MAXKGO Classroom (II): Was macht BMS

Die Grundfunktion des BMS besteht darin, Batterieparameter zu überwachen und zu berechnen, einschließlich grundlegender Parameter und Zustände wie Spannung, Strom und Temperatur, sowie die Berechnung von Batteriezustandsdaten wie SOC und SOH. Im Bereich der Leistungsbatterien werden auch SOP (State of Power) und SOE (State of Energy) berechnet.

① Überwachen

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

· Spannung: Gesamtspannung, Spannungen einzelner Zellen oder Spannung periodischer Abgriffe

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

· Kühlmittelfluss: für flüssigkeitsgekühlte Batterien

· Strom: Strom in oder aus der Batterie

· Gesundheit einzelner Zellen

· Gleichgewichtszustand der Zellen

②Berechnung

Darüber hinaus kann ein BMS Werte auf Grundlage der folgenden Elemente berechnen, beispielsweise:

· Spannung: minimale und maximale Zellspannung

· Ladezustand (SoC) oder Entladetiefe (DoD), um den Ladezustand der Batterie anzuzeigen

· State of Health (SoH), eine unterschiedlich definierte Messung der verbleibenden Kapazität der Batterie in % der ursprünglichen Kapazität

· State of Power (SoP), die für ein definiertes Zeitintervall verfügbare Strommenge angesichts des aktuellen Stromverbrauchs, der Temperatur und anderer Bedingungen

· Sicherheitszustand (SOS)

· Maximaler Ladestrom als Ladestrombegrenzung (CCL)

· Maximaler Entladestrom als Entladestrombegrenzung (DCL)

· Abgegebene Energie [kWh] seit der letzten Ladung oder dem letzten Ladezyklus

· Innenwiderstand einer Zelle (zur Ermittlung der Leerlaufspannung)

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

· Gesamtenergieabgabe seit Erstgebrauch

· Gesamtbetriebszeit seit Erstgebrauch

· Gesamtzahl der Zyklen

· Temperaturüberwachung

· Kühlmittelfluss für luft- oder flüssigkeitsgekühlte Batterien

3.2 Management-ausgewogenes Management

Jede Batterie ist anders. Sogar Batterien, die in derselben Charge vom selben Hersteller hergestellt wurden, haben ihre eigenen Lebenszyklen, und die Kapazität jeder Batterie kann nicht genau gleich sein. Für diesen Unterschied gibt es zwei Gründe:
· Inkonsistenz in der Zellproduktion
Während des Produktionsprozesses sind die Membran und die Kathoden- und Anodenmaterialien inkonsistent, was zu einer inkonsistenten Gesamtbatteriekapazität führt.
· Inkonsistenz elektrochemischer Reaktionen
Dies bedeutet, dass beim Laden und Entladen der Batterie die thermische Umgebung während des elektrochemischen Reaktionsprozesses nie dieselbe sein wird, selbst wenn die Herstellung und Verarbeitung der beiden Zellen genau gleich sind. Die Temperatur der Batterie ist definitiv niedriger als die mittlere, was zu einer langfristigen Inkonsistenz der Ladekapazität und der Entladekapazität, der inkonsistenten Kapazität der Batteriezellen und der inkonsistenten Alterungsgeschwindigkeit führt.
Aus diesem Grund müssen Batterien ausgeglichen werden.

Um die Kapazität der Batterie zu maximieren und lokales Unter- oder Überladen zu verhindern, kann das BMS durch Ausgleich aktiv sicherstellen, dass alle Zellen, aus denen die Batterie besteht, auf der gleichen Spannung oder dem gleichen Ladezustand gehalten werden. Das BMS kann die Zellen wie folgt ausgleichen:

• Passiver Ausgleich: Verschwendung von Energie aus den am stärksten geladenen Zellen durch deren Anschluss an eine Last (beispielsweise durch passive Regler)
• Aktiver Ausgleich: Energieumleitung von den am stärksten geladenen Zellen zu den am wenigsten geladenen Zellen (Ausgleicher)
• Reduzierung des Ladestroms auf ein ausreichend niedriges Niveau, bei dem vollständig geladene Zellen nicht beschädigt werden, während weniger geladene Zellen weiter geladen werden können (gilt nicht für Zellen mit Lithium-Chemie)

3.3 Schutz - Fehlerbehebung und Alarmierung

Ein BMS kann seine Batterie schützen, indem es den Betrieb außerhalb ihres sicheren Betriebsbereichs verhindert, beispielsweise:

· Überstrom beim Laden

· Überstrom beim Entladen

· Überspannung beim Laden, besonders wichtig für Blei-Säure-, Li-Ionen- und LiFePO4-Zellen

· Unterspannung beim Entladen, besonders wichtig bei Li-Ionen und LiFePO4 Zellen

· Übertemperatur

· Laden bei Untertemperatur

· Überdruck (NiMH Akkus)

· Erdschluss- oder Leckstromerkennung (Systemüberwachung, die sicherstellt, dass die Hochvoltbatterie elektrisch von allen für den Benutzer berührbaren leitfähigen Objekten wie der Fahrzeugkarosserie getrennt ist)

Die BMS-Überwachung ist auf die Hardware des elektrischen Systems abgestimmt. Entsprechend den unterschiedlichen Leistungsbedingungen der Batterie wird sie in verschiedene Fehlerstufen (geringer Fehler, schwerwiegender Fehler, schwerwiegender Fehler) unterteilt, und bei unterschiedlichen Fehlerstufen werden unterschiedliche Verarbeitungsmaßnahmen ergriffen: Warnung, Leistungsbegrenzung oder direktes Abschalten der Hochspannung. Zu den Fehlern zählen Datenerfassungs- und Rationalitätsfehler, elektrische Fehler (Sensoren und Aktoren), Kommunikationsfehler und Batteriestatusfehler.

Ein gängiges Beispiel: Bei einer Überhitzung der Batterie erkennt das BMS anhand der erfassten Batterietemperatur, dass die Batterie überhitzt ist, trennt den Stromkreis, der die Batterie steuert, führt einen Überhitzungsschutz durch und gibt einen Alarm an Managementsysteme wie das EMS aus.

3.4 Kommunikation

Der normale Betrieb des BMS ist untrennbar mit der Kommunikationsfunktion des BMS verbunden. Ob es darum geht, die Batterie während des Batteriemanagements zu steuern oder den Batteriestatus zu übertragen und Steuerbefehle zu empfangen, eine stabile Kommunikation ist erforderlich.

Im Leistungsbatteriesystem ist ein Ende des BMS mit der Batterie verbunden und das andere Ende mit dem Steuerungs- und Elektroniksystem des Fahrzeugs. In der Umgebung wird das CAN-Protokoll verwendet, aber das interne CAN wird zwischen den internen Komponenten des Batteriepacks verwendet und das Batteriepack ist mit dem Fahrzeug verbunden. Verwenden Sie das Fahrzeug-CAN, um zwischen ihnen zu unterscheiden.

Im Gegensatz dazu erfolgt die Kommunikation zwischen dem Energiespeicher-BMS und der internen Kommunikation grundsätzlich über das CAN-Protokoll, während die externe Kommunikation (mit extern ist hauptsächlich das Dispatching-System PCS des Energiespeicherkraftwerks gemeint) normalerweise im Internetprotokollformat TCP/IP und im Modbus-Protokoll erfolgt.

Mit dem Aufkommen neuer Energiequellen werden die Möglichkeiten für Batterieanwendungen immer vielfältiger. Als unverzichtbarer Bestandteil der Batterieentwicklung wird BMS die Entwicklung der Branche weiter verbessern und besser nutzen.

Das zukünftige BMS wird stärker integriert und vereinfacht sein. Dies ist auch die Richtung, die MAXKGO angestrebt hat. Im Vergleich zu ähnlichen Markenherstellern wurde die Größe unseres BMS auf mehr als die Hälfte der Konkurrenzprodukte reduziert. Hochwertiges Material, spart mehr Platz und reduziert das Gewicht für jedermanns DIY-Kreation.

Danke fürs Zuschauen, wir sehen uns im nächsten Blog~