Batterie-Management-System

Vereinfachter Aufbau
Je nach Anwendung werden unter dem Begriff "Batterie-Management-System" die unterschiedlichsten Konfigurationen eingesetzt. Allen Anwendungen ist gemeinsam, dass Daten der Batterie gesammelt werden (Spannung, Strom, Temperatur) und dass es einen Hauptschalter ("Power-Switch") gibt, der die Batterie zum Eigenschutz von der Last trennen kann. Damit diese unterschiedlichen Aufgaben durchgeführt werden, braucht man einen Controller zur Überwachung sowie Hardware zur Messung (Sensorik, Verstärker, Filter) und Power-Switches.
BMS: Schematischer Aufbau

Der schematische Aufbau zeigt links den Batterie-Stapel ("Akku") und rechts den Verbraucher ("Last"). Dazwischen ist das (vereinfachte) Batterie-Management-System angeordnet. Das BMS (blau) hat zentral einen Controller (grün), der links mit der Batterie verbunden ist (braune Linien). Rechts ist der Controller mit Power-Switches verbunden (rote Linien).

Die Funktionsblöcke bedeuten:

  • U: Spannungserfassung
  • I: Stromerfassung
  • PS: Batterie-Hauptschalter (Power-Switch)
  • E: Entlade-Steuerung

Zusätzlich sieht man am E-Power-Switch einen Widerstand, der für die kontrollierte Entladung sorgen kann. Dieser Teil des BMS wird in den folgenden Messungen genauer präsentiert.

Im Controller laufen nicht nur die Sensor-Auswertungen ab, sondern auch eine Überwachung des Akkus. So werden gefährliche Betriebszustände erkannt, die in letzter Konsequenz bis zum Abschalten der Batterie führen kann.

Es gibt durchaus noch weitere Komponenten, die im Schema nicht dargestellt werden. Beispiele:

  • Datenspeicherung: Es ist interessant, die gemessenen Daten auch aufzuzeichnen, um sie auch offline auswerten zu können. In den hier vorgestellten Messungen wird von dieser Datenspeicherung Gebrauch gebracht.
  • Elektronisches Typenschild: Damit der übergeordnete Prozessor weiß, welche Batterie eingesetzt wird, gibt es ein elektronisches Typenschild. Das ist ein Datenspeicher, der bei der Konfektion der Batterie-BMS-Einheit beschrieben wird und die wichtigsten Daten zur Batterie enthält.
  • Echt-Zeit-Uhr ("Real-Time Clock", RTC): Um gespeicherte Daten sinnvoll auswerten zu können, braucht man eine Zeitbasis.
  • Telemetrie: In vielen Anwendungen wird das BMS nicht nur als eigenständiges Gerät direkt an der Batterie angeordnet, sondern steht in Verbindung mit einem übergeordneten Prozessor, der wissen will, wie der Zustand der Batterie ist. Natürlich sollte der übergeordnete Prozessor auch auf eine bevorstehende Eigenschutz-Abschaltung hingewiesen werden, damit das mobile Gerät geeignete Maßnahmen einleiten kann.
  • Ladegerät: Es gibt auch Batterie-Management-Systeme, die das Ladegerät der Batterie beinhalten.
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