Battery Management
System

Der BMS Systembaukasten.

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.

BMS Definition.

Das Battery Management System ist der Kommunikationsassistent für intelligente Batteriesysteme. Es hat alle Parameter der Batterie im Auge und greift bei Bedarf ein. Um die Akkumulatoren zu schützen, kann das BMS den Stromkreis unterbrechen und einen Ladeausgleich durchführen. Die Einsatzbereiche für Batterie Management Systeme sind überall da, wo intelligente Batteriesysteme gebraucht werden. Zum Beispiel um die Leistungsfähigkeit zu steigern oder die Langlebigkeit zu unterstützen.

Die Aufgaben des BMS.

Das Batterie Management System ermöglicht den sicheren Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien bis 800 V und unterstützt verschiedene Energiespeichersysteme sowie Multibatteriesysteme für größere Anlagen und Systeme. 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.
  • Zellspannung und
    Temperaturen überwachen
  • Lade- und Gesundheitszustand
    kontrollieren
  • Überhitzungs- und
    Überladungsschutz
  • Ladezustand jeder
    einzelnen Zelle überwachen

Unsere Batterie Management Systeme:

BMS
AM 12s
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Dieses modulare Batteriemanagementsystem ist ideal für Anwendungen mit einem hohen Monitoring Bedarf. Durch seinen Slide-In Steckverbinder (Stecker mit Führungsschienen) ist eine Kontaktierung am Fahrzeug simpel und sicher vor verbogenen oder beschädigten Kontakten.

AM BMS 12s im Überblick:

  • Misst 12 Zellen in Serie

  • Besitzt 2 Temperatursensoren

  • Inklusive Sleep Modus, zur Optimierung des Stromverbrauchs

  • Leistungsstufe mit bidirektionaler Anschaltung für 40A Peak und 20A Dauerstrom

  • Vorladung mit Kurzschlussabsicherung

  • Integrierter Stromsensor

  • Analog ausgeführte Abschaltung der Ausgangsstufe für Überstrom, Überspannung und Übertemperatur


Einsatz und Handhabung:

Das BMS misst pro Zelle Spannungen von 1 - 4,2 V und unterstützt alle gängigen Lithium Technologien wie NMC, LiFePo4, LTO, etc. Eine PC Monitoring Software macht das Überwachen des Batteriepacks übersichtlich und benutzerfreundlich. Welche Parameter vom Battery Management System angezeigt werden, lässt sich individuell festlegen. Die Programmierung ist einfach und intuitiv dank USB-C und ST-Link. Das AOI und Flying Probe getestete BMS wird mittels SMD Technologie konfektioniert. 4 LED dienen als State-of-Charge Anzeige.

Einsatzgebiete:

  • FTS

  • AGV

  • Robotics

  • Automotive

  • E-Roller

  • E-Scooter

  • E-Bike


BMS
AM 30s
ebatterysystem (107 von 119)
Dieses modulare Batteriemanagementsystem ist ideal für Anwendungen mit hoher mechanischer Belastung und hohen Strömen. Eine Kombination aus mechanischen und softwarebasierenden Sicherheitseinrichtungen macht dieses BMS zu einem Allrounder in verschiedenen Anwendungsgebieten.

AM BMS 30s im Überblick:

  • 6 Temperatursensoren NTC10K

  • 3 Analogeingänge 0 - 10 V.

  • 4 Digitalausgang galvanisch 2 A 130 V Sicherung

  • 1 Digitalausgang galvanisch 1 A Stromkosten

  • 1 CAN out galvanisch 125 - 1 M.


Umweltanforderungen:

  • IP-Klasse IP40

  • Normen EN60204

  • Betriebstemperaturbereich -10 °C bis + 60 °C

  • Lagertemperatur -30 °C bis + 80 °C

  • Feuchtigkeitsklasse F, Luftfeuchtigkeit < 85 %

  •  Klimaanlage mit Zusatzkühler interner Lüfter


Einsatz und Handhabung:

Um Signale, Messungen und die Kommunikation der Schnittstellen zu verarbeiten, besteht das BMS aus mehreren Master Boards. Es gibt einen Master für jeden Strang des Batteriepacks und dieser Strang kann aus mehreren Batteriemodulen bestehen, die wiederum aus bis zu 14 Zellen bestehen. Pro Batteriemodul gibt es einen Slave, der über CAN mit dem Master verbunden ist und die Aufgabe hat, Spannung sowie Temperatur der Batteriezelle zu messen und zu balancieren.

Dann gibt es noch die Multi-Master-Konfiguration, um mehrere Master-Subsysteme zu koordinieren. Ein System-Master wird zum übergeordneten System, das externe Vorladungen steuern und die anderen Master-Systeme anleiten kann.

Überwachte Werte:
BMS AM 12s
strich


  • Batteriespannung (mV)

  • Zellspannung jeder Einzelzelle (mV)

  • Zellspannungsdifferenz (mV)

  • Ladestrom (mA)

  • Entladestrom (mA)

  • Interne Impedanz des Packs (mΩ)

  • Temperatur (°C)

  • SoC (%)

  • Anzahl der Batteriezyklen

  • Kapazität (mAh)


Konfigurierbare Werte:
BMS AM 12s
strich


  • Ladestrom (mA)

  • Maximale Temperatur bei Ladung (°C)

  • Maximale Temperatur bei Entladung (°C)

  • SoC (%)

  • Entladungs-Abschaltspannung (mV)

  • Ausgleichspannung, Kapazität, V-Differenz

  • Max. Stromschutz (mA)

  • Max. Spannungsschutz (mV)

  • Max. zulässige Zellspannungsdifferenz (mV)

  • Reserveenergie (mAh)


Struktur & Design:
BMS AM 30s
strich


  • Kompakte Anwendung

  • Design auf DIN- und EG-Basis, Standard: IP40

  • Kein Kontaktschutz der Anschlüsse bei <60V

  • Gehäuse spritzwassergeschützt IP53 (Option)

  • Standardisierte digitale Steuerelektronik

  • Eingabe nom. 50 - 130V

  • Zusätzliche Luftkühlung

  • Minus Batteriespannung hat Verbindung zur Anwendung - GND

  • Gehäuse und Kühlblock sind galvanisch getrennt

  • Abstände und Kriechstrecken entsprechen den Normen

  • CAN extern ist galvanisch getrennt


Überwachte & konfigurierbare Werte:
BMS AM 30s
strich


  • Kompakte Batterieüberwachung 30 Zellen Master + 120 Zellen Slave

  • PC-Oberfläche für Statusanzeigen und Parametereinstellung

  • Galvanisch getrennter CAN

  • Unabhängiger interner CAN zur Batteriesteuerung

  • Parallele Verbindungen sind möglich

  • Seriell-Verbindungen sind ebenfalls möglich

  • Echtzeit-Timer

  • Anmeldung bei SD-Kartendaten

  • Gehäuseschließsensor

  • Kontrollierte Vorladung

  • Heizung 30 W für die seriel BMS-Version

  • Hilfsspannung 50 - 130 V.

  • Zellenspannung 1 - 4,2 V.

  • Anzahl der Zellen seriell 30

  • Gewicht 400 g

  • Abmessungen 240 x 150 x 22

  • Aufwachen: Taste oder 12V oder CAN

  • CAN-Bus: getrennte externe galvanische

  • CAN-Bus: intern

  • Digitalausgang (Batteriespannung): 1

  • Digital galvanisch getrennt: 4

  • Analog In: 3

  • Temperatursensoren: 6


Der BMS Systembaukasten.

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.
  • Für automotive spezifizierte Hochvoltbatterien 
  • Skalierbare Lösung inklusive Hard- und Software
  • SoC-, SoH- und SoF-Bestimmung
  • Für NMC-, LFP- und LTO-Zellen
  • Strom- und Hochvolt-Sensorik
  • Unterstützung für Parallelbatterien

Mit dem BMS Systembaukasten können wir erste Muster und Kleinserien aufbauen, als Grundlage für den industriellen Maßstab. So bildet das BMS zusammen mit den Zellüberwachungsmodulen alle wichtigen Batterie-Management- und Sicherheitsfunktionen ab, die wir mit der BMS-Toolchain exakt anpassen können. Unter anderem sind das:
  • Verschaltungstopologie
  • Zellcharakteristik
  • Temperaturverhalten
  • Entladekennlinie
  • Grenzen/Zeitverhalten der Sicherheitsfunktionen
  • Schnittstelle zum Fahrzeug

Zubehör zum BMS-Systembaukasten.

Neben den Schlüsselkomponenten des Battery Management Systems bieten wir Ihnen umfassendes Zubehör bis zu kompletten BMS-Bausätzen an. Dazu gehören unter anderem:

 

  • Schütze
  • Vorlademodule
  • Lastwiderstände
  • Filterbaugruppen
  • Stecker-Sets

BMS: Mehr Energie aus der Batterie.

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.

BMS schöpft Potential aus jeder Einzelzelle.

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.

Unterschied: passives und aktives Cell-Balancing.

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.

Bessere und höhere Batterie-Performance.

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.
Allgemeine BMS-Funktionen:
Das allgemeine BMS
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  • Temperaturüberwachung

  • Spannungsüberwachung in jeder Zelle

  • passives Balancing

  • verhindert Tiefentladung und Überladung

  • State of Charge

  • CAN Schnittstelle


Spezifische BMS-Funktionen:
Das Beispiel-Kunden-BMS
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  • BMS für bis zu 30 Zellen Master


  • Zell-Balancing bis zu 0,5A


  • Kompatibel mit versch. Zelltypen und Kapazitäten


  • Temperaturbereich -40 bis +60 °C


  • SOC und SOH Bestimmung


  • Galvanische Zelltrennung


  • PC Benutzeroberfläche


  • kundenseitige Parametrisierung möglich


  • USB-C Schnittstelle


  • separate Mosfetstufe f. höhere Ströme


  • Fernwartung möglich


  • integrierte Heizung


  • kontrollierte Vorheizung


  • etc.


Wieso das Zell-Balancing so wichtig ist? Unterschiede in den Zellen können sich auf die Leistung und die Lebenserwartung der Batterie sowie auf die laufenden Kosten auswirken. Diese Unterschiede entstehen durch elektrochemische Eigenschaften zwischen den Zellen. Das Ungleichgewicht tut weder der Batterie noch dem Gerät gut, deswegen ist ein Batteriemanagementsystem aus unseren Lithium-Ionen-Akkus nicht mehr wegzudenken. Das intelligente Überwachungssystem kontrolliert und beeinflusst alle relevanten Parameter, damit die Zellen gleichmäßig arbeiten und die Leistungsfähigkeit optimiert wird.

BMS Leistungsmerkmale:

Maximal flexibel.

Unsere Batteriemanagementsysteme sind sowohl in mobilen als auch stationären Anwendungen einsetzbar und lassen sich durch die zentrale Steuerung einfach und flexibel bedienen.

Maximal sicher.

Das Batteriemanagementsystem ist eine intelligente Kontroll- und Überwachungslösung, die im Notfall automatisch eingreifen kann. Das erhöht die Sicherheit enorm.

Maximal anpassbar.

Weil das BMS auf eine Vielzahl von Anforderungen angepasst werden kann, ist es die Antwort auf fast jede Art von Anwendung.

Hochwertige BMS-Komponenten.

In der Entwicklung und Herstellung unserer Batteriemanagementsysteme spielt die Zuverlässigkeit die größte Rolle, deswegen gibt’s bei uns keine Kompromisse, wenn’s 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.

BMS in der Elektromobilität.

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.