhindern

Die genauen Schutzschwellenwerte hängen von ausgewählten Zellen, Batteriechemie, Last, Ladesystem und Anwendung ab.

Es gibt keinen einheitlichen Satz von BMS-Parametern, die für jede Lithiumbatterie funktionieren.

Wie überwacht ein BMS die Zellspannung?

In einem Mehrserien-Batteriepack kann das BMS die Spannung jeder Serienzellengruppe überwachen.

Zum Beispiel enthält eine 4S-Lithium-Ionen-Batterie vier in Reihe geschaltete Zellgruppen.

Wenn Standard-Lithium-Ionen-Zellen jeweils etwa 4,2 V aufladen, muss das BMS sicherstellen, dass eine Zellgruppe nicht über die zulässige Spannung hinaussteigt, selbst wenn die Gesamtspannung des Packs weiterhin angemessen erscheint.

Das ist wichtig, weil einzelne Zellen im Laufe der Zeit nicht immer vollkommen identisch.

Kleine Unterschiede in:

• Kapazität
• Innerer Widerstand
• Temperatur
• Selbstentladung
• Alterung

kann allmählich Spannungsunterschiede zwischen Zellgruppen erzeugen.

Die Überwachung jeder Gruppe ermöglicht es dem BMS, zu reagieren, bevor eine Zelle außerhalb ihres sicheren Bereichs operiert.

Was macht Zellbalancing?

Die Zellbalancierung hilft, Spannungsunterschiede zwischen Zellen oder Serienzellgruppen zu verringern.

Stellen Sie sich eine 4S-Batterie vor, bei der drei Zellgruppen bei 4,10V sind, aber eine Gruppe 4,20V früher erreicht.

Das BMS muss möglicherweise aufhören, da eine Gruppe bereits ihre obere Grenze erreicht hat, obwohl die anderen drei nicht vollständig geladen sind.

Das Balancieren hilft, die Zellgruppen enger beieinander zu halten.

Viele BMS-Designs verwendenPassives Balancieren, wodurch eine kleine Menge Energie aus höherspannungsbetriebenen Zellen entfernt wird.

Ausgefeiltere Systeme verwenden möglicherweise Active Balancing, wird jedoch meist verwendet, wenn Batteriearchitektur und Anwendung die zusätzliche Komplexität rechtfertigen.

Regelt ein BMS den Batteriestrom?

Ja, Stromüberwachung und -schutz sind wichtige BMS-Funktionen.

Das BMS kann beides überwachen:

Ladestrom
und
Entladungsstrom

Überschreitet der Strom die programmierte oder geplante Schutzschwelle, kann das BMS die Batterie trennen.

Ein wichtiger Punkt ist jedoch, dass das BMS nicht allein den sicheren Strom der gesamten Batterie bestimmt.

Der vollständige aktuelle Verlauf umfasst:

Zellen → Verbindungen → BMS → Draht → Steckverbinder → Gerät

Jedes Teil muss den erforderlichen Strom tragen.

Zum Beispiel bedeutet die Verwendung eines 30A BMS nicht automatisch, dass eine Batterie sicher 30A liefern kann, wenn die Zellen oder der Stecker nur für 10A ausgelegt sind.

Wenn Sie aktuelle Bewertungen auswählen möchten, sieheWie man das richtige BMS für ein Lithium-Akkupaket auswählt.

Warum überwacht ein BMS die Temperatur?

Lithiumbatterien sind temperaturempfindlich.

Das Laden oder Entladen außerhalb des empfohlenen Temperaturbereichs kann die Leistung verringern, das Altern beschleunigen oder Sicherheitsbedenken schaffen.

Ein BMS kann eine oder mehrere verwendenNTC-Temperatursensorenum wichtige Bereiche der Batterie zu überwachen.

Dazu können gehören:

• Batteriezellen
• BMS-PCB
• MOSFETs
• Hochstromanschlüsse

Wenn die Temperatur zu hoch oder zu niedrig wird, kann das BMS das Laden und Entladen begrenzen oder stoppen.

Kleine Batteriepacks benötigen möglicherweise nur einen NTC, während größere Packs mehrere Sensoren verwenden.

Was ist SOC in einem BMS?

SOC bedeutetState of Charge.

Es handelt sich um eine Schätzung, wie viel nutzbare Energie noch in der Batterie verbleibt.

Man kann es als das Batterieäquivalent einer Kraftstoffanzeige betrachten.

Zum Beispiel:

100% SOCbedeutet, dass die Batterie ungefähr vollständig aufgeladen ist.

50 % SOCbedeutet, dass etwa die Hälfte der nutzbaren Ladung übrig bleibt.

Fortschrittlichere BMS-Designs können SOC mithilfe von Strommessung, Spannung, Temperatur, Batteriekapazität und historischen Betriebsdaten berechnen.

Die SOC-Schätzung ist besonders nützlich bei:

• Medizinische Geräte
• Roboter
• POS-Terminals
• Industrieausrüstung
• Kommunikationsgeräte
• Energiespeichersysteme

Einfache Schutzplatinen liefern möglicherweise überhaupt keine SOC-Berechnung.

Was ist SOH?

SOH bedeutetGesundheitszustand.

Er beschreibt, wie sich die Batterie im Vergleich zu ihrem ursprünglichen Zustand verändert hat.

Mit dem Alter von Lithium-Batterien kann die nutzbare Kapazität abnehmen und der Innenwiderstand zunehmen.

Ein intelligentes BMS kann die Batteriezustand anhand von Informationen wie folgenden schätzen:

• Verfügbare Kapazität
• Zykluszählung
• Interne Widerstandstrends
• Ladehistorie
• Temperaturexposition
• Betriebsgeschichte

SOH kann für Geräte wertvoll sein, bei denen Wartungsplanung und der Zeitpunkt des Batteriewechsels wichtig sind.

Kann ein BMS mit dem Hauptgerät kommunizieren?

Ja.

Viele intelligente Batteriesysteme kommunizieren mit dem Host-Gerät.

Häufige Kommunikationsschnittstellen sind:

• CAN
• RS485
• UART
• SMBus
• I2C
• Bluetooth

Das Gerät kann Informationen wie Batteriespannung, Strom, SOC, Temperatur, verbleibende Kapazität, Zyklenzahl und Fehlerstatus empfangen.

Dies ermöglicht es der Anlage, Batterieinformationen anzuzeigen oder auf Batteriebedingungen zu reagieren.

Allerdings braucht nicht jede Batterie Kommunikation.

Ein kleines wiederaufladbares Gerät benötigt möglicherweise nur grundlegenden Schutz.

Ist ein BMS dasselbe wie ein PCM?

Nicht ganz.

A PCM, oder Protection Circuit Module, konzentriert sich hauptsächlich auf den grundlegenden Batterieschutz.

Ein BMS kann dieselben Schutzfunktionen bieten, kann aber auch Zellüberwachung, Balancierung, SOC-Berechnung, Kommunikation, Datenerfassung und weitere Verwaltungsfunktionen umfassen.

Für kleine und einfache Lithium-Akkupakete kann ein PCM ausreichen.

Für komplexere Mehrzellen- oder Smart-Batteriesysteme ist ein BMS oft geeigneter.

Für einen detaillierten Vergleich lesen Sie bitteBMS vs. PCM: Was ist der Unterschied zwischen Lithium-Akkupaketen?.

Braucht jede Lithiumbatterie ein BMS?

Die meisten wiederaufladbaren Lithiumbatterien benötigen irgendeinen Schutz, aber das bedeutet nicht, dass jede Batterie ein komplexes intelligentes BMS benötigt.

Eine kleine 1S-Lithiumpolymer-Batterie kann einen kompakten PCM mit grundlegendem Schutz verwenden.

Eine 4S-Medizinbatterie kann Überwachung, Temperaturmessung, Balancierung und Kommunikation erfordern.

Eine große Energiespeicherbatterie benötigt möglicherweise eine deutlich fortschrittlichere BMS-Architektur.

Die richtige Lösung hängt vom eigentlichen Batteriesystem ab und nicht einfach vom kompliziertesten verfügbaren BMS.

Welche Informationen werden benötigt, um ein BMS zu entwerfen?

Bei der Entwicklung eines individuellen Akkupacks gehören nützliche Informationen:

Informationen	Beispiel
Batteriechemie	Li-ion / LiPo / LiFePO4
Serienkonfiguration	1S / 3S / 4S / 16S
Batteriekapazität	5Ah
Dauerstrom	8A
Spitzenstrom	15A für 3 Sekunden
Ladestrom	3A
Betriebstemperatur	-10°C bis 45°C
NTC-Anforderung	1 × 10K NTC
Kommunikation	UART / SMBus / CAN
Steckverbinder	Kundenangaben
Anwendung	Medizin / POS / Roboter / Industrie

Diese Details frühzeitig bereitzustellen, erleichtert es, das BMS mit den Zellen und der vollständigen Batteriearchitektur abzugleichen.

Abschließende Gedanken

Was macht also ein BMS?

Seine wichtigste Aufgabe ist es,Halte die Lithiumbatterie innerhalb ihrer vorgesehenen elektrischen und temperaturbezogenen Grenzen im Betrieb.

Je nach Design kann es auch Zellen ausbalancieren, die verbleibende Kapazität schätzen, Batterieinformationen aufzeichnen, mit dem Hauptgerät kommunizieren und die Batterieleistung während der gesamten Lebensdauer steuern.

Das Wichtigste ist, einen BMS nicht nur nach seiner Spannung oder Ampere auszuwählen.

Das BMS sollte zusammen mit demZellen, Last, Ladegerät, Steckverbinder, Verkabelung, Temperaturanforderungen, Kommunikationssystem und mechanische Strukturdes Akkupakets.

FAQ

Was ist der Hauptzweck eines BMS?

Ein BMS überwacht und schützt eine wiederaufladbare Batterie, indem es Spannung, Strom, Temperatur und andere wichtige Betriebsbedingungen steuert.

Kann eine Lithiumbatterie auch ohne BMS funktionieren?

Wiederaufladbare Lithiumbatterien benötigen normalerweise einen angemessenen Schutz. Einfache Batterien können anstelle eines fortschrittlicheren BMS ein PCM verwenden.

Hört ein BMS auf, zu überladen?

Ja. Überladungsschutz ist eine der häufigsten BMS-Funktionen, vorausgesetzt, das System ist korrekt entworfen und mit den Zellen abgestimmt.

Gleicht ein BMS die Batteriezellen aus?

Viele Mehrzell-BMS-Designs beinhalten Zellbalancierung, aber nicht jedes BMS hat die gleiche Ausgleichsfunktion oder den gleichen Strom.

Kann ein BMS anzeigen, wie viel Batteriekapazität noch übrig ist?

Ein intelligentes BMS kann den Ladezustand berechnen und die verbleibende Kapazität melden, während eine einfache Schutzplatine diese Funktion möglicherweise nicht übernimmt.

Was ist der Unterschied zwischen einem intelligenten BMS und einem einfachen BMS?

Ein einfaches BMS übernimmt hauptsächlich Überwachung und Schutz. Ein intelligentes BMS kann zusätzlich SOC-, SOH-, Zyklusdaten, Fehleraufzeichnungen und Kommunikation mit dem Hostgerät bereitstellen.