Het batterijbeheersysteem (BMS) van een lithiumbatterij: beschermingsfuncties, passieve of actieve celbalancering, en een verbonden BMS
Het BMS (Battery Management System, batterijbeheersysteem) is de elektronische printplaat die de cellen van een lithiumbatterij bewaakt. Het is vooral bekend om het feit dat het de stroom kan onderbreken. Maar het doet veel meer: het meet, beschermt, balanceert en, bij nieuwere modellen, geeft het informatie over de status van de batterij. Deze handleiding geeft een kijkje in de werking.
Het belangrijkste
- Het batterijbeheersysteem (BMS) meet de spanning van elke celgroep, de stroom en de temperaturen.
- Het schakelt de stroomtoevoer of -afvoer via transistors wanneer een bepaalde limiet wordt overschreden.
- Het balanceert de cellen zodat ze allemaal hetzelfde laadniveau behouden: het ontlaadt overtollige energie (passief) of verplaatst deze (actief).
- Een verbonden Battery Management System (BMS) maakt het mogelijk om de status van elke cel af te lezen via een telefoon of een controller.
Wat het Batterijbeheersysteem (BMS) meet:
- De spanning van elke reeks cellen in serie: Dit is de belangrijkste meting, omdat de zwakste reeks de limieten bepaalt voor de gehele batterij.
- `De stroom`, zowel tijdens het laden als ontladen, wordt meestal gemeten met behulp van een meetweerstand.
- `De temperaturen worden gemeten met sensoren die zich bevinden tussen de cellen en op de eigen stroomcomponenten.`
De beschermhoezen
| Bescherming | Geactiveerd door | Effect |
|---|---|---|
| Extra kosten | Een groep die boven de maximale spanning werkt | Schakel de stroom uit |
| Diepe ontlading | Een groep op zijn minimale spanning | Onderbreek de ontlading |
| Overstroom tijdens het ontladen | Stroom die de limiet overschrijdt, gedurende een bepaalde tijd | Onderbreek de ontlading |
| Kortsluiting | Extreem hoge stroom | In enkele microseconden wordt de stroom onderbroken |
| Overstroom bij belasting | Te hoge laadstroom, inclusief tijdens het elektrisch remmen | Schakel de stroom uit |
| Temperatuur | De temperatuur is te hoog of te laag om op te laden | Onderbreek het laden of ontladen |
De stroomonderbreking wordt geregeld door vermogenstransistors die op de negatieve pool van de batterij zijn geplaatst. Sommige Battery Management Systems (BMS) hebben één enkele uitgang voor zowel het opladen als het ontladen (een gemeenschappelijke poort), terwijl andere twee afzonderlijke uitgangen hebben: de laadpoort kan dan een veel lagere stroomlimiet hebben. De stroomonderbrekingen tijdens het accelereren worden gedetailleerd beschreven in onze handleiding batterij en BMS die tijdens acceleratie uitschakelen, en het effect op het remmen wordt behandeld in de handleiding over regeneratief remmen.
Waarom balanceren?
Geen enkele cel is perfect identiek aan de cel ernaast. Naarmate er meer laadcycli plaatsvinden, ontstaan er kleine verschillen in capaciteit en zelfontlading, waardoor de cellen steeds verder uit elkaar komen te liggen: de ene is eerder vol, de andere is eerder leeg. Zonder correctie verliest de batterij aan bruikbare capaciteit (het opladen stopt bij de eerste volle cellengroep, het ontladen bij de eerste lege cellengroep) en de cellen aan de extremen slijten sneller.
De passieve balans
De meest voorkomende methode. Aan het einde van de laadcyclus sluit het Battery Management System (BMS) een kleine weerstand aan op de cellen met de hoogste spanning om overtollige energie als warmte af te voeren, totdat de andere cellen hun niveau hebben bereikt. Dit is een eenvoudige en betrouwbare methode, maar wel traag: de balansstroom is laag. Het corrigeert slechts kleine verschillen en alleen wanneer de batterij regelmatig volledig wordt opgeladen.
Actieve stabilisatie
Het batterijbeheersysteem (BMS) transporteert energie van de meest opgeladen batterijcellen naar de minder opgeladen cellen, via circuits met condensatoren of spoelen. Het is efficiënter, werkt met hogere stromen en kan op elk moment ingrijpen, niet alleen aan het einde van de laadcyclus. Het is complexer en duurder. Het wordt voornamelijk gebruikt in grotere batterijpakketten en als aanvulling op bestaande BMS-systemen.
Werkplaats tip:
Een batterij met passieve celbalancering moet af en toe tot 100% worden opgeladen, en na het oplichten van de "vol" indicator nog even aan de lader blijven staan: dit is het moment waarop de celbalancering actief is. Een batterij die altijd slechts tot 80% wordt opgeladen, balanceert bijna nooit.
De aangesloten batterijbeheersysteem (BMS)
De nieuwste, zogenaamde "slimme" batterijbeheersystemen (BMS) communiceren via Bluetooth of een bedrade verbinding. Hierop kan men de spanning van elke cel, de stroom, de temperaturen, het aantal laadcycli en eventuele fouten aflezen. Dit is een waardevol diagnostisch hulpmiddel: een cel die afwijkt van de rest is direct zichtbaar.
Aangesloten op de controller maakt een verbonden BMS (Battery Management System) ook verdere mogelijkheden mogelijk: de controller kan zijn vermogen aanpassen aan de werkelijke status van de batterij, in plaats van dit pas te ontdekken op het moment dat de BMS de stroom onderbreekt. Onze controllers, zoals de RageLink, kunnen bijvoorbeeld worden verbonden met de BMS van de batterij.
Veelgestelde vragen
Mijn batterij verliest vermogen, is dit een probleem met de balans?
Het is mogelijk. Met een BMS (Battery Management System) aangesloten, kunt u de spanning van de batterijpacks in volledig opgeladen toestand vergelijken. Een duidelijk verschil wijst op een onevenwichtigheid of een versleten cel. Meerdere volledige oplaadcycli kunnen dit probleem mogelijk oplossen als het verschil klein is.
Is een actief batterijbeheersysteem (BMS) altijd de beste optie?
Niet noodzakelijk. Bij een batterij met goed afgestemde cellen en die regelmatig volledig wordt opgeladen, is een passieve balanceringsmethode voldoende. Actieve balansering is vooral nuttig bij grote batterijen en cellen die afwijken van elkaar.
Kan het Battery Management System (BMS) van een batterij worden vervangen?
Ja, maar dit is een delicate ingreep op opgeladen batterijcellen, die aan een specialist moet worden overgelaten. Het nieuwe Battery Management System (BMS) moet overeenkomen met het aantal cellen in serie, de chemische samenstelling en de stroomsterkte van de batterij.