Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verlängerung der Lebensdauer von Solarbatterien. Es trägt außerdem dazu bei, die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batterien zu gewährleisten. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erklärung eines BMS und seiner Vorteile für die Nutzer.
Funktionsweise eines Gebäudeautomationssystems
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) für Lithiumbatterien nutzt einen speziellen Computer und Sensoren, um den Batteriebetrieb zu steuern. Die Sensoren messen Temperatur, Ladestrom, Batteriekapazität und weitere Parameter. Ein im BMS integrierter Computer berechnet anschließend die Lade- und Entladevorgänge der Batterie. Ziel ist es, die Lebensdauer des Solarspeichersystems zu verlängern und gleichzeitig einen sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Die Komponenten eines Batteriemanagementsystems
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um eine optimale Leistung des Akkus zu gewährleisten. Die Komponenten sind:
Ladegerät
Ein Ladegerät speist den Akku mit der richtigen Spannung und Stromstärke ein, um eine optimale Ladung zu gewährleisten.
Batteriemonitor
Der Batteriemonitor ist ein Satz von Sensoren, die den Zustand der Batterien und andere wichtige Informationen wie den Ladezustand und die Temperatur überwachen.
Batterieregler
Der Controller steuert das Laden und Entladen des Akkus. Er sorgt für einen optimalen Energiefluss in und aus dem Akku.
Steckverbinder
Diese Steckverbinder verbinden das Batteriemanagementsystem (BMS), die Batterien, den Wechselrichter und das Solarmodul. Dadurch wird sichergestellt, dass das BMS Zugriff auf alle Informationen der Solaranlage hat.
Die Merkmale eines BMS-Batteriemanagementsystems
Jedes Batteriemanagementsystem (BMS) für Lithiumbatterien besitzt spezifische Merkmale. Die beiden wichtigsten Funktionen sind jedoch der Schutz und die Verwaltung der Batteriekapazität. Der Batterieschutz wird durch elektrischen und thermischen Schutz gewährleistet.
Der elektrische Schutz bedeutet, dass sich das Batteriemanagementsystem abschaltet, wenn der sichere Betriebsbereich (SOA) überschritten wird. Der thermische Schutz kann durch aktive oder passive Temperaturregelung erfolgen, um den Akku innerhalb seines sicheren Betriebsbereichs zu halten.
Das Batteriemanagementsystem (BMS) für Lithiumbatterien ist darauf ausgelegt, die Kapazität zu maximieren. Ohne Kapazitätsmanagement wird ein Akku irgendwann unbrauchbar.
Die Anforderung an das Kapazitätsmanagement besteht darin, dass jede Zelle in einem Akkupack eine leicht unterschiedliche Leistung aufweist. Diese Leistungsunterschiede zeigen sich vor allem in der Leckrate. Ein neuer Akkupack kann optimal funktionieren. Mit der Zeit vergrößern sich jedoch die Leistungsunterschiede zwischen den einzelnen Zellen. Dies kann zu Leistungseinbußen führen und somit einen unsicheren Betrieb des gesamten Akkupacks zur Folge haben.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Batteriemanagementsystem (BMS) die Ladung der am stärksten geladenen Zellen reduziert und so ein Überladen verhindert. Gleichzeitig ermöglicht es den weniger geladenen Zellen, einen höheren Ladestrom zu erhalten.
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) für Lithiumbatterien leitet einen Teil oder fast den gesamten Ladestrom um die geladenen Zellen herum. Dadurch werden die weniger geladenen Zellen über einen längeren Zeitraum mit Ladestrom versorgt.
Ohne ein Batteriemanagementsystem (BMS) würden die zuerst geladenen Zellen weiter geladen, was zu Überhitzung führen kann. Lithium-Ionen-Akkus bieten zwar eine hervorragende Leistung, neigen aber bei zu hohem Stromfluss zur Überhitzung. Eine Überhitzung des Lithium-Ionen-Akkus beeinträchtigt seine Leistung erheblich. Im schlimmsten Fall kann dies zum Ausfall des gesamten Akkus führen.
Arten von Batteriemanagementsystemen für Lithiumbatterien
Batteriemanagementsysteme können je nach Anwendungsfall und Technologie einfach oder hochkomplex sein. Ihr gemeinsames Ziel ist jedoch die optimale Funktion des Akkus. Die gängigsten Kategorisierungen sind:
Zentralisierte Gebäudeleitsysteme
Ein zentrales Batteriemanagementsystem (BMS) für Lithiumbatterien verwendet ein einziges BMS für den gesamten Akku. Alle Batterien sind direkt an das BMS angeschlossen. Der Hauptvorteil dieses Systems liegt in seiner kompakten Bauweise. Zudem ist es kostengünstiger.
Der größte Nachteil besteht darin, dass aufgrund der direkten Verbindung aller Batterien mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) zahlreiche Anschlüsse für den Anschluss des Akkupacks benötigt werden. Dies führt zu einer Vielzahl von Kabeln, Steckern und Leitungen. Bei einem großen Akkupack kann dies die Wartung und Fehlersuche erschweren.
Modulares Batteriemanagementsystem für Lithiumbatterien
Wie ein zentrales Batteriemanagementsystem (BMS) ist auch das modulare System mit einem bestimmten Bereich des Akkus verbunden. Die Modul-BMS-Einheiten sind mitunter an ein Hauptmodul angeschlossen, das ihre Leistung überwacht. Der Hauptvorteil liegt in der vereinfachten Fehlersuche und Wartung. Der Nachteil besteht jedoch in den höheren Kosten eines modularen Batteriemanagementsystems.
Aktive Gebäudeleitsysteme
Ein aktives Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht Spannung, Stromstärke und Kapazität des Akkus. Es nutzt diese Informationen, um das Laden und Entladen des Systems zu steuern und so einen sicheren und optimalen Betrieb des Akkus zu gewährleisten.
Passive Gebäudeleitsysteme
Ein passives Batteriemanagementsystem (BMS) für Lithiumbatterien überwacht weder Stromstärke noch Spannung. Stattdessen nutzt es einen einfachen Timer, um die Lade- und Entladerate des Akkus zu regeln. Obwohl es weniger effizient ist, ist es in der Anschaffung deutlich günstiger.
Die Vorteile der Verwendung eines BMS-Batteriemanagementsystems
Ein Batteriespeichersystem kann aus wenigen oder Hunderten von Lithiumbatterien bestehen. Ein solches Batteriespeichersystem kann eine Nennspannung von bis zu 800 V und einen Strom von 300 A oder mehr aufweisen.
Der unsachgemäße Umgang mit einem solchen Hochvolt-Akku kann zu schwerwiegenden Katastrophen führen. Daher ist die Installation eines Batteriemanagementsystems (BMS) für den sicheren Betrieb des Akkus unerlässlich. Die wichtigsten Vorteile eines BMS für Lithium-Batterien lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Sicherer Betrieb
Für mittelgroße und große Akkus ist ein sicherer Betrieb unerlässlich. Allerdings können selbst kleine Geräte wie Handys in Brand geraten, wenn kein geeignetes Batteriemanagementsystem installiert ist.
Verbesserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer
Ein Batteriemanagementsystem gewährleistet, dass die Zellen im Akkupack innerhalb sicherer Betriebsparameter genutzt werden. Dadurch werden die Akkus vor aggressivem Laden und Entladen geschützt, was zu einem zuverlässigen Solarsystem führt, das jahrelang zuverlässig funktioniert.
Große Reichweite und Leistung
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) hilft bei der Verwaltung der Kapazität der einzelnen Zellen im Akkumulator. Es stellt sicher, dass die optimale Akkukapazität erreicht wird. Ein BMS berücksichtigt Schwankungen bei der Selbstentladung, der Temperatur und dem allgemeinen Verschleiß, die einen Akku unbrauchbar machen könnten, wenn sie nicht kontrolliert werden.
Diagnostik und externe Kommunikation
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ermöglicht die kontinuierliche Echtzeitüberwachung eines Akkus. Basierend auf der aktuellen Nutzung liefert es zuverlässige Schätzungen zum Zustand und zur voraussichtlichen Lebensdauer des Akkus. Die bereitgestellten Diagnoseinformationen gewährleisten zudem, dass größere Probleme frühzeitig erkannt werden, bevor sie sich zu schwerwiegenden Schäden entwickeln. Aus finanzieller Sicht trägt es zu einer optimalen Planung des Akkutauschs bei.
Langfristig reduzierte Kosten
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) verursacht neben den hohen Kosten eines neuen Akkus zunächst hohe Anschaffungskosten. Die dadurch gewährleistete Überwachung und der Schutz durch das BMS sorgen jedoch langfristig für geringere Kosten.
Zusammenfassung
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein leistungsstarkes und effektives Werkzeug, das Besitzern von Solaranlagen hilft, die Funktionsweise ihrer Batteriebank zu verstehen. Es unterstützt zudem fundierte finanzielle Entscheidungen und verbessert gleichzeitig die Sicherheit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Akkus. Dadurch erzielen Besitzer eines BMS für Lithiumbatterien eine optimale Rendite.
