Dieser TechLetter befasst sich mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) und allen damit verbundenen Funktionen. WATTALPS hat intern eine vollständige BMS-Lösung entwickelt, die für anspruchsvolle mobile Anwendungen geeignet ist und die Spezifikation, das Hardware-Design, die Softwareentwicklung und den Validierungsprozess umfasst. Dies wird dazu beitragen, die verschiedenen Funktionen zu veranschaulichen, die ein BMS enthalten muss.
BMS-Funktionen
Der Begriff BMS oder Batteriemanagementsystem wird für viele verschiedene Funktionen verwendet. Dieser TechLetter soll alle Funktionen des BMS erläutern. Es ist weltweit anerkannt, dass das BMS alle elektronischen Funktionen, Hardware oder Software, umfasst, die die Batterie verwalten. In einer Lithium-Ionen-Batterie können die folgenden Funktionen in einem BMS enthalten sein:
- Sicherheit
- Modularität und Batteriekonfiguration
- Schnittstelle zur Anwendung, Maschine oder zum Fahrzeug
- Batterieheizungs- und -kühlungsmanagement
- Konnektivität und Dienste im Zusammenhang mit der Batterie.
Um die Definition dieser Funktionen zu verdeutlichen, hat WATTALPS das folgende Vokabular definiert.
Batteriesicherheitsmanagement (BSM)
Um die Sicherheit Ihres Produkts unter allen Umständen zu gewährleisten
Das Batteriesicherheitsmanagement sorgt dafür, dass die Lithium-Ionen-Zellen in einem sicheren Betriebsbereich bleiben. Wie in unserem TechLetter zur Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien erläutert, müssen Spannung, Temperatur und Stromstärke jeder Zelle eines Batteriepacks innerhalb eines sicheren Betriebsbereichs gehalten werden. Das Arbeiten außerhalb dieser sicheren Bereiche kann zu einem Brand oder unter bestimmten Umständen zu einer Explosion führen. Solche Ereignisse müssen daher mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit erkannt, behandelt und korrigiert werden, indem ein Standardentwicklungsprozess für sicherheitsrelevante Funktionen (gemäß IEC 61508 oder abgeleiteten Normen) verwendet wird. In den meisten Fällen wird der sichere Zustand erreicht, wenn die Schütze geöffnet sind. Dennoch können einige Anwendungen zu gefährlichen Situationen führen, wenn die Schütze ohne Vorwarnung geöffnet werden. Daher ist es wichtig, dass das BSMS mit der Sicherheitsstrategie der Anwendung synchronisiert wird.
Um diese Probleme zu lösen, hat WATTALPS ein BSM mit den folgenden Eigenschaften entwickelt (Liste nicht vollständig):
- Das BSM wurde gemäß der hochanspruchsvollen Norm ISO 26262 entwickelt, die sich mit der funktionalen Sicherheit von Automobilelektronik befasst.
- Die Funktion des BSM kann niemals durch andere Funktionen des BMS verändert werden.
- Das BSM kann an die Sicherheitsstrategie der Anwendung angepasst werden.
- Alle in den Sicherheitsfunktionen verwendeten elektronischen Kernkomponenten sind mit dem höchsten Sicherheitsniveau für Kraftfahrzeuge (ASIL D) kompatibel.
- Das BSM ist speziell auf die innovative Technologie von WATTALPS abgestimmt.
Batteriemodularitätsmanagement (BMM):
Um die Entwicklungskosten zu senken
Einmalige Entwicklung für mehrere Maschinen und mehrere Konfigurationen pro Maschine
Die Entwicklung eines Batteriemanagementsystems erfordert einen enormen Aufwand. Aus diesem Grund werden die meisten BMS so entwickelt, dass sie für verschiedene Akkupacks verwendet werden können. Beispielsweise können im Allgemeinen die folgenden Parameter konfiguriert werden:
- Batteriekapazität
- Batteriebetriebsbereich (Temperatur, Spannung, Strom)
- Bei modularen Systemen die Anzahl der Batteriemodule und/oder die elektrische Konfiguration (in Reihe oder parallel geschaltet)
- Anzahl der Ein-/Ausgänge
Batterieschnittstellenmanagement (BIM)
Eine schlüsselfertige Lösung, die an Ihre spezifischen Bedürfnisse angepasst ist und geringere Entwicklungskosten verursacht.
Das BIM verwaltet die Schnittstelle zwischen der Batterie und der Anwendung, an die die Batterie angeschlossen ist. Die folgenden Funktionen sind in der Regel in einem BIM integriert:
- Ladezustand (SOC) der Batterie und manchmal auch Gesundheitszustand (SOH)
- BMS-Weckstrategie vs. Anwendung
- CAN-Bus-Kommunikation mit der Anwendung (oder anderen gleichwertigen Bussen)
- BMS-Modusverwaltung (Standby, Laden, …)
Beispielsweise umfasst WATTALPS BIM die oben genannten Funktionen sowie die folgenden (Liste nicht vollständig):
- Maximaler Ladestrom und Entladestrom werden regelmäßig gesendet und an jede Situation angepasst (Temperatur, SOC…).
- Live-Bit-Kommunikation mit Anwendung
- Flexible Ladegeräteschnittstelle
- Flexible CAN-Bus-Schnittstelle
Batterie-Wärmemanagement (BTM)
Eine Plug-and-Play-Lösung zur Vereinfachung von Schnittstellen und Entwicklung
Das BTM regelt die Temperatur der Batterie, um deren Leistung, Lebensdauer und Produktivität zu optimieren (weitere Informationen finden Sie in unserem TechLetter„Von einer Lithium-Ionen-Zelle zu einem Batteriesystem“):
- Heizung: Das BTM kann die Heizung der Batterie aktivieren, um das Laden und eine hohe Leistung bei niedrigen Temperaturen zu ermöglichen.
- Kühlung oder Kühlung: Das BTM kann die Kühlung der Batterie aktivieren, um schnelles Laden und hohe Leistung in einer heißen Umgebung zu ermöglichen. Wenn die Umgebungstemperatur über 45 °C liegen kann, ist möglicherweise ein Kühler erforderlich.
- Ausgleich der Zelltemperaturen in der Batterie: Die Leistung der Batterie wird immer durch das schwächste ihrer Elemente begrenzt. Daher ist es sehr wichtig, dass die Zelltemperatur so homogen wie möglich ist, um eine gleichmäßige Alterung zu gewährleisten. Mit der Immersionskühlungstechnologie von WATTALPS lässt sich durch die Zirkulation der dielektrischen Flüssigkeit der Batterie auf einfache Weise eine maximale Temperaturspreizung von 2 °C in der Batterie sicherstellen.
- Schnellladefähigkeit: Das Laden ist oft die Phase, in der innerhalb der Batterie die meiste Wärme entsteht. Daher ist eine sehr effiziente Kühlung erforderlich, um eine Schnellladefähigkeit zu gewährleisten. Die Immersionskühlungstechnologie von WATTALPS ist die effizienteste Kühltechnologie für Batterien.
Batteriekonnektivitätsmanagement (BCM)
Elektrotechnik beherrschen, Kundenerfahrung verbessern und Anwendungsfälle erweitern
Heutzutage sind viele Objekte miteinander verbunden. Für eine Batterie in einer industriellen Anwendung ist Konnektivität ein Muss. Das Batteriekonnektivitätsmanagement bietet:
- Fernaktualisierung (Over The Air) der Software des Batteriemanagementsystems, um von allen neuen Funktionen zu profitieren, die eine solche sich entwickelnde Technologie mit sich bringt.
- Ferndiagnose (Over The Air) für einen reaktionsschnellen Service für den Endkunden
- Nutzungsverlauf zur Optimierung des Flottenmanagements und zur Sicherung einer zweiten Lebensdauer der Batterie
- Tipps zur Verlängerung der Akkulaufzeit bei intensiver Nutzung.
WATTALPS BCM bietet all diese Funktionen und auf Wunsch sogar noch mehr.
BMS-Prüfung
Das BMS ist eine Kernkomponente Ihrer Anlage und hat einen enormen Einfluss auf die Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit Ihrer Anlage. Es muss daher umfassend auf EMV, Beständigkeit gegenüber repräsentativen Umgebungsbedingungen und Lebensdauer getestet werden.
Weitere Informationen zu WATTALPS Full BMS und WATTALPS-Batterien erhalten Sie unter: info@wattalps.com.
