Ein typisches Batteriemanagementsystem (BMS) besteht aus mehreren unverzichtbaren Komponenten. Die Batteriemanagementeinheit (BMU) überwacht kontinuierlich Batterieparameter wie Spannung, Strom, Temperatur und Ladestand. Der Balancer ist eine elektronische Schaltung, die der Verteilung der Ladung auf die Batteriezellen oder -module dient. Diese Schaltung verteilt die Ladung auf einzelne Zellen einer Batterie, damit alle einen gleichmäßigen Ladestand aufweisen.
Das BMS überwacht kontinuierlich den Ladezustand (SOC) jeder Zelle in einer Batterie und bewertet deren verfügbare Kapazität sowie ihren Gesamtzustand. Das Verfolgen des SOC und das Messen der Spannung einzelner Zellen ist mit deutlichen Herausforderungen verbunden. Große Batterien wie die in Elektrofahrzeugen verbauten Module können aus hunderten oder tausenden Zellen bestehen. Präzise Messungen für jede Zelle setzen spezielle Algorithmen voraus, damit Auswirkungen typischer Probleme wie Spannungsungleichgewichte und Abweichungen berücksichtigt werden können.
Außerdem sind Isolation und Überwachung zentrale Bestandteile eines Batteriemanagementsystems. Die Isolation trennt die Hochspannungsbatterie vom Rest des elektrischen Systems. Das BMS stellt die erforderlichen Barrieren und Isolation bereit, um elektrische Fehler und Gefahren zu verhindern. Die Isolationsüberwachung prüft kontinuierlich auf Brüche der Isolation, stellt frühzeitige Warnungen bereit und schützt vor potenziellen Kurzschlüssen und anderen elektrischen Gefahren.
Und schließlich erfasst die BMS-Aufschaltüberwachung die Aktivierung und Deaktivierung von Hochspannungssystemen und stellt zugleich sicher, dass die Batterie richtig angeschlossen ist und bei Bedarf deaktiviert wird. Die Überwachung verhindert ungewollte Aktivierungen und andere gefährliche Situationen. Die hier aufgelisteten Komponenten sind Standardkomponenten. Das BMS-Design und dessen Umsetzung variieren in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzbereich.
Spezielle Batteriemanagementsysteme für Elektrofahrzeuge
Neben den oben aufgeführten Komponenten enthalten Elektrofahrzeuge (EVs) üblicherweise ein Vorladesystem. Wenn ein Fahrzeug eingeschaltet wird, fährt die Vorladeschaltung die an den Antriebsstrang des Fahrzeugs angelegte Spannung schrittweise hoch, bevor die volle Leistung aktiviert wird. Dieser Prozess verhindert Hochstromstöße, die das System beschädigen oder die Sicherheit gefährden können. Man könnte jetzt meinen, dass diese Funktion einfachen Induktoren ähnelt, die den Einschaltstrom begrenzen. BMS-Vorladesystem übernehmen aber üblicherweise noch weitere Funktionen und sind deutlich leistungsfähiger.
Ein Batteriemanagementsystem optimiert die Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen und vergrößert deren Reichweite. Zugleich ermöglicht ein BMS die effiziente Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie. Und schließlich ist die BMS-Technologie in großmaßstäblichen Energiespeichersystemen unverzichtbar, die in industriellen Umgebungen zum Einsatz kommen (vergleichbar mit einem Privatfahrzeug, dass bei Netzstromausfällen als Backupbatterie für den Haushalt genutzt wird). Auf diese Weise kann ein Batteriespeicher, ob in einem Auto oder anderweitig verbaut, bei Spitzenbelastungen des Netzes eine stabile Stromversorgung sicherstellen und so die Stabilität des Netzes verbessern.
Unterstützung beim Design von Batteriemanagementsystemen: BMS Center of Excellence in Ägypten
Die Technologie des Batteriemanagementsystems muss die optimale Leistung und Sicherheit der Batterien in den unterschiedlichen Einsatzbereichen sicherstellen. Kunden müssen im Hinblick auf Umsetzung und Support aber mit verschiedenen Herausforderungen zurechtkommen. Arrow hat das BMS Center of Excellence in Ägypten eingerichtet, um die Kunden in Bezug auf diese Herausforderungen zu unterstützen. Die spezialisierten Techniker dieser Einrichtung befassen sich mit den Anforderungen der Kunden.
Techniker benötigen in vielen Fällen BMS-Lösungen, die auf die genutzte Batterieart, den Energiebedarf und die Systemkonfiguration abgestimmt sind. Weitere Herausforderungen für ein BMS sind die Batteriesicherheit und die Leistungsoptimierung. Für spezielle Anwendungen ist eine Standardlösung häufig nicht ausreichend. Außerdem müssen die Normen zur BMS-Funktionssicherheit eingehalten werden, wie sie in ISO 26262 für den Automobilsektor und in IEC 61508 für andere Branchen beschrieben sind. Die in diesen Normen definierten Anforderungen beziehen sich auf Hardware, Software und sogar den Entwicklungsprozess von Batteriemanagementsystemen. In all diesen Bereichen kann das BMS Center of Excellence von Arrow Kunden unterstützen.
Sachgemäße Integration von Batteriemanagementsystemen
BMS-Technologie kommt in unterschiedlichsten Branchen und Einsatzbereichen zur Anwendung. Ein Batteriemanagementsystem optimiert und managt die Batterieleistung, optimiert die Energieeffizienz und vergrößert die Reichweite von Elektrofahrzeugen. Zugleich ist ein Batteriemanagementsystem für große Energiespeichersysteme unverzichtbar, die in industriellen Umgebungen und für Anwendungen auf Netzebene zum Einsatz kommen. Der Batteriespeicher stellt in Verbindung mit einem sachgemäß integrierten Batteriemanagementsystem eine stabile Stromversorgung sicher, wenn das Stromnetz übermäßig belastet ist. Weitere Vorteile ergeben sich aus der effizienten Nutzung der verfügbaren Ressourcen.
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