Battery Management
System

Keine Lithium-Ionen-Batterie ohne Battery Management System. Warum? Weil das mehrstufige elektronische System für Sicherheit sorgt, die Lebensdauer verlängert und die Leistungsfähigkeit verbessert. Dafür misst das BMS alle Parameter der Batterie, unterbricht wenn nötig den Stromkreis und optimiert die Ausnutzung der Kapazitäten beim Laden und Entladen. Für Geräte und Fahrzeuge, die auf eine zuverlässige Stromquelle angewiesen sind, ist das Battery Management System ein entscheidender Faktor, um die Leistung zu optimieren, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und für einen sicheren Betrieb zu sorgen.

Das Batterie Management System ermöglicht den sicheren Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien bis 800 V und unterstützt verschiedene Energiespeicher- sowie Multibatteriesysteme für größere Anlagen. Beim Entwickeln einer intelligenten BMS Batterie konzentrieren sich unsere Forscher und Entwickler auf die Feedback- und Überwachungsfähigkeit. Das Batterie Management System muss in der Lage sein, die Zellspannung, die Temperatur und den Gesundheitszustand der Batterie zu überwachen, um sie beispielsweise vor Überladung oder Überhitzung zu schützen. Bei Bedarf durchtrennt es sogar den Stromkreislauf. So kann das BMS, die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit jeder einzelnen Zelle zu verbessern.

Basierend auf unseren drei BMS Systemen haben wir ein BMS-Baukastensystem entwickelt, um flexibel und variabel auf die Projekte unsere Kunden einzugehen. Wir nutzen den BMS-System-Baukasten, um eine reale Situation zu simulieren – auf effizienteste, wirtschaftlichste und exakteste Art und Weise. Dabei betrachten wir den gesamten Maschinenzyklus und entwickeln darauf abgestimmte Lösungen, die individuell erweitert werden können. Mit den Anpassungen über die Toolchain und der Auswertung des Battery Management Systems passen wir das Sicherheitsverhalten bis ins Kleinste an, noch vor der tatsächlichen Implementierung. Der BMS-System-Baukasten ersetzt langwierige Testdurchläufe im Betrieb, sorgt für eine nahtlose Implementierung und einen ununterbrochenen Maschinenzyklus.

Um zu verstehen, wie ein Batterie Management System eine Batterie optimiert, schauen wir uns die aktuelle Generation der Elektroautos an: Die Lithiumionen-Akkupacks enthalten zwischen 16 und 53 Kilowattstunden Energie. Ein Liter Super-Benzin liefert 8,8 Kilowattstunden. Der Akkupack muss also eine Menge leisten, um mitzuhalten. Hilfe bekommt er vom Batteriemanagementsystem. Durch die Steuerung und das Monitoring des jeder einzelnen Zelle wird die Effizienz des Akkupacks auf präziseste Art und Weise optimiert. Das BMS misst, überwacht und regelt jeden relevanten Parameter der Zelle. Von der Zellenspannung über Strom und Temperatur bis hin zum Betriebsablauf. Die BMS Batterie ist konstant vor einer vollständigen Be- oder Entladung geschützt, das wirkt sich positiv auf ihre Lebensdauer und Leistungsfähigkeit aus. Das Ziel der BMS Batterien in Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist eine Akku-Lebenszeit von zehn bis 15 Jahren zu erreichen und darüber hinaus mehr als 80 Prozent der Ausgangskapazität zu bewahren. Um dieses Ziel zu erreichen, braucht jedes intelligente Batteriesystem ein zuverlässiges Battery Management, das Reichweite, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriepacks maximiert.

Tatsächlich wird ein typischer Batteriepack in einem begrenzten Ladezustand zwischen 20 und 80 Prozent betrieben. Es werden also nur 60 Prozent der Kapazität genutzt. Grund ist die Sicherheit. Die eingeschränkte Kapazität soll die einzelnen Zellen der Batterie u.a. vor Über- und Unterstrom schützen. Kleine Variationen in der Zellcharakteristik und die Betriebsbedingungen sorgen für unterschiedliche Selbstentladungen. Um gleichzeitig auf Sicherheit und maximale Kapazität zu setzen, kommt das BMS ins Spiel. Das Batteriemanagementsystem überwacht jede einzelne Zelle, deswegen kann die Kapazität bis zur Betriebsgrenze ausgeschöpft werden, ohne sie je zu überschreiten. Bei Lithiumionen-Batterien eine Meisterleistung, denn ihre Entladekurve liegt enorm flach über dem Betriebsbereich. Das BMS muss selbst die kleinste Veränderung des Ladezustands erfassen.

Passives Cell-Balancing ist eine einfache und preisgünstige Lösung im Offlinebetrieb, bei der die Zellen mit einem hohen State of Charge (SoC) entladen werden. Bei der Entladung wird jedoch die elektrische Energie in Wärme umgewandelt, deswegen beschränkt sich der Ausgleich auf maximal fünf Prozent der Zellkapazität und dafür braucht er einiges an Zeit. Beim aktiven Cell-Balancing wird elektrische Energie sowohl beim Entladen im Betrieb als auch beim Laden zwischen den Zellen transportiert. Das BMS versorgt die schwächste Zelle mit Energie aus der stärksten und umgekehrt – je nach Ladezustand. Der größte Vorteil ist, dass weniger Wärme erzeugt wird, der Ausgleichstrom optimiert und das Timing deutlich verkürzt wird. Die größte Herausforderung ist die Präzision. Das Batteriemanagementsystem muss schon Abweichungen von weniger als ±10 mV erkennen, um Messfehler zu vermeiden und das aktive Cell-Balancing durchführen zu können.

Wir glauben an die Technologie als Schlüssel für hochentwickelte, tragfähige Batterien. Unser Batteriemanagementsystem optimiert die Leistungsfähigkeit der Batterie und treibt die Vision vom nachhaltigen, effizienten Einsatz an. Als Partner entwickelt e.battery systems spezifische Lösungen, die auf jahrelanger Erfahrung und ausgereiftem Ingenieurswissen basieren. Das beinhaltet sowohl Komponenten der Elektromobilität als auch individuelles Prototyping, für Special Needs oder für die Massenproduktion. Wir beweisen bei Projekten in der ganzen Welt unsere Kompetenz als Partner für die Batterieentwicklung.

In der Entwicklung und Herstellung unserer Batteriemanagementsysteme spielt die Zuverlässigkeit die größte Rolle, deswegen gibt es bei uns keine Kompromisse, wenn es um die Qualität der Elektronikkomponenten geht. Wir beziehen die Komponenten für unser BMS-Herzstück von renommierten Herstellern aus unserer Region und bauen damit auf den einheitlichen Qualitätsanspruch.

In der Elektromobilität wechseln die dynamischen Leistungsanforderungen an die Batterien besonders stark. Das macht ein intelligentes Battery Management System umso wichtiger und gleichzeitig fordert es eine ganze Menge: Das BMS muss bei extremen schwankenden Leistungsanforderungen eine zuverlässige, ununterbrochene Stromversorgung garantieren. Und das bei allen Temperaturen, im tropisch heißen Sommer und im arktisch kalten Winter. Deswegen achtet e.battery systems von vornherein bei systemkritischen Komponenten auf kompromisslose Qualität und erstklassige Funktionalität. Besonders wichtig im E-Auto: ein optimales Thermomanagement. Das Battery Management System hält die Zellen in Balance, damit es nicht zu Tiefenentladungen kommt, die die Lebenszeit der Batterie enorm verkürzen könnte. Stattdessen verhindert ein Ladeschutz, dass auch beim Laden nicht zu viel Strom zugeführt wird und keine thermische Instabilität oder chemische Reaktionen ausgelöst werden. Durch die intelligente Steuerung hält das BMS die Batterie in einem sicheren Bereich und misst alle kritischen Parameter. Neben der Elektromobilität profitieren auch andere Branchen von den Vorteilen intelligenter Battery Management Systemen: automotive Bereiche, Kommunikationstechnik, mobile Unterhaltungselektronik, Gebäudetechnik, uvm.