BMS: 5 Kernfunktionen im Überblick

2026,04,10

(1) Datenerfassung
Um die Batteriesicherheit zu gewährleisten, erfasst das System während des Lade- und Entladevorgangs in Echtzeit die Klemmenspannung und -temperatur jeder Zelle, den Lade-/Entladestrom und die Gesamtspannung des Batteriepacks. Dies verhindert ein Überladen oder Tiefentladen. Dabei werden Daten zur Zelltemperatur und zur Temperatur des Stromkreises erfasst. Die Zelltemperatur wird typischerweise mit drahtförmigen NTC-Thermistoren gemessen, während Leistungsklemmen im Allgemeinen oberflächenmontierte NTC-Widerstände verwenden.

(2) SOX-Algorithmusschätzung
Dazu gehören SOC, SOE und SOP. Durch die genaue Schätzung des Ladezustands (SOC) – der verbleibenden Batteriekapazität – wird sichergestellt, dass der SOC in einem angemessenen Bereich bleibt. Dies verhindert Schäden durch Überladung oder Tiefentladung und ermöglicht eine Echtzeitvorhersage der verbleibenden Energie oder des Ladezustands.

SOC-Schätzmethoden:
- Traditionell: Amperestunden-Integrationsmethode, Leerlaufspannungsmethode (OCV).
- Modellbasiert: Kalman-Filterung, Partikelfilteralgorithmen.
- Neuronale Netze: Algorithmen neuronaler Netze.
State of Power (SOP)-Algorithmus: Bestimmt die maximale kontinuierliche und momentane Lade-/Entladeleistung durch Nachschlagen von Tabellen basierend auf dem Ladezustand und der Temperatur der Batterie. Die Depolarisationsgeschwindigkeit der Zelle bestimmt die Häufigkeit des maximalen Stromverbrauchs. Wenn die Akkumulationsgeschwindigkeit von Li-Ionen auf der SEI-Filmoberfläche die Absorptionsgeschwindigkeit der Anode überschreitet, kommt es zu Spannungsabfällen, die es unmöglich machen, die maximale Leistung aufrechtzuerhalten. Die Herausforderung bei der SOP-Berechnung liegt daher im Übergang zwischen Spitzenleistung und Dauerleistung.
State of Health (SOH)-Algorithmus: Ermittelt zwei genaue SOC-Werte basierend auf der OCV-SOC-Kurve, berechnet die akkumulierte Ladung oder Entladung (Amperestunden-Integration) zwischen diesen beiden SOC-Punkten, um die Batteriekapazität abzuleiten, und berechnet anschließend den SOH.

(3) Sicherheitsdiagnose

Überstromschutz: Beinhaltet einen Überstromschutz beim Laden und Entladen. Im Allgemeinen werden für die funktionale Sicherheit zwei Schutzstufen implementiert: Stufe 1 ist softwarebasiert und Stufe 2 ist hardwarebasiert.
Überspannungsschutz: Tritt während des Ladevorgangs auf und ist in Überspannungsschutz der Stufen 1 und 2 unterteilt.
Unterspannungsschutz: Tritt während des Entladens auf, unterteilt in Unterspannungsschutz der Stufen 1 und 2.
Temperaturschutz: Beinhaltet einen Hochtemperaturschutz (Laden/Entladen) und einen Niedertemperaturschutz (Laden/Entladen).
Kurzschlussschutz: Beinhaltet Kurzschlussschutzstrom und Kurzschlussschutzzeit.

(4) Energiemanagement
Batteriespeichersysteme bestehen typischerweise aus Hunderten oder sogar Tausenden von Zellen mit jeweils leicht unterschiedlichen Kapazitäten und Innenwiderständen. Mit zunehmender Betriebszeit nehmen diese Unterschiede zu, da jede Zelle unterschiedlich schnell abgebaut wird. Wenn die Zellspannungen unausgeglichen sind, wird der Akku schnell unbrauchbar. Der Batterieausgleich (Ausgleichsladung) dient dazu, alle Zellen im Pack in einen einheitlichen und konsistenten Zustand zu bringen.

(5) Informationsmanagement
BMS wird in rein hardwarebasierte Schutzplatinen und solche, die Software mit Hardware kombinieren, eingeteilt.

Reines Hardware-BMS: Arbeitet mit einem festen Satz von Schutzparametern und bietet Schutz und Wiederherstellung basierend auf erfassten Spannungs-, Strom- und Temperaturzuständen ohne MCU-Eingriff.
Software + Hardware: Die MCU ermöglicht die Informationserfassung in Echtzeit und interagiert extern über Kommunikationsprotokolle wie CAN oder RS485, indem sie Echtzeitdaten von der BMS-Schutzplatine hochlädt.

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Autor:

Ms. Nina

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