Was ist BMS (Batterie-Manager-System)
Was bedeutet BMS?
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein elektronisches System, in der Regel eine Platine, das wiederaufladbare Batterien (Zellen oder Packs) verwaltet. Es kann die Lebensdauer der Batterie verlängern und die Sicherheit elektronischer Produkte schützen, indem es die Batterie davor bewahrt, innerhalb eines bestimmten Bereichs zu arbeiten.
Warum brauchen wir BMS?
Überwachung der Temperatur:
Wenn die Batterie über einen längeren Zeitraum eine große Strommenge liefert, kann die Batterie außer Kontrolle geraten, was zu einem Brand führen kann. Die für die Herstellung von Batterien verwendeten Chemikalien sind sehr flüchtig, und auch das Einstechen von scharfen Gegenständen kann dazu führen, dass Batterien Feuer fangen. Anhand der Temperaturdaten können Sie unter anderem feststellen, ob die Batterie geladen oder entladen werden muss.
Datenanalyse und Vorhersage:
Die vom BMS gesammelten Daten können verwendet werden, um den Status und die Leistung der Batterie zu analysieren. Durch die Analyse historischer Daten kann das BMS den zukünftigen Status und mögliche Probleme der Batterie vorhersagen.
Schätzung des Status:
BMS berechnet die Statusparameter des Akkus, wie z.B. die verbleibende Kapazität (SOC) und den Gesundheitszustand (SOH). Diese Informationen helfen dem Benutzer, den aktuellen Status und die erwartete Lebensdauer der Batterie zu verstehen.
Fehlersuche:
Das BMS kann mögliche Probleme mit der Batterie diagnostizieren, indem es historische Daten und Trends von Batterieparametern analysiert. Dazu gehört auch die Identifizierung von falsch angepassten Batteriezellen, Leistungsabfall und anderen Anomalien.
Gefährliche Handhabung:
Wenn ein Batterieproblem erkannt wird, ergreift das BMS sofort Maßnahmen zum Schutz der Batterie und des Benutzers.
Sicheres Ausschalten:
Wenn gefährliche Situationen wie Überladung, Überentladung, Überhitzung oder Kurzschluss auftreten, unterbricht das BMS sofort die Stromversorgung der Batterie, um eine weitere Verschlechterung der Situation zu verhindern.
Alarm und Benachrichtigung:
Wenn das BMS ein Problem feststellt, alarmiert es den Benutzer oder das Wartungspersonal und stellt bei Bedarf Informationen zur Fehlerdiagnose bereit, damit rechtzeitig Reparatur- oder Austauschmaßnahmen ergriffen werden können.
Wie funktioniert das Batteriemanagementsystem (BMS)?
Die Überwachung der Spannung jeder einzelnen Zelle in einem Akkupack ist entscheidend für die Bestimmung des Gesamtzustands des Akkus. Alle Batterien haben einen bestimmten Spannungsbereich. Achten Sie darauf, dass Sie innerhalb dieses Bereichs laden und entladen, um einen normalen Betrieb und eine lange Lebensdauer der Batterie zu gewährleisten.
Bei Lithium-Ionen-Batterien liegt die Betriebsspannung typischerweise zwischen 2,5 V und 4,2 V. Der Spannungsbereich hängt von der chemischen Zusammensetzung ab. Der Betrieb des Akkus außerhalb des Spannungsbereichs verkürzt die Lebensdauer des Akkus erheblich und kann zum Ausfall des Akkus führen.
SOC (State of Charge) und SOH (State of Health) sind zwei wichtige Parameter, die von BMS zur Bewertung und Überwachung des Batteriestatus verwendet werden:
SOC (State of Charge):
Dies ist ein Maß für die verbleibende Leistung eines Akkus, das normalerweise in Prozent ausgedrückt wird.
SOC Das BMS berechnet den SOC in Echtzeit, indem es den Lade- und Entladestrom, die Spannung und andere Parameter der Batterie überwacht, so dass der Benutzer weiß, wann die Batterie geladen werden muss.
SOH (State of Health):
Dies ist ein Maß für den Zustand der Batterie, das in der Regel als Prozentsatz ausgedrückt wird.
SOH spiegelt die aktuelle Leistung und Kapazität des Akkus im Vergleich zum Neuzustand wider. Der SOH-Wert des Akkus nimmt mit der Zeit und der Nutzung ab. Dies ist auf die Abnahme der Kapazität und den Anstieg des Innenwiderstands zurückzuführen, die durch die Alterung des Akkus und die langfristige Nutzung verursacht werden.
Das BMS bewertet den SOH-Wert der Batterie durch langfristige Überwachung des Ladezustands, der Temperatur, der Anzahl der Lade- und Entladezyklen und anderer Faktoren.
Durch die Überwachung von SOC und SOH kann das BMS den Lade- und Entladevorgang der Batterie optimieren. BMS verwendet SOC- und SOH-Daten, um potenziell gefährliche Situationen wie Überladung, Überentladung und Überhitzung der Batterie zu verhindern. Verlängern Sie die Lebensdauer der Batterien und stellen Sie sicher, dass die Batterien optimal funktionieren. Das Wartungspersonal kann Probleme sofort erkennen und beheben.
Unterschiede zwischen dem BMS für Autos und dem BMS für Energiespeicher zu Hause:
Obwohl das BMS für Kraftfahrzeuge und das BMS für Energiespeicher in Privathaushalten in ihren grundlegenden Funktionen ähnlich sind, d.h. Überwachung und Verwaltung des Batteriestatus, um die Sicherheit zu gewährleisten und die Effizienz zu verbessern, gibt es einige Unterschiede im Design und in den funktionalen Anforderungen:
| Kategorie | Automobil BMS | Heim-Energiespeicher BMS |
|---|---|---|
| Anpassungsfähigkeit an die Umwelt | Muss sich an einen breiteren Temperaturbereich und rauere Umgebungsbedingungen anpassen. Sie müssen robuster sein, um einen normalen Betrieb unter verschiedenen Bedingungen wie starken Vibrationen, hohen oder niedrigen Temperaturen zu gewährleisten. | Arbeitet in der Regel in einer relativ stabilen und kontrollierten Umgebung, so dass es nicht unbedingt anpassungsfähig an die Umgebung sein muss. |
| Leistungsanforderungen | Muss Hochgeschwindigkeits-Laden und -Entladen unterstützen. Muss den Batteriestatus in Echtzeit überwachen und verwalten, um sich an dynamisch wechselnde Lastanforderungen anzupassen. | In der Regel stehen sie stabilen Lade- und Entladezyklen mit geringeren Lastschwankungen und somit geringeren unmittelbaren Leistungsanforderungen gegenüber. |
| Funktionalität und Komplexität | Kann erweiterte Funktionen für komplexe Fahrzeuganwendungen wie Datenaustausch, Fehlerdiagnose und Energierückgewinnungsmanagement integrieren. | Konzentrieren Sie sich mehr auf das Management der Batterielebensdauer, die Energieoptimierung und den Sicherheitsschutz, der für die Interoperabilität mit HEMS oder intelligenten Netzen wichtig ist. |
Andere Bausteine des Batteriemanagementsystems
Weitere BMS-Funktionsblöcke sind Batterieauthentifizierung, Echtzeituhr, Speicher und Daisy Chain. Eine Echtzeituhr und ein Speicher werden in Blackbox-Anwendungen verwendet, bei denen die RTC für Zeitstempel und der Speicher für die Speicherung von Daten verwendet wird, so dass der Benutzer das Verhalten des Akkus nachvollziehen kann, bevor ein katastrophales Ereignis eintritt.
Der Batterie-Authentifizierungsblock verhindert, dass die BMS-Elektronik an Batteriepacks von Drittanbietern angeschlossen wird. Spannungsreferenzen/Regler werden verwendet, um periphere Schaltkreise rund um das BMS-System zu versorgen.
Schließlich werden Daisy-Chain-Schaltungen verwendet, um die Verbindungen zwischen gestapelten Geräten zu vereinfachen. Daisy-Chain-Module ersetzen die Notwendigkeit von Optokopplern oder anderen Schaltungen zur Pegelverschiebung.
Was ist die Rolle von BMS?
In der Praxis werden die Batterien in Reihe oder parallel geschaltet, um ein Akkupaket zu bilden. Die Parallelschaltung erhöht den Stromantrieb des Akkupacks, während die Reihenschaltung die Gesamtspannung erhöht.
Die Ladeleistung eines Akkus ändert sich mit der Ladungsmenge im Akku: Zum Zeitpunkt Null laden und entladen sich die Zellen im Akkupack mit der gleichen Rate. Wenn jede Zelle zyklisch zwischen Laden und Entladen wechselt, ändert sich die Rate, mit der jede Zelle lädt und entlädt, was zu unterschiedlichen Leistungsbedingungen im gesamten Akkupack führt.
Wenn ein BMS zur Steuerung der Batterie eingeführt wird, kann es wirksam verhindern, dass einige Batterien voll und andere nicht voll geladen werden. Dadurch wird die Batterie geschützt und die Lebensdauer der Batterie verlängert.
Um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten:
Das BMS kann die wichtigsten Parameter des Akkus wie Spannung, Strom und Temperatur überwachen und gefährliche Situationen wie Überladung, Überentladung, Überhitzung usw. sofort erkennen und verhindern und so Akkuschäden und mögliche Sicherheitsunfälle verhindern. Wenn das BMS beispielsweise feststellt, dass die Temperatur der Batterie zu hoch ist, kann es das Kühlsystem aktivieren oder die Stromversorgung unterbrechen, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern.
Verbessern Sie die Leistung und Effizienz der Batterien:
Indem es dafür sorgt, dass der Akku unter optimalen Bedingungen arbeitet, trägt das BMS dazu bei, die Energieeffizienz und Leistung des gesamten Systems zu verbessern. So kann das BMS beispielsweise dafür sorgen, dass der Akku gleichmäßig geladen und entladen wird, indem es den Ladezustand der einzelnen Akkuzellen ausgleicht, wodurch die Gesamtleistung und Effizienz des Akkus verbessert wird.
Verlängern Sie die Lebensdauer der Batterie:
BMS reduziert die Alterung und den Verschleiß von Batterien, indem es den Lade- und Entladevorgang und die Bedingungen kontrolliert und so die Lebensdauer der Batterien verlängert. Indem es beispielsweise Tiefentladung und Überladung der Batterien verhindert, kann BMS den Verschleiß der Batterien verringern und ihre Lebensdauer verlängern.
Überwachung und Diagnose in Echtzeit:
Das BMS liefert Informationen zum Batteriestatus in Echtzeit, einschließlich der verbleibenden Leistung (SOC) und des Gesundheitszustands (SOH), und hilft dem Benutzer, den Batteriestatus zu verstehen und angemessene Nutzungsentscheidungen zu treffen. Außerdem kann das BMS dabei helfen, Batterieprobleme zu diagnostizieren und sie rechtzeitig zu reparieren oder zu ersetzen.
Erfüllen Sie die gesetzlichen Anforderungen:
In vielen Ländern und Branchen gibt es zur Gewährleistung der Sicherheit von Elektrofahrzeugen und Batteriespeichersystemen klare Vorschriften, die die Installation von BMS vorschreiben.
Welches ist das beste BMS?
In der Regel gibt es keine festen oder eindeutigen Standards für BMS. Der technische Designumfang und die implementierte Funktionalität hängen in der Regel mit den folgenden Faktoren zusammen:
- Kosten, Komplexität und Größe des Akkupacks.
- Anwendung der Batterie und alle Fragen zu Sicherheit, Langlebigkeit und Garantie.
- Die Zertifizierungsanforderungen verschiedener staatlicher Vorschriften, Kosten und Strafen werden entscheidend sein, wenn die Maßnahmen zur funktionalen Sicherheit unzureichend sind.
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