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Was ist ein Batteriemanagementsystem?

Definition

Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine Technologie, die der Überwachung eines Batteriepakets gewidmet ist, bei dem es sich um eine Baugruppe aus Batteriezellen handelt, die elektrisch in einer Matrixkonfiguration aus Reihe und Spalte angeordnet sind, um die Lieferung eines bestimmten Spannungs- und Strombereichs für eine bestimmte Zeitdauer zu ermöglichen erwartete Belastungsszenarien.Die Aufsicht, die ein BMS bietet, umfasst normalerweise:

  • Überwachung der Batterie
  • Batterieschutz bieten
  • Abschätzen des Betriebszustands der Batterie
  • Kontinuierliche Optimierung der Batterieleistung
  • Melden des Betriebsstatus an externe Geräte

Hier impliziert der Begriff „Batterie“ das gesamte Paket;die Überwachungs- und Steuerfunktionen werden jedoch speziell auf einzelne Zellen oder Gruppen von Zellen, die als Module bezeichnet werden, in der gesamten Batteriesatzanordnung angewendet.Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Zellen haben die höchste Energiedichte und sind die Standardwahl für Batteriepacks für viele Verbraucherprodukte, von Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen.Obwohl sie hervorragend funktionieren, können sie ziemlich unversöhnlich sein, wenn sie außerhalb eines allgemein engen sicheren Betriebsbereichs (SOA) betrieben werden, mit Folgen, die von einer Beeinträchtigung der Batterieleistung bis hin zu völlig gefährlichen Folgen reichen.Das BMS hat sicherlich eine herausfordernde Stellenbeschreibung, und seine Gesamtkomplexität und Aufsichtsreichweite können viele Disziplinen wie Elektrik, Digital, Steuerung, Thermik und Hydraulik umfassen.

Wie funktionieren Batteriemanagementsysteme?

Batteriemanagementsysteme haben keine festen oder eindeutigen Kriterien, die übernommen werden müssen.Der Umfang des Technologiedesigns und die implementierten Funktionen korrelieren im Allgemeinen mit:

  • Die Kosten, die Komplexität und die Größe des Batteriepacks
  • Anwendung der Batterie und Sicherheits-, Lebensdauer- und Garantiebedenken
  • Zertifizierungsanforderungen aus verschiedenen staatlichen Vorschriften, bei denen Kosten und Strafen im Vordergrund stehen, wenn unzureichende Maßnahmen zur funktionalen Sicherheit vorhanden sind

Es gibt viele BMS-Designmerkmale, wobei das Schutzmanagement des Batteriepacks und das Kapazitätsmanagement zwei wesentliche Merkmale sind.Wir werden hier besprechen, wie diese beiden Funktionen funktionieren.Das Schutzmanagement des Akkupacks hat zwei Schlüsselbereiche: den elektrischen Schutz, der verhindert, dass der Akku durch Verwendung außerhalb seines SOA beschädigt wird, und den thermischen Schutz, der eine passive und/oder aktive Temperaturkontrolle beinhaltet, um den Pack in seinem SOA zu halten oder zu bringen.

Elektrischer Managementschutz: Strom

Die Überwachung des Batteriepackstroms und der Zellen- oder Modulspannungen ist der Weg zum elektrischen Schutz.Der elektrische SOA jeder Batteriezelle ist durch Strom und Spannung begrenzt.Abbildung 1 zeigt eine typische SOA einer Lithium-Ionen-Zelle, und ein gut konzipiertes BMS schützt das Pack, indem es den Betrieb außerhalb der Zellnennwerte des Herstellers verhindert.In vielen Fällen kann eine weitere Leistungsreduzierung angewendet werden, um im Interesse einer Verlängerung der Batterielebensdauer innerhalb der SOA-Sicherheitszone zu bleiben.

Definition

Lithium-Ionen-Zellen haben andere Stromgrenzen zum Laden als zum Entladen, und beide Modi können höhere Spitzenströme verarbeiten, wenn auch für kurze Zeiträume.Hersteller von Batteriezellen spezifizieren normalerweise maximale kontinuierliche Lade- und Entladestromgrenzen zusammen mit Spitzenlade- und Entladestromgrenzen.Ein BMS, das Stromschutz bietet, wird sicherlich einen maximalen Dauerstrom anwenden.Dem kann jedoch vorausgegangen werden, um eine plötzliche Änderung der Lastbedingungen zu berücksichtigen;zum Beispiel die abrupte Beschleunigung eines Elektrofahrzeugs.Ein BMS kann eine Spitzenstromüberwachung beinhalten, indem es den Strom integriert und nach der Delta-Zeit entscheidet, entweder den verfügbaren Strom zu reduzieren oder den Packstrom insgesamt zu unterbrechen.Dies ermöglicht dem BMS eine nahezu sofortige Empfindlichkeit gegenüber extremen Stromspitzen, wie z. B. einem Kurzschlusszustand, der keine vorhandenen Sicherungen aufgefallen ist, aber auch hohe Spitzenanforderungen zu verzeihen, solange diese nicht zu hoch sind lang.

Elektrischer Managementschutz: Spannung

Abbildung 2 zeigt, dass eine Lithium-Ionen-Zelle in einem bestimmten Spannungsbereich arbeiten muss.Diese SOA-Grenzen werden letztendlich durch die intrinsische Chemie der ausgewählten Lithium-Ionen-Zelle und die Temperatur der Zellen zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt.Da darüber hinaus jedes Batteriepaket eine erhebliche Menge an Stromzyklen, Entladen aufgrund von Lastanforderungen und Aufladen aus einer Vielzahl von Energiequellen erfährt, werden diese SOA-Spannungsgrenzen normalerweise weiter eingeschränkt, um die Batterielebensdauer zu optimieren.Das BMS muss wissen, was diese Grenzen sind, und wird Entscheidungen basierend auf der Nähe zu diesen Schwellenwerten befehlen.Zum Beispiel kann ein BMS bei Annäherung an die Hochspannungsgrenze eine allmähliche Verringerung des Ladestroms anfordern oder kann verlangen, dass der Ladestrom insgesamt beendet wird, wenn die Grenze erreicht ist.Diese Grenze wird jedoch normalerweise von zusätzlichen Überlegungen zur Hysterese der intrinsischen Spannung begleitet, um Steuerflattern um die Abschaltschwelle zu verhindern.Auf der anderen Seite fordert ein BMS bei Annäherung an die Unterspannungsgrenze an, dass wichtige aktive Verbraucher ihre Stromanforderungen reduzieren.Im Fall eines Elektrofahrzeugs kann dies durch Reduzieren des für den Traktionsmotor verfügbaren zulässigen Drehmoments durchgeführt werden.Natürlich muss das BMS den Sicherheitserwägungen für den Fahrer höchste Priorität einräumen und gleichzeitig den Batteriesatz schützen, um dauerhafte Schäden zu vermeiden.

Wärmemanagementschutz: Temperatur

Auf den ersten Blick mag es den Anschein haben, dass Lithium-Ionen-Zellen einen großen Betriebstemperaturbereich haben, aber die Gesamtkapazität der Batterie nimmt bei niedrigen Temperaturen ab, weil die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen deutlich verlangsamt wird.In Bezug auf die Fähigkeit bei niedrigen Temperaturen schneiden sie viel besser ab als Blei-Säure- oder NiMh-Batterien;Allerdings ist ein Temperaturmanagement mit Bedacht erforderlich, da das Laden unter 0 °C (32 °F) physikalisch problematisch ist.Das Phänomen des Plattierens von metallischem Lithium kann auf der Anode während des Ladens unter dem Gefrierpunkt auftreten.Dies ist ein dauerhafter Schaden und führt nicht nur zu einer verringerten Kapazität, sondern die Zellen sind auch anfälliger für Ausfälle, wenn sie Vibrationen oder anderen Stressbedingungen ausgesetzt werden.Ein BMS kann die Temperatur des Batteriepacks durch Heizen und Kühlen steuern.

Definition2

Das realisierte Wärmemanagement hängt vollständig von der Größe und den Kosten des Batteriepacks und den Leistungszielen, Designkriterien des BMS und der Produkteinheit ab, was die Berücksichtigung der angestrebten geografischen Region (z. B. Alaska im Vergleich zu Hawaii) beinhalten kann.Ungeachtet des Heizungstyps ist es im Allgemeinen effektiver, Energie von einer externen Wechselstromquelle oder einer alternativen eingebauten Batterie zu beziehen, die dazu bestimmt ist, die Heizung bei Bedarf zu betreiben.Wenn die elektrische Heizung jedoch eine geringe Stromaufnahme hat, kann Energie aus dem primären Batteriepack abgeschöpft werden, um sich selbst zu erwärmen.Wenn ein thermisches hydraulisches System implementiert wird, dann wird eine elektrische Heizung verwendet, um das Kühlmittel zu erwärmen, das gepumpt und durch die gesamte Paketanordnung verteilt wird.

BMS-Designingenieure haben zweifellos Tricks ihres Designhandwerks, um Wärmeenergie in das Paket zu leiten.Beispielsweise können verschiedene Leistungselektroniken innerhalb des BMS, die dem Kapazitätsmanagement dienen, eingeschaltet werden.Obwohl es nicht so effizient wie eine direkte Heizung ist, kann es trotzdem genutzt werden.Die Kühlung ist besonders wichtig, um den Leistungsverlust eines Lithium-Ionen-Akkupacks zu minimieren.Beispielsweise arbeitet eine gegebene Batterie vielleicht optimal bei 20°C;Wenn die Packtemperatur auf 30 °C ansteigt, könnte die Leistungseffizienz um bis zu 20 % reduziert werden.Wird der Akku dauerhaft bei 45°C (113°F) geladen und wieder aufgeladen, kann der Leistungsverlust auf satte 50% ansteigen.Die Batterielebensdauer kann auch unter vorzeitiger Alterung und Verschlechterung leiden, wenn sie ständig übermäßiger Wärmeentwicklung ausgesetzt ist, insbesondere während schneller Lade- und Entladezyklen.Das Kühlen wird normalerweise durch zwei Methoden erreicht, passiv oder aktiv, und beide Techniken können verwendet werden.Die passive Kühlung beruht auf der Bewegung des Luftstroms, um die Batterie zu kühlen.Im Fall eines Elektrofahrzeugs bedeutet dies, dass es sich einfach auf der Straße bewegt.Es könnte jedoch ausgefeilter sein, als es scheint, da Luftgeschwindigkeitssensoren integriert werden könnten, um ablenkende Luftdämme strategisch automatisch anzupassen, um den Luftstrom zu maximieren.Bei niedrigen Geschwindigkeiten oder im Stand kann der Einsatz eines aktiv temperaturgeregelten Lüfters helfen, der aber lediglich das Pack an die Umgebungstemperatur angleichen kann.Im Falle eines sengenden heißen Tages könnte dies die anfängliche Packungstemperatur erhöhen.Thermisch-hydraulische Aktivkühlung kann als komplementäres System konzipiert werden und verwendet typischerweise Ethylenglykol-Kühlmittel mit einem bestimmten Mischungsverhältnis, das über eine elektromotorbetriebene Pumpe durch Rohre/Schläuche, Verteiler, einen Kreuzstromwärmetauscher (Kühler) zirkuliert wird. , und eine Kühlplatte, die an der Batteriesatzanordnung anliegt.Ein BMS überwacht die Temperaturen im gesamten Pack und öffnet und schließt verschiedene Ventile, um die Temperatur der gesamten Batterie innerhalb eines engen Temperaturbereichs zu halten, um eine optimale Batterieleistung sicherzustellen.

Kapazitätsmanagement

Die Maximierung der Kapazität eines Batteriepacks ist wohl eines der wichtigsten Batterieleistungsmerkmale, die ein BMS bietet.Wenn diese Wartung nicht durchgeführt wird, kann sich ein Batteriepaket schließlich selbst unbrauchbar machen.Die Wurzel des Problems liegt darin, dass ein „Stapel“ eines Batteriepacks (Reihenanordnung von Zellen) nicht vollkommen gleich ist und von Natur aus leicht unterschiedliche Leckage- oder Selbstentladungsraten aufweist.Leckage ist kein Herstellerfehler, sondern eine Eigenschaft der Batteriechemie, obwohl sie statistisch durch geringfügige Abweichungen im Herstellungsprozess beeinflusst werden kann.Anfänglich kann ein Akkupaket gut aufeinander abgestimmte Zellen haben, aber im Laufe der Zeit nimmt die Ähnlichkeit von Zelle zu Zelle weiter ab, nicht nur aufgrund von Selbstentladung, sondern auch durch Lade-/Entladezyklen, erhöhte Temperatur und allgemeine Kalenderalterung.Wenn Sie dies verstanden haben, erinnern Sie sich an die frühere Diskussion, dass Lithium-Ionen-Zellen eine hervorragende Leistung erbringen, aber ziemlich unversöhnlich sein können, wenn sie außerhalb einer engen SOA betrieben werden.Wir haben zuvor über den erforderlichen elektrischen Schutz erfahren, da Lithium-Ionen-Zellen nicht gut mit Überladung umgehen.Sobald sie vollständig aufgeladen sind, können sie keinen Strom mehr aufnehmen, und jede zusätzliche Energie, die hineingesteckt wird, wird in Wärme umgewandelt, wobei die Spannung möglicherweise schnell ansteigt, möglicherweise auf gefährliche Niveaus.Es ist keine gesunde Situation für die Zelle und kann dauerhafte Schäden und unsichere Betriebsbedingungen verursachen, wenn es andauert.

Das Zellenarray der Batteriepaketreihe bestimmt die Gesamtspannung des Pakets, und eine Fehlanpassung zwischen benachbarten Zellen schafft ein Dilemma, wenn versucht wird, einen beliebigen Stapel aufzuladen.Abbildung 3 zeigt, warum das so ist.Wenn man einen perfekt ausbalancierten Zellensatz hat, ist alles in Ordnung, da jede auf gleiche Weise aufgeladen wird und der Ladestrom abgeschnitten werden kann, wenn die obere 4,0-Volt-Abschaltschwelle erreicht ist.Im unausgeglichenen Szenario erreicht die obere Zelle jedoch ihre Ladegrenze früh, und der Ladestrom muss für das Bein beendet werden, bevor andere darunter liegende Zellen auf volle Kapazität geladen wurden.

Definition3Das BMS greift ein und rettet den Tag, oder in diesem Fall der Akkupack.Um zu zeigen, wie dies funktioniert, muss eine Schlüsseldefinition erklärt werden.Der Ladezustand (SOC) einer Zelle oder eines Moduls zu einem bestimmten Zeitpunkt ist proportional zur verfügbaren Ladung im Verhältnis zur Gesamtladung bei voller Ladung.Somit impliziert eine Batterie, die sich bei 50 % SOC befindet, dass sie zu 50 % geladen ist, was einer Gütezahl der Kraftstoffanzeige ähnlich ist.Beim BMS-Kapazitätsmanagement geht es darum, die Schwankungen des SOC über jeden Stapel in der Packbaugruppe auszugleichen.Da der SOC keine direkt messbare Größe ist, kann er durch verschiedene Techniken geschätzt werden, und das Ausgleichsschema selbst fällt im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien, passiv und aktiv.Es gibt viele Variationen von Themen, und jeder Typ hat Vor- und Nachteile.Es liegt am BMS-Konstrukteur, zu entscheiden, welches für das jeweilige Batteriepaket und seine Anwendung optimal ist.Passives Auswuchten ist am einfachsten zu implementieren und das allgemeine Auswuchtkonzept zu erklären.Die passive Methode ermöglicht es, dass jede Zelle im Stapel die gleiche geladene Kapazität wie die schwächste Zelle hat.Unter Verwendung eines relativ niedrigen Stroms transportiert es während des Ladezyklus eine kleine Energiemenge von Zellen mit hohem SOC, sodass alle Zellen auf ihren maximalen SOC geladen werden.Abbildung 4 veranschaulicht, wie dies durch das BMS erreicht wird.Es überwacht jede Zelle und nutzt parallel zu jeder Zelle einen Transistorschalter und einen entsprechend dimensionierten Entladewiderstand.Wenn das BMS erkennt, dass sich eine bestimmte Zelle ihrer Ladegrenze nähert, leitet es überschüssigen Strom von oben nach unten um sie herum zur nächsten darunter liegenden Zelle.

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Die Endpunkte des Ausgleichsprozesses, vorher und nachher, sind in Abbildung 5 dargestellt. Zusammenfassend gleicht ein BMS einen Batteriestapel aus, indem es einer Zelle oder einem Modul in einem Stapel erlaubt, einen anderen Ladestrom als den Paketstrom auf eine der folgenden Arten zu sehen:

  • Entfernen der Ladung von den am stärksten geladenen Zellen, was Spielraum für zusätzlichen Ladestrom gibt, um ein Überladen zu verhindern, und es den weniger geladenen Zellen ermöglicht, mehr Ladestrom zu erhalten
  • Umleitung eines Teils oder fast des gesamten Ladestroms um die am stärksten geladenen Zellen herum, wodurch es den weniger geladenen Zellen ermöglicht wird, Ladestrom über einen längeren Zeitraum zu erhalten

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Arten von Batteriemanagementsystemen

Batteriemanagementsysteme reichen von einfach bis komplex und können eine breite Palette verschiedener Technologien umfassen, um ihre Hauptrichtlinie zu erfüllen, „sich um die Batterie zu kümmern“.Diese Systeme können jedoch basierend auf ihrer Topologie kategorisiert werden, die sich darauf bezieht, wie sie installiert sind und mit den Zellen oder Modulen über das Batteriepack arbeiten.

Zentralisierte BMS-Architektur

Verfügt über ein zentrales BMS in der Akkupack-Baugruppe.Alle Batteriepakete sind direkt mit dem zentralen BMS verbunden.Die Struktur eines zentralisierten BMS ist in Abbildung 6 dargestellt. Das zentralisierte BMS hat einige Vorteile.Es ist kompakter und tendenziell am wirtschaftlichsten, da es nur ein BMS gibt.Es gibt jedoch Nachteile eines zentralisierten BMS.Da alle Batterien direkt mit dem BMS verbunden sind, benötigt das BMS viele Ports, um mit allen Batteriepaketen verbunden zu werden.Dies führt zu vielen Drähten, Kabeln, Anschlüssen usw. in großen Batteriepaketen, was sowohl die Fehlersuche als auch die Wartung erschwert.

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Modulare BMS-Topologie

Ähnlich wie bei einer zentralisierten Implementierung ist das BMS in mehrere duplizierte Module unterteilt, jedes mit einem dedizierten Bündel von Drähten und Verbindungen zu einem benachbarten zugewiesenen Teil eines Batteriestapels.Siehe Fig. 7. In einigen Fällen können sich diese BMS-Submodule unter einer primären BMS-Modulaufsicht befinden, deren Funktion darin besteht, den Status der Submodule zu überwachen und mit Peripheriegeräten zu kommunizieren.Dank der duplizierten Modularität sind Fehlersuche und Wartung einfacher und die Erweiterung auf größere Batteriepacks ist unkompliziert.Der Nachteil ist, dass die Gesamtkosten etwas höher sind und je nach Anwendung möglicherweise doppelte ungenutzte Funktionen vorhanden sind.

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Primäres/untergeordnetes BMS

Konzeptionell ähnlich wie bei der modularen Topologie sind die Slaves in diesem Fall jedoch mehr darauf beschränkt, nur Messinformationen weiterzuleiten, und der Master ist der Berechnung und Steuerung sowie der externen Kommunikation gewidmet.Während also wie bei den modularen Typen die Kosten niedriger sein können, da die Funktionalität der Slaves tendenziell einfacher ist, mit wahrscheinlich weniger Overhead und weniger ungenutzten Funktionen.

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Verteilte BMS-Architektur

Deutlich anders als bei anderen Topologien, bei denen die elektronische Hardware und Software in Modulen eingekapselt sind, die über Bündel angeschlossener Kabel mit den Zellen verbunden sind.Ein verteiltes BMS umfasst die gesamte elektronische Hardware auf einer Steuerplatine, die direkt auf der zu überwachenden Zelle oder dem überwachten Modul platziert ist.Dadurch wird der Großteil der Verkabelung auf wenige Sensordrähte und Kommunikationsdrähte zwischen benachbarten BMS-Modulen reduziert.Folglich ist jedes BMS unabhängiger und handhabt Berechnungen und Kommunikationen nach Bedarf.Trotz dieser scheinbaren Einfachheit macht diese integrierte Form jedoch die Fehlerbehebung und Wartung möglicherweise problematisch, da sie sich tief im Inneren einer Abschirmmodulbaugruppe befindet.Die Kosten sind tendenziell auch höher, da es mehr BMSs in der Gesamtstruktur des Batteriepacks gibt.

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Die Bedeutung von Batteriemanagementsystemen

Funktionale Sicherheit ist in einem BMS von höchster Bedeutung.Während des Lade- und Entladevorgangs ist es entscheidend, zu verhindern, dass Spannung, Strom und Temperatur einer Zelle oder eines Moduls unter überwachter Kontrolle die definierten SOA-Grenzwerte überschreiten.Wenn die Grenzwerte für längere Zeit überschritten werden, wird nicht nur ein potenziell teurer Batteriesatz beschädigt, sondern es können auch gefährliche Bedingungen des thermischen Durchgehens entstehen.Darüber hinaus werden zum Schutz der Lithium-Ionen-Zellen und der funktionalen Sicherheit auch untere Spannungsgrenzwerte streng überwacht.Wenn die Li-Ionen-Batterie in diesem Niederspannungszustand bleibt, könnten schließlich Kupferdendriten auf der Anode wachsen, was zu erhöhten Selbstentladungsraten führen und mögliche Sicherheitsbedenken aufwerfen kann.Die hohe Energiedichte von Lithium-Ionen-betriebenen Systemen hat einen Preis, der wenig Spielraum für Fehler im Batteriemanagement lässt.Dank BMS und Lithium-Ionen-Verbesserungen ist dies eine der erfolgreichsten und sichersten Batteriechemien, die heute erhältlich sind.

Die Leistung des Batteriepacks ist das zweitwichtigste Merkmal eines BMS, und dazu gehört das elektrische und thermische Management.Um die Gesamtbatteriekapazität elektrisch zu optimieren, müssen alle Zellen im Paket ausgeglichen werden, was bedeutet, dass der SOC benachbarter Zellen in der gesamten Baugruppe ungefähr gleich ist.Dies ist außerordentlich wichtig, da nicht nur eine optimale Batteriekapazität realisiert werden kann, sondern auch dazu beiträgt, eine allgemeine Verschlechterung zu verhindern und potenzielle Hotspots durch Überladen schwacher Zellen zu reduzieren.Lithium-Ionen-Akkus sollten eine Entladung unter niedrige Spannungsgrenzen vermeiden, da dies zu Memory-Effekten und erheblichem Kapazitätsverlust führen kann.Elektrochemische Prozesse sind sehr temperaturempfindlich, und Batterien sind da keine Ausnahme.Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, sinken die Kapazität und die verfügbare Batterieenergie erheblich.Folglich kann ein BMS eine externe Inline-Heizung einschalten, die sich beispielsweise auf dem Flüssigkeitskühlsystem eines Elektrofahrzeug-Batteriepacks befindet, oder residente Heizplatten einschalten, die unter Modulen eines Packs installiert sind, das in einem Hubschrauber oder anderem eingebaut ist Flugzeug.Da das Aufladen kalter Lithium-Ionen-Zellen außerdem die Batterielebensdauer beeinträchtigt, ist es wichtig, zuerst die Batterietemperatur ausreichend zu erhöhen.Die meisten Lithium-Ionen-Zellen können bei Temperaturen unter 5 °C nicht schnellgeladen werden und sollten bei Temperaturen unter 0 °C überhaupt nicht geladen werden.Für eine optimale Leistung während der typischen Betriebsnutzung stellt das BMS-Thermomanagement häufig sicher, dass eine Batterie in einem engen Goldilocks-Betriebsbereich (z. B. 30 – 35 °C) betrieben wird.Dies sichert die Leistung, fördert eine längere Lebensdauer und fördert einen gesunden, zuverlässigen Akku.

Die Vorteile von Batteriemanagementsystemen

Ein ganzes Batterie-Energiespeichersystem, oft als BESS bezeichnet, könnte je nach Anwendung aus zehn, hundert oder sogar tausend Lithium-Ionen-Zellen bestehen, die strategisch aneinandergereiht sind.Diese Systeme können eine Nennspannung von weniger als 100 V haben, können aber bis zu 800 V betragen, wobei die Pack-Versorgungsströme bis zu 300 A oder mehr betragen können.Jede falsche Handhabung eines Hochspannungspakets könnte eine lebensbedrohliche, katastrophale Katastrophe auslösen.Folglich sind BMSs absolut entscheidend, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.Die Vorteile von BMS lassen sich wie folgt zusammenfassen.

  • Funktionssicherheit.Zweifellos ist dies bei großformatigen Lithium-Ionen-Akkupacks besonders umsichtig und unerlässlich.Aber selbst kleinere Formate, die zum Beispiel in Laptops verwendet werden, sind dafür bekannt, Feuer zu fangen und enorme Schäden anzurichten.Die persönliche Sicherheit von Benutzern von Produkten, die Lithium-Ionen-betriebene Systeme enthalten, lässt wenig Spielraum für Fehler im Batteriemanagement.
  • Lebensdauer und Zuverlässigkeit.Das elektrische und thermische Schutzmanagement des Akkupacks stellt sicher, dass alle Zellen innerhalb der erklärten SOA-Anforderungen verwendet werden.Diese sorgfältige Überwachung stellt sicher, dass die Zellen vor aggressiver Nutzung und schnellen Lade- und Entladezyklen geschützt sind, und führt unweigerlich zu einem stabilen System, das potenziell viele Jahre zuverlässigen Service bieten wird.
  • Leistung und Reichweite.Das BMS-Batteriepack-Kapazitätsmanagement, bei dem der Zell-zu-Zell-Ausgleich eingesetzt wird, um den SOC benachbarter Zellen über die Packbaugruppe hinweg auszugleichen, ermöglicht die Realisierung einer optimalen Batteriekapazität.Ohne diese BMS-Funktion zur Berücksichtigung von Schwankungen bei Selbstentladung, Lade-/Entladezyklen, Temperatureffekten und allgemeiner Alterung könnte sich ein Batteriepack schließlich selbst unbrauchbar machen.
  • Diagnose, Datenerfassung und externe Kommunikation.Zu den Aufsichtsaufgaben gehört die kontinuierliche Überwachung aller Batteriezellen, wobei die Datenprotokollierung selbst für die Diagnose verwendet werden kann, aber häufig für die Berechnungsaufgabe vorgesehen ist, um den SOC aller Zellen in der Baugruppe zu schätzen.Diese Informationen werden für Ausgleichsalgorithmen genutzt, können aber gemeinsam an externe Geräte und Anzeigen weitergeleitet werden, um die verfügbare Eigenenergie anzuzeigen, die erwartete Reichweite oder Reichweite/Lebensdauer basierend auf der aktuellen Nutzung abzuschätzen und den Gesundheitszustand des Batteriepacks bereitzustellen.
  • Kosten- und Gewährleistungsreduzierung.Die Einführung eines BMS in ein BESS erhöht die Kosten, und Batteriepakete sind teuer und potenziell gefährlich.Je komplizierter das System, desto höher die Sicherheitsanforderungen, was dazu führt, dass mehr BMS-Aufsichtspräsenz erforderlich ist.Aber der Schutz und die vorbeugende Wartung eines BMS in Bezug auf Funktionssicherheit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit, Leistung und Reichweite, Diagnose usw. garantiert, dass es die Gesamtkosten senkt, einschließlich der Garantiekosten.

Batteriemanagementsysteme und Synopsys

Die Simulation ist ein wertvoller Verbündeter für das BMS-Design, insbesondere wenn sie zur Untersuchung und Bewältigung von Designherausforderungen bei der Hardwareentwicklung, dem Prototyping und dem Testen angewendet wird.Mit einem genauen Lithium-Ionen-Zellmodell im Spiel ist das Simulationsmodell der BMS-Architektur die ausführbare Spezifikation, die als virtueller Prototyp erkannt wird.Darüber hinaus ermöglicht die Simulation eine problemlose Untersuchung von Varianten von BMS-Überwachungsfunktionen in Bezug auf verschiedene Batterie- und Umgebungsbetriebsszenarien.Implementierungsprobleme können sehr früh entdeckt und untersucht werden, wodurch Leistungs- und funktionale Sicherheitsverbesserungen vor der Implementierung am realen Hardware-Prototyp verifiziert werden können.Dies verkürzt die Entwicklungszeit und trägt dazu bei, dass der erste Hardware-Prototyp robust ist.Darüber hinaus können viele Authentifizierungstests, einschließlich Worst-Case-Szenarien, des BMS und des Batteriepacks durchgeführt werden, wenn sie in physikalisch realistischen eingebetteten Systemanwendungen durchgeführt werden.

Synopsys SaberRDbietet umfangreiche elektrische, digitale, steuerungs- und thermohydraulische Modellbibliotheken, um Ingenieure zu unterstützen, die sich für BMS- und Batteriepack-Design und -Entwicklung interessieren.Es stehen Tools zur Verfügung, um schnell Modelle aus grundlegenden Datenblattspezifikationen und Messkurven für viele elektronische Geräte und verschiedene Arten von Batteriechemie zu generieren.Statistik-, Belastungs- und Fehleranalysen ermöglichen die Verifizierung über Spektren des Betriebsbereichs, einschließlich Grenzbereichen, um die Gesamtzuverlässigkeit des BMS sicherzustellen.Darüber hinaus werden viele Designbeispiele angeboten, damit Benutzer ein Projekt schnell starten und schnell zu den erforderlichen Antworten aus der Simulation gelangen können.


Postzeit: 15. August 2022