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Batterie-Management-System
May 15, 2018

Batterie-Management-System

Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein elektronisches System, das eine wiederaufladbare Batterie ( Zelle oder Batteriepack ) verwaltet, indem es die Batterie vor dem Betrieb außerhalb des sicheren Betriebsbereiches schützt, den Zustand überwacht, Sekundärdaten berechnet, diese Daten meldet und regelt seine Umgebung, authentifizieren und / oder ausbalancieren .

Ein Batteriepack, der zusammen mit einem Batteriemanagementsystem mit einem externen Kommunikationsdatenbus aufgebaut ist, ist ein intelligenter Batteriepack . Ein intelligenter Akku muss von einem intelligenten Ladegerät aufgeladen werden .

 

Funktionen

Überwachen [ Bearbeiten ]

Ein BMS kann den Zustand der Batterie überwachen, wie durch verschiedene Punkte dargestellt, wie zum Beispiel:

- Spannung : Gesamtspannung, Spannungen einzelner Zellen, minimale und maximale Zellspannung oder Spannung von periodischen Abgriffen

- Temperatur : Durchschnittstemperatur, Kühlmitteleintrittstemperatur, Kühlmittelaustrittstemperatur oder Temperaturen einzelner Zellen

- Ladezustand (SOC) oder Entladetiefe (DOD), um den Ladezustand der Batterie anzuzeigen

- State of Health (SOH), eine unterschiedlich definierte Messung der Restkapazität der Batterie in% der ursprünglichen Kapazität

- State of Power (SOP), die Menge an verfügbarer Energie für ein definiertes Zeitintervall bei aktuellem Stromverbrauch, Temperatur und anderen Bedingungen

- Kühlmittelfluss: für luft- oder flüssigkeitsgekühlte Batterien

- Strom : Strom in oder aus der Batterie

Elektrische Fahrzeugsysteme: Energierückgewinnung

- Das BMS steuert auch das Wiederaufladen der Batterie durch Umleiten der zurückgewonnenen Energie (dh von der regenerativen Bremsung ) zurück in das Batteriepack (typischerweise bestehend aus ein paar Batterien, die jeweils aus ein paar Zellen bestehen).

Berechnung

Darüber hinaus kann ein BMS Werte basierend auf den oben genannten Elementen berechnen, z.

- Maximaler Ladestrom als Ladestromgrenze (CCL)

- Maximaler Entladestrom als Entladestromgrenze (DCL)

- Energie [kWh] seit dem letzten Lade- oder Ladezyklus

- Interne Impedanz einer Zelle (zur Bestimmung der Leerlaufspannung)

- Ladung [Ah] geliefert oder gespeichert (manchmal wird diese Funktion Coulomb-Zähler genannt)

- Gesamte Energie seit der ersten Verwendung

- Gesamtbetriebszeit seit der ersten Verwendung

- Gesamtzahl der Zyklen

Kommunikation

Der zentrale Controller eines BMS kommuniziert intern mit seiner Hardware auf Zellenebene oder extern mit High-Level-Hardware wie Laptops oder HMI .

Die externe Kommunikation auf hoher Ebene ist einfach und verwendet mehrere Methoden:

· Verschiedene Arten der seriellen Kommunikation .

· CAN-Bus- Kommunikation, häufig in Automobilumgebungen verwendet.

· DC-BUS - Serielle Kommunikation über die Netzleitung

· Verschiedene Arten der drahtlosen Kommunikation . [2]

Zentrale Niederspannungs-BMS haben meist keine interne Kommunikation. Sie messen die Zellspannung durch Widerstandsteilung.

Verteilte oder modulare BMS müssen eine interne Kommunikation mit niedriger Zellenebene (modulare Architektur) oder Controller-Controller (verteilte Architektur) verwenden. Diese Arten der Kommunikation sind insbesondere für Hochspannungssysteme schwierig. Das Problem ist eine Spannungsverschiebung zwischen den Zellen. Das erste Zellenerdungssignal kann Hunderte von Volt höher als das andere Zellenerdungssignal sein. Abgesehen von Software-Protokollen gibt es zwei bekannte Arten der Hardware-Kommunikation für Spannungsverschiebungssysteme, optische Isolatoren und drahtlose Kommunikation . Eine weitere Einschränkung für die interne Kommunikation ist die maximale Anzahl von Zellen. Bei der modularen Architektur ist die meiste Hardware auf maximal 255 Knoten beschränkt. Für Hochspannungssysteme ist die Suchzeit aller Zellen eine weitere Einschränkung, die minimale Busgeschwindigkeiten begrenzt und einige Hardware-Optionen verliert. Kosten von modularen Systemen sind wichtig, weil sie mit dem Zellpreis vergleichbar sein können. [3] Die Kombination von Hardware- und Softwarebeschränkungen ergibt einige Optionen für die interne Kommunikation:

· Isolierte serielle Kommunikation

· Drahtlose serielle Kommunikation

 

  Batterieverbindung zum Lastkreis

Ein BMS kann auch ein Vorladesystem aufweisen, das einen sicheren Weg ermöglicht, die Batterie an verschiedene Lasten anzuschließen und die übermäßigen Einschaltströme zum Laden von Kondensatoren zu eliminieren.

Die Verbindung zu Lasten wird normalerweise durch elektromagnetische Relais gesteuert, die als Schütze bezeichnet werden. Die Vorladeschaltung kann entweder Leistungswiderstände sein, die in Reihe mit den Lasten geschaltet sind, bis die Kondensatoren geladen sind. Alternativ kann ein Schaltnetzteil, das parallel zu Lasten geschaltet ist, verwendet werden, um die Spannung des Lastkreises auf ein Niveau zu laden, das nahe genug an der Batteriespannung liegt, um die Schütze zwischen Batterie und Lastkreis zu schließen. Ein BMS kann eine Schaltung haben, die prüfen kann, ob ein Relais bereits vor dem Vorladen geschlossen ist (z. B. durch Schweißen), um das Auftreten von Einschaltströmen zu verhindern.

 

Optimierung

Um die Kapazität der Batterie zu maximieren und lokales Unterladen oder Überladen zu verhindern, kann das BMS aktiv sicherstellen, dass alle Zellen, die die Batterie bilden, durch Ausgleich auf der gleichen Spannung oder dem gleichen Ladezustand gehalten werden. Das BMS kann die Zellen ausgleichen durch:

- Verschwendung von Energie aus den am meisten geladenen Zellen, indem sie an eine Last angeschlossen werden (zB durch passive Regler )

- Shuffling Energie von den am meisten geladenen Zellen zu den am wenigsten geladenen Zellen ( Balancer )

- Reduzieren des Ladestroms auf ein ausreichend niedriges Niveau, das vollständig geladene Zellen nicht beschädigt, während weniger geladene Zellen weiterhin geladen werden können (gilt nicht für Lithium-Chemie-Zellen)

- Modulares Laden

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Topologien

BMS-Technologie variiert in Komplexität und Leistung:

- Einfache passive Regler erreichen einen Ausgleich zwischen Batterien oder Zellen durch Umgehen des Ladestroms, wenn die Zellenspannung ein bestimmtes Niveau erreicht. Die Zellspannung ist ein schlechter Indikator für den SOC der Zelle (und für bestimmte Lithiumchemikalien wie LiFePO4 ist es überhaupt kein Indikator). Daher gleicht das Angleichen von Zellenspannungen unter Verwendung passiver Regler SOC nicht aus, was das Ziel eines BMS ist. Daher haben solche Vorrichtungen, obwohl sie sicherlich von Vorteil sind, starke Einschränkungen in ihrer Wirksamkeit.

- Aktive Regler, die eine Last intelligent an- und abschalten, um das Auswuchten zu erreichen. Wenn nur die Zellspannung als ein Parameter verwendet wird, um die aktiven Regler zu aktivieren, gelten die gleichen Einschränkungen, die oben für passive Regler erwähnt wurden.

- Ein komplettes BMS meldet auch den Zustand der Batterie an ein Display und schützt die Batterie.

BMS-Topologien fallen in 3 Kategorien:

- Zentralisiert: Ein einzelner Controller ist über eine Vielzahl von Kabeln mit den Batteriezellen verbunden

- Dezentral: An jeder Zelle ist eine BMS-Platine installiert, mit nur einem einzigen Kommunikationskabel zwischen der Batterie und einem Controller

- Modular: einige Controller, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Zellen übertragen, mit der Kommunikation zwischen den Controllern

Zentralisierte BMS sind am wirtschaftlichsten, am wenigsten erweiterbar und werden von einer Vielzahl von Kabeln geplagt. Verteilte BMS sind am teuersten, am einfachsten zu installieren und bieten die sauberste Baugruppe. Modulare BMS bieten einen Kompromiss der Merkmale und Probleme der anderen beiden Topologien.

Die Anforderungen an ein BMS in mobilen Anwendungen (z. B. Elektrofahrzeuge) und stationären Anwendungen (wie Standby-USV in einem Serverraum ) sind sehr unterschiedlich, insbesondere von den Platz- und Gewichtsbeschränkungen, so dass die Hardware- und Software-Implementierungen angepasst werden müssen zum spezifischen Gebrauch. Im Fall von Elektro- oder Hybridfahrzeugen ist das BMS nur ein Subsystem und kann nicht als eigenständiges Gerät arbeiten. Es muss mit mindestens einem Ladegerät (oder einer Ladeinfrastruktur), einem Last-, einem Wärmemanagement- und einem Notausschaltsubsystem kommunizieren. Daher ist das BMS in einem guten Fahrzeugdesign eng in diese Subsysteme integriert. Einige kleine mobile Anwendungen (z. B. medizinische Gerätewagen, motorisierte Rollstühle, Rollstühle und Gabelstapler) verfügen häufig über externe Ladehardware. Das integrierte BMS muss jedoch dennoch eng mit dem externen Ladegerät integriert sein.

Verschiedene Batteriebilanzierungsverfahren werden verwendet, einige basieren auf der Theorie des Ladezustands .

 

 

 

 

 

 


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