BMS in Lithiumbatterien: Was das ist und wie es sich auf den Ladungsausgleich auswirkt
25 Mai 2021

Spricht man über Lithiumbatterien, ist häufig das Wort BMS (Battery-Management-System) zu hören, doch nur wenige wissen genau, worum es sich handelt und welche Funktion es hat. Deshalb erklären wir in diesem Artikel mit einfachen Worten was es ist.
Batteriemanagementsystem (BMS)
Was ist das Batteriemanagementsystem (BMS) bei Lithiumbatterien?
Lithiumbatterien sind sehr leistungsstark und haben gegenüber herkömmlichen Batterien sehr viele Vorteile, doch sie haben auch einen wunden Punkt: Die Produktion der Lithiumzellen kann keine einheitliche Produktion durch die einzelnen produzierenden Elemente garantieren.
Obwohl ihre Eigenschaften über dem Nennwert liegen, haben die Zellen:
- Unterschiede bei der Nennleistung
- Unterschiede beim Innenwiderstand
- Unterschiede bei der Selbstentladung
Diese, wenn auch nur kleinen Unterschiede, bringen die Zellen im Inneren einer Batterie bei ihrem Gebrauch oder einfach nur im Laufe der Zeit aus dem Gleichstand. Dieses Ungleichgewicht kann zu einer Differenz zwischen den Zellen von bis zu 3-6% führen, je nach Einsatzbedingungen und Alterungszustand der Lithiumbatterie.
Die Zellen, die im Inneren der Batterie in Reihe geschaltet sind, werden mit derselben Energie geladen wie entladen. Das bedeutet, dass wenn es kein geeignetes Ausgleichssystem gäbe, die Differenz unter den Zellen stetig zunehmen und die verfügbare Kapazität dabei schrittweise auf Null sinken würde.
Entdecken wir also die erste Funktion des Batteriemanagementsystems bei den Lithiumbatterien: der Ladungsausgleich.
Ladungsausgleich
BMS und Ladungsausgleich bei Lithiumbatterien
Wie wirken die traditionellen BMS auf den Ladungsausgleich?
Zur Lösung dieses Problems setzen herkömmliche Batteriemanagementsysteme von Batterien den Zellen mit der größten Ladung einen Widerstand entgegen, um zu warten bis die Zellen mit dem niedrigeren Stand dasselbe Niveau erreichen.
Schauen wir uns die Vor- und Nachteile dieser Technologie an:
VORTEIL
- Wirtschaftlichkeit des Batteriemanagementsystems, die einfache Architektur erlaubt die Eindämmung der Kosten für die Elektronik.
NACHTEIL
- Extrem langsam in der Ladungsausgleichsphase. Aufgrund des geringen Ausgleichsstroms (normalerweise von 0,1 A bis 1 A) dauert es 6 bis 12 Stunden, bis diese Phase abgeschlossen ist. Hier ein Beispiel, um zu verdeutlichen, wie die tatsächlichen Ladezeiten mit einem solchen System sind: eine 400 Ah-Batterie, von der 300 Ah verbraucht wurden, lädt die Energie mit einem 100 A-Ladegerät in 3 Stunden wieder auf, wozu noch die 6-12 Stunden hinzukommen müssen, um den Ausgleich zu vollenden. Gesamtladezeit: 9-15 Stunde
- Schrittweise Verringerung der verfügbaren Energie. Lithium wird hauptsächlich wegen seiner Schnellladeeigenschaften verwendet, aber die langen Ausgleichszeiten eines herkömmlichen Systems bedeuten, dass die Batterie bei industriellen Anwendungen oft benutzt wird, bevor der Ausgleichsvorgang abgeschlossen ist. Dadurch wird der Unterschied zwischen der am meisten geladenen Zelle und der am meisten entladenen Zelle immer größer, was die Nennkapazität des Pakets verringert (die am meisten geladene Zelle begrenzt die Ladung und die am wenigsten geladene Zelle die Entladung), was dazu führt, dass Maschinen ihre Aufgabe nicht erfüllen und Fahrzeuge bei jedem Zyklus an Streckenleistung verlieren.
- Hohe Wartungskosten. Beim Einsatz herkömmlicher Batteriemanagementsysteme kann kein Element vor Ort ausgetauscht werden. Gewöhnlich werden Batterien mit diesen Systemen dem Hersteller zurückgegeben und die hohen Versandkosten getragen.
Flash Balancing System
Wie das proprietäre Flash Balancing System von Flash Battery vorgeht
Anders als die herkömmlichen Batteriemanagementsysteme hat Flash Battery ein eigenes Ausgleichssystem entwickelt: Das Flash Balancing System, das auf jede einzelne Zelle mit einem kombinierten Ausgleich wirken kann bzw. sowohl aktiv als auch passiv wirkt und das mit mindestens 20-fach höherer Leistung.
VORTEIL
- Hochleistungs-Aktiv- und Passiv-Ausgleich (20 A)
- Kurze und absehbare Aufladezeiten (Ausgleichszeiten von weniger als 25 Minuten)
- Aktive Unterstützung der schwächsten Zellen während der Entladung
- Vollständige Kontrolle der Temperaturen, 2 Sensoren an jeder Zelle (50 Sensoren an einer 80 V Batterie)
NACHTEIL
- Anwendbar bei Batteriepaketen von 5 kWh aufwärts aufgrund der höheren Kosten für die Elektronik.
Nicht nur Ausgleich
Die sonstigen Funktionen des BMS bei Lithiumbatterien
Hier wurde also mit einfachen Worten erklärt, was ein Batteriemanagementsystem einer Lithiumbatterie ist, wie die Ausgleichsphase bei herkömmlichen Batteriemanagementsystemen funktioniert und erläutert, warum Flash Battery sich dazu entschlossen hat, eine absolut innovative Technologie zu entwickeln: das proprietäre Flash Balancing System, für das ein internationales Patent angemeldet wurde.
Doch das ist noch nicht alles! Das BMS gilt als wahrhaftes Gehirn der Batterie und wenn es mit einer modernen Elektronik ausgestattet ist, erfüllt es zahlreiche weitere Funktionen, die in Echtzeit das Verhalten der Lithiumbatterie innerhalb der Anwendung kontrollieren und überwachen. Entdecken wir alle zusätzlichen Funktionen eines intelligenten BMS.
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