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 zu können, sollte ein Batteriezellensimulator in der Lage sein, eine programmierbare Gleitspannung im Bereich von 0 – 5 V zu erzeugen, um die Zelle sowohl in Nenn- als auch in Unter-/Überspannungsbedingungen zu simulieren.
Das Compact BMS von Seica stellt die ideale Lösung für einen vollständigen Test eines Batteriemanagementsystems dar: Es ist nicht nur mit einem Batteriezellensimulator ausgestattet, der speziell für diesen Zweck entwickelt wurde, sondern bietet auch die integrierte Architektur und die Funktionen für In-Circuit- (ICT) und Funktionstests in einer Fertigungsumgebung. Während IKT-Tests die Integrität jeder einzelnen elektronischen Komponente im BMS sicherstellen und eine präzise diagnostische Selektivität bieten, stellen Funktionstests sicher, dass jede Einheit alle ihre betrieblichen Anforderungen erfüllt.
Das Compact BMS wurde für typische Spannungen von 500/600 V und in einigen Fällen bis zu 1000 V entwickelt und hergestellt, da es notwendig sein kann, eine Reihe von Hunderten von Zellen zu simulieren.
In den Fällen, in denen die Messung der Spannung der einzelnen Zelle nicht ausreicht, um den Lade- und Gesundheitszustand der Zellen (SoC und SoH) zu bestimmen, ermöglicht der Seica-Simulator die Coulomb-Strommessung, die den Stromausgang wiederholt und in festgelegten Zeitintervallen misst und dann die Messungen zusammenfasst, um die Gesamtenergiemenge während des Ladens oder Entladens zu berechnen.
Um passive und aktive Ausgleichsbedingungen zu simulieren, kann der Seica Compact BMS-Simulator einen Strom bis zu ±5 A erzeugen oder senken.
Um Energieverschwendung zu vermeiden, sollte das Batteriemanagementsystem idealerweise keinen Strom aus der Zelle entnehmen. Um diese Funktion zu testen, verarbeitet und misst das Compact BMS jeden Strom (in der Regel Mikroampere), der vom BMS absorbiert wird, genau. Da das BMS alle Zellfehlerzustände wie Kurzschlüsse, einen getrennten Draht oder Polaritätsinversionen erkennen muss, kann die Testlösung von Seica auch diese Messbedingungen korrekt simulieren.
Zum Testen der Temperaturmessfunktion des BMS, das typischerweise NTC/PTC-Thermistoren verwendet, kann der Compact BMS-Batteriezellensimulator einen variablen Widerstand bereitstellen, der von Dutzenden von Ohms bis mOhms reicht.
Wenn Hunderte von Zellen simuliert werden müssen, können die Systemkosten in die Höhe schnellen. Um die Wirtschaftlichkeit zu erhalten, bietet das Compact BMS eine interessante Multiplexing-Lösung mit der 3D-Version der S64-Matrix, eine Lösung, die dank der Skalierbarkeit und Flexibilität der Architektur der Testplattform von Seica, die speziell für die Testanforderungen in einer Fertigungsumgebung entwickelt wurde, ermöglicht wird.
Kurz gesagt, das Compact BMS ist die Lösung, die die vollständigen Betriebsbedingungen jedes BMS simulieren kann und die Stimuli und Messungen liefert, die zum Testen aller seiner Fähigkeiten und Funktionen erforderlich sind.
electronica, Stand A3.459
