EPP 11.2022

» TEST & QUALITÄTSSICHERUNG
Batteriemanagementsystem überwacht jede einzelne Zelle
Perfekte Integration zwischen
ICT und Funktionstester
Die Batterien der nächsten Generation bieten unglaubliche Leistungen in Bezug
auf Kapazität sowie reduzierte Lade- und Entladezeiten. Der größte Teil muss der
Chemie der Lithium-Ionen-Zellen (NMC, LFP) und der Elektrodenstruktur zugeschrieben
werden. Diese Leistung erfordert jedoch eine genaue Überwachung und
Verwaltung der einzelnen Zellen durch ein Batteriemanagementsystem (BMS).
» Antonio Cadau, PreSales and Product Development Manager, Seica SpA
Das Compact BMS ist die ideale Lösung
für einen vollständigen Test eines
Batteriemanagementsystems
Bild: Seica
Tatsächlich sind diese Systeme in der
Lage, alle Parameter jeder einzelnen
Zelle zu überwachen und bei Bedarf Maßnahmen
zu ergreifen, um sie auszugleichen.
Analyse des BMS-Systems
Der erste Parameter, den das BMS überwachen
sollte, ist die Temperatur, die für
die Sicherheit unerlässlich ist. Alle Zellen
haben einen idealen Temperaturbereich,
außerhalb dessen Leistungen schnell abnehmen.
Die Temperatur sollte niemals
Werte erreichen, die zu hoch sind, was zu
einer thermischen Wirbelsituation mit der
daraus resultierenden Brand- und/oder
Explosionsgefahr führen könnte. Werden
Temperaturen außerhalb der Sicherheitsparameter
erkannt, stoppt das BMS
schnell den Lade- oder Entladevorgang.
Der zweite potenzielle kritische Punkt,
betrifft das Management des Lade-/Entladeprozesses,
der die Lebensdauer der
Batterie bestimmt; in der Tat ist es sehr
wichtig, dass jede einzelne Zelle niemals
überladen oder überladen wird. Dies
könnte die Zelle irreversibel beschädigen
und das gesamte Modul ruinieren.
Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass
eine Standard-Automobilbatterie normalerweise
aus Dutzenden von Modulen besteht
und jedes Modul wiederum aus einer
signifikanten und variablen Anzahl von
Zellen, die in Reihe und/oder parallel verbunden
sind. Jedes Modul ist mechanisch
geschlossen, oft sogar geformt, daher
schwer nachzuarbeiten oder zu reparieren.
Der Lade-/Entladezustand einer ganzen
Batterie endet, wenn die „einzelne Zelle“
die volle Ladung/Entladung erreicht, nicht
wenn alle Zellen geladen/entladen sind,
wie man denken könnte; Dies verhindert
eine Überbeanspruchung der Zellen. Um
beispielsweise zu vermeiden, dass eine
„einzelne Zelle“, die zu 50% geladen wird,
die Energieversorgungskapazität der gesamten
Batterie beeinflusst, kümmert
sich das BMS um den Ausgleich der Ladung
jeder „einzelnen Zelle“.
Das BMS kann mit aktivem oder passivem
Ausgleich betrieben werden. Im ersten
Fall stellt der Balancing-Prozess sicher,
dass die Zellen in gleichen Prozentsätzen
geladen werden, wobei die Ladung
nach Bedarf zwischen ihnen verschoben
wird, mit einer deutlichen Verbesserung
der Gesamteffizienz. Im zweiten Fall entlädt
das System stattdessen die Zellen,
die eine höhere Ladung als die anderen
haben, ein Prozess, der einfach zu implementieren
ist, aber zu einer offensichtlichen
Energieverschwendung führt.
Um bei Bedarf zu überwachen und zu
modifizieren, misst das BMS die Spannung
der einzelnen Zelle und den Coulomb-
Strom, um den Ladezustand (SoC) und den
Alterungszustand (SoH) zu bestimmen,
wesentliche Parameter bei der Überwachung
der Lebensdauer der Batterie.
Angesichts der Bedeutung des BMS für
den Lebenszyklus des gesamten Batteriesystems
wird deutlich, dass ein Funktionstest
des BMS selbst die Überprüfung
aller seiner Leistungen und Funktionen
umfassen muss. Ein Funktionstest könnte
die Verwendung aller tatsächlichen Zellen
in einer Batterie beinhalten, aber abgesehen
von den praktischen Schwierigkeiten
im Zusammenhang mit der hohen Anzahl
von Zellen würde dieser Ansatz keine sich
wiederholenden und genauen Testbedingungen
gewährleisten und es würde auch
an Flexibilität mangeln. Aus diesem
Grund ist der Einsatz von Batteriezellensimulatoren
im Funktionstest des BMS
der empfohlene Ansatz.
Um die für den Funktionstest des BMS
notwendigen Bedingungen bereitstellen
66 EPP » 11 | 2022