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: ein komplexes elektronisches System, das als wahres „Gehirn“ des Batteriepakets fungiert. Obwohl es sich um ein wesentliches Steuergerät für die Sicherheit handelt, wissen nur wenige genau, was es ist und welche Funktion es erfüllt. In diesem Artikel erklären wir es einfach und zeigen, warum es für die Batterie-Lebensdauerverlängerung und für eine prädiktive Überwachung durch fortschrittliche Algorithmen grundlegend ist.
Was ist das Batteriemanagementsystem (BMS) bei Lithiumbatterien?
Lithiumbatterien sind sehr leistungsstark und bieten gegenüber herkömmlichen Technologien zahlreiche Vorteile, haben aber auch einen wunden Punkt: Der Produktionsprozess der Zellen kann keine absolute Gleichmäßigkeit zwischen den einzelnen Elementen garantieren. Diese Variabilität führt zu physiologischen Abweichungen (bei Kapazität und Spannung), die eine ständige, präzise Überwachung über hochpräzise Cell Monitoring Units (CMU) erfordern.
Obwohl ihre Eigenschaften über den Nennwerten liegen, zeigen die Zellen zwangsläufig:
- Unterschiede bei der Nennleistung
- Unterschiede beim Innenwiderstand
- Unterschiede bei der Selbstentladung
Mit Gebrauch oder einfach im Laufe der Zeit führen diese kleinen Unterschiede dazu, dass die Zellen innerhalb einer Batterie aus dem Gleichgewicht geraten, was sich negativ auf die Berechnung des gesamten Ladezustands (SoC) auswirkt. Dieses Ungleichgewicht kann je nach Nutzungsbedingungen und Alterungszustand zu einer Differenz von 3 bis 6 % zwischen den Zellen führen und so die Verschlechterung des Gesundheitszustands (SoH) und des Alterungszustands (SoA) der Lithiumbatterie beschleunigen.
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.
Sehen wir uns die erste Funktion der BMS-Systeme in Lithiumbatterien an: den Zellausgleich zur Maximierung der Effizienz.
BMS und Ladungsausgleich bei Lithiumbatterien
Wie wirken die traditionellen BMS auf den Ladungsausgleich?
Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wenden herkömmliche BMS-Systeme einen Widerstand auf die Zellen mit der höheren Ladung an, wobei die überschüssige Energie als Wärme abgegeben wird, während auf die Zellen mit niedrigerer Ladung gewartet wird, bis sie das gleiche Niveau erreichen. Diese Methode, bekannt als passiver Ausgleich, ist oft langsam und durch sehr niedrige Ausgleichsströme begrenzt, die für moderne Batteriepakete mit hoher Kapazität nicht ausreichen.
Schauen wir uns die Vor- und Nachteile dieser Technologie an:
Wie das proprietäre Flash Balancing System von Flash Battery vorgeht
Im Gegensatz zu herkömmlichen BMS-Systemen hat Flash Battery ein hochentwickeltes proprietäres Ausgleichssystem entwickelt: das Flash Balancing System. Diese Technologie wirkt auf jede einzelne Zelle durch einen kombinierten aktiven und passiven Ausgleich und verwendet eine Leistung, die einen mindestens 20-fach höheren Ausgleichsstrom ermöglicht (High-Current Balancing). Diese Architektur macht es möglich, die Ladezeiten drastisch zu verkürzen und eine perfekte Gleichmäßigkeit des Batteriepakets zu gewährleisten, was effektiv dazu beiträgt, Thermal Runaway zu verhindern.
