Einbau BMS in Fahrzeuge: 5 wichtige Dinge

Welche charakteristischen Eigenschaften muss ein ausgereiftes BMS (Battery Management System) haben, um wie ein echtes Gehirn einer Lithiumbatterie zu funktionieren?

Hier finden Sie die Antwort darauf!

Wir haben bereits ausführlich dargestellt, wozu es dient und wie der Ladungsausgleich einer Lithiumbatterie, eine der grundlegendsten Funktionen des BMS, funktioniert. Dabei haben wir uns auf die Verdeutlichung der wesentlichen Unterschiede, die zwischen den traditionellen BMS und dem proprietären System von Flash Battery – dem Flash Balancing System – existieren, konzentriert.

Mehr Informationen darüber finden Sie hier: Ein BMS in Lithiumbatterien: Was das ist und wie es sich auf den Ladungsausgleich auswirkt.

Welche 5 weitere Funktionen hat ein intelligentes BMS neben dem Ladungsausgleich?

Der richtige Ladungsausgleich in einem Lithiumbatteriepack gehört wahrscheinlich zu den wichtigsten Aufgaben eines BMS, ein essenzieller Prozess, um maximale Effizienz und eine hohe Kapazität während des gesamten Lebenszyklus der Batterie garantieren zu können.

Das Flash Balancing System ein aktiv und passiv wirkendes proprietäres System von Flash Battery mit einer wesentlich höheren Ausgleichsleistung als bei herkömmlichen BMS (20A), nicht nur am Ende eines Zyklus, sondern auch aktiv während des Ladens und Entladens, gewährleistet einen ultraschnellen Ladungsausgleich und sorgt immer für die höchste Autonomie der Lithiumbatterien von Flash Battery.

Doch ein Battery Management System bedeutet noch viel mehr: Mittlerweile wird es allgemein als das „Gehirn“ einer Lithiumbatterie betrachtet und ist in der Lage, die Sicherheit und die Autonomie eines Elektrofahrzeugs auf intelligente Weise zu managen, indem es grundlegende Betriebsinformationen misst und auswertet.

Wenn es sorgfältig und bis ins kleinste Detail entwickelt wurde, gewährleistet es eine dauerhafte Leistungsstabilität, verhindert mögliche Störungen und führt eine Selbstdiagnose und eine vorbeugende Wartung aus und liefert so eine umfassende Rundum-Kontrolle des Batteriepacks.

Über den Ladungsausgleich hinaus, gehören also folgende weitere Hauptfunktionen zu einem intelligenten BMS:

1. Echtzeitüberwachung aller Batterieparameter

Die Elektronik muss alle Temperaturen und Spannungen jeder einzelnen Zelle in Echtzeit überwachen, indem sie den Eingangs- und Ausgangsstromfluss der Batterie misst. Je nach den abgelesenen Werten trifft das BMS strategische Entscheidungen, um den Lade-, Entladevorgang oder einfach einen längeren Zeitraum der Inaktivität zu verwalten.

2. Senden von Informationen an das Steuergerät des Fahrzeugs, an die Motorsteuerung oder an das Borddisplay

Anders als bei Blei-Säure-Batterien, wo die Elektronik des Fahrzeugs den Ladestand der Batterie feststellte, indem nur die Gesamtspannung abgelesen wurde, ist es bei den Lithiumbatterien die Batterie selbst, die alle Informationen, die sie betrifft, in digitaler Form sendet.

Zu den vielen übertragenen Daten gehören insbesondere:

• der Ladezustand (SOC) bzw. die Restladung;
• die Lebensdauer der Batterie, die abgegebenen Ah und der Lebenszyklus;
• die Signale für die Verwaltung spezifischer Maßnahmen, wie beispielsweise die Deaktivierung einiger Funktionen des Fahrzeugs je nach Ladezustand oder Temperatur.

3. Steuerung des Ladegeräts

Bei Lithiumbatterien ist das Ladegerät ein einfaches Gerät zur Stromversorgung, das den von der Batterie benötigten Strom liefert. Die Ladekurve ergibt sich aus der Batterie in Abhängigkeit vom Bedarf jeder einzelnen Zelle. Das Kommunikationsprotokoll zwischen Ladegerät und Batterie läuft üblicherweise über einen CAN-Bus, kommen allerdings Automotive-Standards wie beispielsweise CCS Combo (europäischer Ladestandard für Fahrzeuge) zum Einsatz, nutzt das Protokoll eine Powerline-Kommunikation.

4. Heizen und Kühlen der Lithium-Batteriepacks

Je nach Anwendung und Einsatzort, kann die Batterie mit Heiz- oder Kühlsystemen ausgestattet sein. Das BMS in der Batterie ist je nach Bedarf und Zustand des Fahrzeugs für die Aktivierung und Deaktivierung der Funktion zuständig.

5. Ausführung vorausschauender Analysen während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs

Neben den oben beschriebenen Funktionen sind die ausgereiftesten BMS darauf ausgerichtet, die wichtigsten Daten zu sammeln, sie in die Cloud zu stellen und sie zu analysieren.

Flash Battery hat das Flash Data Center entwickelt, eine proprietäre Plattform, die täglich alle Lade- und Entladezyklen der mit ihr verbundenen Batterien analysiert. Über Algorithmen künstlicher Intelligenz beugt das Flash Data Center möglichen Störungen vor, bevor sie auftreten, dabei schickt es automatisch Warnsignale an das Flash Battery Service Center und verhindert so problematische Stillstände.

Ein BMS, das die spezifischen Bedürfnisse eines elektrifizierten Sonderfahrzeugs auswertet: der Fall des hybride Fahrmischer Energya

Wir haben die Eigenschaften für eine „standardmäßige“ Funktionsweise eines gut funktionierenden BMS in Lithiumbatterien aufgezählt, doch wir wissen genau, dass die Welt der Industriemaschinen und der Elektrofahrzeuge größtenteils aus Sonderfahrzeugen besteht, an die sehr spezifische Anforderungen gestellt werden.

Aus diesem Grund ist es wichtig, Herstellern von Lithiumbatterien zu vertrauen, die die Steuerelektronik intern entwickeln. Sich an rein assemblierende Unternehmen zu wenden heißt, die Entwicklungszeiten während des Prototypings sowie die Zeiten im Falle eines Kundendienstes enorm zu verlängern.

Doch sprechen wir über einen echten Fall:

Mit dem Ziel, die Nachhaltigkeit als einen der Leitwerte bei der Entwicklung der Produkte voranzutreiben, hat die Cifa S.p.A., der führende Hersteller von Fahrmischern, Autobetonpumpen und Betonmischanlagen, bereits seit 2011 bei der Elektrifizierung der eigenen Fahrzeuge ganz auf den Erfahrungsschatz von Flash Battery vertraut. Hierzu zählen der hybride Fahrmischer Energya und Magnum MK28E, die erste hybride Plug-In-Fahrmischerpumpe der Welt.

Bei beiden Projekten haben die Partner ein starkes gemeinsames Engagement bewiesen, das darauf ausgerichtet war, eine maßgefertigte Batterie zu entwickeln, die den Anforderungen der Anwendung entspricht: maximale Effizienz, schnelle Lademöglichkeit, hohe Widerstandskraft gegenüber den klimatischen Bedingungen, wie auch gegenüber den mechanischen Beanspruchungen, denen Sonderfahrzeuge dieser Art täglich ausgesetzt sind.

Planung eines kundenspezifischen BMS

Neben der maßgefertigten Mechanik ist auch das Battery Management System eigens entwickelt worden, um den Anforderungen des Fahrzeugs zu entsprechen: über das BMS steuert die Batterie nämlich das eingebaute Ladegerät und gleichzeitig das Aufladen eines schnelleren Off-board Ladegeräts, das mit den Standards der Automobilindustrie übereinstimmt.

Der Lithium-Batteriepack kommuniziert außerdem mit dem Steuergerät des Fahrzeugs, was seinerseits die Informationen zum Display und zum Leistungsmanagement der Triebmotoren/spezifische Funktionen (zum Beispiel um die Trommel zu drehen oder um Beton zu pumpen) verzweigt. Schließlich steuert die Batterie die Generatoren, das integrierte Heizsystem und die Messung der Isolation, um die Sicherheit des gesamten Fahrzeugs zu gewährleisten.

Das BMS und die chemische Zusammensetzung der Lithiumbatterie als wichtigster Verbund

Ein intelligentes Battery Management System spielt also eine wesentliche Rolle bei der Leistung und der Lebensdauer einer Lithiumbatterie, doch wir dürfen nicht vergessen, dass ihre Performance von einem weiteren wichtigen Verbündeten abhängig ist: die chemische Zusammensetzung.

Ein gutes BMS kann nämlich den entscheidenden Unterschied ausmachen, wenn es darum geht, das Beste aus der gewählten Lithiumchemie herauszuholen, die allein zu über 70 % zur Leistung einer Lithiumbatterie beiträgt.

Dank BMS lässt sich die chemische Zusammensetzung jedoch verbessern und somit für Zuverlässigkeit und eine langfristig gleichbleibende Leistung garantieren. Das macht schließlich eine Batterie aus, die möglichst wenig Verluste im Sinne des State of Health in Prozent bzw. Range erfährt und dabei die Leistung bei unterschiedlichen Temperaturen aufrecht erhält, da es die Software, wenn sie gut mit der Hardware abgestimmt ist, ermöglicht, alle Geräte rund um die Batterie zu verwalten und zu steuern und helfen kann, die Ladezeiten zu reduzieren – wie im Falle unseres Flash Balancing System.