LiFePO4 BMS: Ein Batteriemanagementsystem verstehen

"Was ist ein LiFePO4 BMS?"

Wahrscheinlich haben Sie den Begriff BMS schon mehrfach gelesen oder gehört, als Sie sich über LiFePO4-Batterien informiert haben.

Denn ein BMS - die Abkürzung steht für Batteriemanagementsystem - ist ein wichtiger Bestandteil jeder Lithium-Ionen-Batterie.

Lithium-Ionen-Batterien - insbesondere LiFePO4-Batterien - sind zwar eine beliebte Wahl für Energiespeichersysteme, können aber bei unsachgemäßer Handhabung gefährlich sein. Deshalb ist es wichtig, das richtige BMS für Ihr Akkupaket zu verwenden.

Dieser Artikel stellt Ihnen LiFePO4-BMS vor und erklärt, was sie tun. Wir besprechen, wie sie funktionieren und wie Sie das richtige LiFePO4-BMS für Ihren Akku auswählen.

Was ist ein LiFePO4 BMS?

Ein BMS ist ein integraler Bestandteil eines jeden Lithium-Ionen-Batteriesystems - es ist dafür verantwortlich, dass die Zellen im Batteriepack gesund bleiben und optimal funktionieren.

Jeder Akku hat einen bestimmten Spannungs-, Strom- und Temperaturbereich, in dem er sicher arbeiten kann. Wenn einer oder mehrere dieser Parameter erheblich von dem angegebenen Bereich abweichen, kann Ihr Akkupack dauerhaft beschädigt werden (aufgrund der Degradation seiner Komponenten) und sogar ein Sicherheitsrisiko darstellen.

Die meisten Batterien sind mit einem integrierten BMS ausgestattet, um dies zu verhindern.

Aber wie verhindert ein BMS, dass Ihr Akkupack beschädigt wird?

Ein LiFePO4-BMS steuert die Entlade- und Ladevorgänge von LiFePO4-Akkupacks. Wenn also während dieser Vorgänge etwas schief läuft, greift der BMS-Schutz sofort ein und passt die Ladeparameter an oder unterbricht den Stromfluss zum und vom Akkupack vollständig.

Außerdem überwacht ein BMS die Batteriezellen und stellt sicher, dass sie alle richtig zusammenarbeiten. Es misst auch Parameter wie Spannung, Strom und Temperatur, um sicherzustellen, dass die Batterie gesund und sicher ist.

Auf diese Weise trägt ein BMS dazu bei, dass Ihre Batterie nicht beschädigt wird:

• Überladung
• Überspannung
• Überstrom
• Übertemperatur
• Ungleichgewicht der Zellen
• Kürzerer Lebenszyklus

Außerdem optimiert ein BMS die Kapazität und die Gesamtleistung Ihres Akkus bei jedem Lade-/Entladevorgang. Auf diese Weise können Sie das Beste aus Ihrem LiFePO4-Akkupack hinsichtlich Leistung und Lebensdauer herausholen.

LiFePO4 BMS Hauptfunktionen

1. Kontrolle der Betriebsbedingungen

Misst Spannungs-, Strom- und Temperatursignale und steuert diese Parameter, um ein Zellengleichgewicht zu erreichen und Schäden an der Batterie zu verhindern.

2. Diagnose durchführen

Überwacht die Schwankungen von Zelle zu Zelle im Laufe der Zeit; diagnostiziert Fehler, erkennt Sicherheitsrisiken und sendet Warnsignale an den Fahrer (der dann die geeigneten Maßnahmen zur Vermeidung dieses Sicherheitsrisikos einleiten kann).

3. Daten sammeln und speichern

Zeichnet die Signale des Packs und der einzelnen Zellen auf; speichert Daten über den Lebenszyklus der Batterie.

4. Schätzung der Parameter

Bestimmt den Ladezustand der Zellen und des Packs, wie z. B. State of Charge (SOC) und State of Health (SOH); kommuniziert mit Steuergeräten für den Zellenausgleich.

Arten von LiFePO4-BMS

Sie können ein LiFePO4-BMS in vielen verschiedenen Formen und Größen finden, je nach Größe Ihres LiFePO4-Akkus.

Bei einigen ist lediglich die Leiterplatte mit allen elektronischen Bauteilen sichtbar:

Andere wiederum werden in einem Gehäuse geliefert, das das BMS vor äußeren Einflüssen schützt. Sie können wasserdicht, staubdicht, feuerbeständig usw. sein.

Außerdem verfügen einige Optionen über ein Bluetooth-Modul, so dass Sie Ihre Batterie über eine App auf Ihrem Telefon steuern und überwachen können.

Wie funktioniert ein LiFePO4-BMS?

Ein LiFePO4-BMS besteht aus mehreren Hardware- und Software-Funktionsblöcken, die mit Funktionen programmiert sind, die den Batteriesatz durch die Überwachung und Steuerung seiner Lade- und Entladebedingungen schützen.

Ein gutes BMS sollte Schutz bieten gegen:

• Über- und Unterspannung
• Über- und Unterstrom
• Ungleichgewicht der Zellen
• Über- und Untertemperatur

Abschaltspannung und -strom

Batteriemanagementsysteme verfügen über strom- und spannungsgesteuerte Abschalttransistoren, die den Strom vom Ladegerät zur Batterie oder von der Batterie zur Last unterbrechen können.

Diese Transistoren fungieren als Schalter: Wenn der Zellspannungswächter eine höhere Spannung feststellt, als das System verkraften kann, wird der Schalter ausgeschaltet, um die Batterie vor Überspannung zu schützen.

Das Gleiche gilt für die Unterspannung: Wenn der Spannungswächter eine niedrigere Spannung als die minimale Lade- oder Entladespannung feststellt, schaltet sich der Abschalttransistor ein und verhindert, dass diese Ladespannung den Akku erreicht, so dass eine Beschädigung des Akkus vermieden wird.

Zellausgleich

Eine weitere Hauptfunktion eines LiFePO4-BMS besteht darin, sicherzustellen, dass alle Zellen in einem Pack korrekt ausgeglichen sind.

Ausgeglichene Zellen bedeuten, dass Sie, wenn Sie die Spannung jeder einzelnen Zelle messen würden, für jede Zelle den gleichen Wert erhalten würden. Dadurch wird verhindert, dass die Batterie unregelmäßig geladen/entladen wird.

Ein BMS balanciert einen Akkupack folgendermaßen aus: Es ändert den Ladestrom für eine oder mehrere einzelne Zellen des Packs, so dass er sich vom Packstrom unterscheidet, und zwar auf eine der folgenden Arten:

Die Entladung der am stärksten geladenen Zelle schafft "Platz" für zusätzlichen Ladestrom, um eine Überladung zu verhindern, und ermöglicht es den weniger geladenen Zellen, mehr Ladestrom zu erhalten.

Umleitung des Ladestroms (teilweise oder vollständig) zu den weniger geladenen Zellen, so dass diese über einen längeren Zeitraum einen Ladestrom erhalten, bis das Zellgleichgewicht erreicht ist.

Temperaturkontrolle

Ein Temperatursensor sendet das Temperatursignal der Batterie an die Überwachungseinheit des BMS. Wird eine potenziell gefährliche Lade- oder Entladetemperatur festgestellt, unterbricht das BMS automatisch die Stromzufuhr zur und von der Batterie und verhindert so Sicherheitsrisiken im Zusammenhang mit einer Über- oder Untertemperatur.

In einem BMS sind viele Schutzstrategien programmiert; die meisten sind zu komplex, um sie hier aufzuführen. Sie haben jedoch alle das gleiche Ziel: die Batterie vor allen möglichen extremen Bedingungen in Bezug auf Spannung, Strom, Temperatur, Kurzschluss, Zellenungleichgewicht usw. zu schützen. Mit einem BMS können Sie die Lebensdauer und Leistung der Batterie maximieren.

Kann ich einen LiFePO4-Akku ohne BMS aufladen?

Ja, Sie können einen LiFePO4-Akku ohne BMS aufladen. Dies kann jedoch gefährlich sein, weshalb diese Praxis nicht empfohlen wird.

Die Versorgung eines Akkupacks mit einer höheren Ladespannung oder einem höheren Ladestrom als empfohlen kann zu einem thermischen Durchgehen führen, was einen Brand oder eine Explosion zur Folge haben kann.

Um ernsthafte Sicherheitsprobleme zu vermeiden, sollten Sie, wenn Sie Ihren LiFePO4-Akku (oder jeden anderen Akku) aufladen, zumindest die Ladebedingungen wie Spannung, Stromstärke und Temperatur genau überwachen.

Hierfür können Sie Spannungs- und Strommessgeräte sowie einen Temperatursensor für Ihre Batteriezellen verwenden.

Auf diese Weise wissen Sie, ob Ihre Batterie belastet wird und können die Bedingungen entsprechend anpassen.

Wenn Sie kein BMS verwenden, wirkt sich das außerdem negativ auf die Lebensdauer Ihrer Batterie aus. Auf diese Weise hält sie nicht so lange, wie es der Fall wäre, wenn sie mit einem BMS ausgestattet wäre, um optimale Arbeitsbedingungen zu gewährleisten.

Wichtiger Hinweis: Wir empfehlen die Verwendung eines BMS zum Laden Ihres LiFePO4-Akkus. Wenn Sie dies nicht tun, sollten Sie zumindest Erfahrung mit der Überwachung elektrischer Systeme haben.

Wie wähle ich das richtige BMS für einen LiFePO4-Akku?

LiFePO4-Batterien bieten zwar erhebliche Vorteile, können aber auch ziemlich teuer sein. Aus diesem Grund könnten Sie in Erwägung ziehen, Ihre eigenen LiFePO4 zu bauen.

Wenn dies der Fall ist, ist die Verwendung des richtigen BMS für Ihren LiFePO4-Akku entscheidend für die sichere und korrekte Funktion Ihres Akkupacks.

Die Wahl des richtigen LiFePO4-BMS hängt stark von der Größe Ihres Batteriesystems ab, insbesondere von dessen Nennspannung und Kapazität.

Um die Anforderungen für die Auswahl des richtigen BMS für Ihren LiFePO4-Akku besser zu verstehen, sollten Sie zunächst einige relevante Akkueigenschaften wie Spannung, Stromstärke, Kapazität und C-Rating überprüfen.

Spannung

Spannung ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis (die Einheit für Spannung ist Volt, V).

Mit anderen Worten: Die Spannung ist die Kraft/der Druck, mit der/dem sich der Strom durch einen Stromkreis bewegt.

Ein Batteriesatz besteht aus einer Reihe von Zellen. Die Anzahl der Zellen (und deren Chemie) in einem Akkupack bestimmt seine Nennspannung.

Einzelne LiFePO4-Zellen haben eine Nennspannung von 3,2 V. Auf diese Weise ergibt die Reihenschaltung von vier LiFePO4-Zellen einen Akkupack mit einer Nennspannung von 12,8 V.

Stromstärke

Die Stromstärke ist ein Maß für den elektrischen Stromfluss. Sie wird manchmal auch kurz als Ampere bezeichnet. Sie drückt die Anzahl der Elektronen aus, die einen bestimmten Punkt in einem Stromkreis zu einer bestimmten Zeit durchlaufen. Mit anderen Worten, es ist die Rate, mit der Elektronen in einem Stromkreis fließen.

Batteriekapazität

Die Batteriekapazität wird in Amperestunden (mAh für kleine Batterien) gemessen. Sie gibt die Gesamtstrommenge an, die eine Batterie in einer Stunde liefern kann, bis ihre Spannung auf einen bestimmten Wert für jeden Batterietyp abfällt (Abschaltspannung).

C-Rate

Die C-Rate misst die Entlade- (oder Lade-) Rate einer Batterie im Verhältnis zu ihrer Nennkapazität.

Eine 1C-Rate bedeutet, dass der Entladestrom die gesamte Batterie in einer Stunde entladen würde. Für eine Batterie mit einer Nennkapazität von 100Ah bedeutet 1C also, dass sie eine Stunde lang 100A liefern würde. Wäre die C-Rate dagegen 0,5C, würde sie zwei Stunden lang 50A liefern.

Abschließende Überlegungen

Das BMS ist eine wichtige Komponente von Batteriesystemen - es überwacht die Batteriezellen und stellt sicher, dass alle Zellen im Batteriesatz richtig zusammenarbeiten.

Außerdem misst es Lade- und Entladeparameter wie Spannung, Stromstärke und Temperatur, um sicherzustellen, dass Ihre Batterie korrekt und sicher funktioniert.

Wenn eine der Zellen eine Fehlfunktion aufweist, ergreift das BMS Maßnahmen, um das Problem zu beheben, was bis zur vollständigen Abschaltung des Batteriesystems führen kann.

Aus diesem Grund hat die Wahl des richtigen BMS einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer und die Gesamtleistung Ihres Akkupacks.

Quelle: climatebiz.com Geschrieben von Ana Lejtman