Definition und Zweck:
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein elektronisches System, das für die Überwachung, Steuerung und Optimierung von wiederaufladbaren Batterien oder Batteriepacks (insbesondere Lithium-Ionen-Batterien) zuständig ist. Sein Hauptzweck ist es, die Batterie innerhalb sicherer Betriebsgrenzen zu halten, ihre Lebensdauer zu maximieren, ihre Leistung zu optimieren und den Benutzer oder das übergeordnete System über ihren Zustand zu informieren.
Da Batterien, insbesondere moderne Lithium-Ionen-Batterien, bei unsachgemäßer Handhabung (z.B. Überladung, Tiefentladung, Übertemperatur) gefährlich werden oder schnell altern können, ist ein BMS eine unverzichtbare Sicherheits- und Managementkomponente.
Kernfunktionen eines BMS:
Ein BMS kann eine Vielzahl von Funktionen übernehmen:
- Zellüberwachung: Messung und Überwachung von Zellspannung, Zelltemperatur und Gesamtstrom des Batteriepacks.
- Zellbalancing: Sicherstellen, dass alle Zellen im Batteriepack gleichmäßig geladen und entladen werden, um die Kapazität und Lebensdauer des gesamten Packs zu maximieren. Unausgeglichene Zellen können die Gesamtleistung des Packs stark reduzieren.
- Schutzfunktionen:
- Überlade-/Tiefentladeschutz: Verhindert Schäden durch zu hohe oder zu niedrige Spannungen.
- Überstrom-/Kurzschlussschutz: Schützt vor Schäden durch zu hohe Ströme.
- Übertemperatur-/Untertemperaturschutz: Sorgt dafür, dass die Batterie in einem sicheren Temperaturbereich betrieben wird.
- Lade-/Entladesteuerung: Management des Lade- und Entladeprozesses gemäß den Spezifikationen der Batteriezellen.
- State of Charge (SoC) Estimation: Berechnung des aktuellen Ladezustands der Batterie (ähnlich einer Tankanzeige).
- State of Health (SoH) Estimation: Bewertung des allgemeinen Gesundheitszustands der Batterie im Laufe ihrer Lebensdauer.
- Kommunikation: Austausch von Daten (Zustand, Alarme, etc.) mit dem übergeordneten System (z.B. Fahrzeugsteuerung, Robotersteuerung, Energiemanagementsystem) über Schnittstellen wie CAN, Modbus oder Ethernet.
Anwendungsbereiche in der Automatisierung:
BMS-Systeme sind heute in vielen Bereichen der Automatisierung und darüber hinaus kritisch:
- Fahrerlose Transportsysteme (FTS/AGV/AMR): Für die sichere und effiziente Energieversorgung mobiler Roboter.
- Elektrische Gabelstapler und Flurförderzeuge: Management der Antriebsbatterien.
- Stationäre Energiespeichersysteme: Integration von Batterieparks für die Speicherung erneuerbarer Energien oder zur Netzstabilisierung.
- Mobile Roboter und Drohnen: Optimierung der Betriebszeit und Sicherheit.
- Industrielle Backup-Systeme: Management von Batterien in USV-Anlagen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung).
Ein gut funktionierendes BMS ist entscheidend für die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit batteriebetriebener Systeme.
→ Siehe auch: AGV (Automated Guided Vehicle), AMR (Autonomous Mobile Robot), USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), Industrie 4.0, Energieeffizienz
