Batteriemanagementsystem

Ein Batteriemanagementsystem (BMS) dient dazu, den Betrieb und die Leistung einer Batterie zu überwachen und zu steuern. Das betrifft vor allem die Lade- und Entladevorgänge, die Energiebilanz und den Energieverbrauch. Das BMS ist auch dafür zuständig, die Überladungen von Batterien zu verhindern und somit einer Überlastung vorzubeugen.

Wie ist ein Batteriemanagementsystem aufgebaut?

Ein Batteriemanagementsystem besteht aus verschiedenen Komponenten, die zusammenarbeiten, um eine effektive Überwachung und Steuerung der Batterie zu ermöglichen. Je nach Hersteller, Modell und Anforderung unterscheiden diese sich in Größe, Qualität und anderen Faktoren. Folgende Bestandteile sind unbedingt notwendig, damit das BMS seine Aufgabe erfüllen kann:

  • Spannungssensoren: Die Sensoren messen die Spannung der Batteriezellen
  • Stromsensoren: Die Sensoren messen den Strom, der in die Batterie und aus ihr herausfließt
  • Temperatursensoren: Diese Sensoren messen die Temperatur der Batterie
  • Batteriemanagement-Controller: Das Kernstück des BMS ist für die Verarbeitung der Sensordaten verantwortlich. Der Controller kann zudem mit einem Display oder einer Schnittstelle verbunden sein, über die Nutzer die Batterieleistung überwachen bzw. steuern können
  • Schutzschaltungen: Sie schützen die Batterie vor Überladung, Überentladung und Kurzschlüssen
  • Kommunikationsschnittstellen: Sie kommunizieren mit anderen Systemen, wie z. B. die Hardware und Software von NOVUM
  • Batteriebalancer: Er dient dazu, die Spannung der einzelnen Batteriezellen innerhalb einer Batterie auszugleichen, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern

Warum ersetzt ein gutes Batteriemanagement kein KI-basiertes Online-Monitoring?

Ein Batteriemanagementsystem ist immer reaktiv ausgelegt. Das heißt, es reagiert auf bestimmte Messwerte, die es erhebt. Ein gutes KI-Monitoring arbeitet hingegen proaktiv. Das bedeutet, es sagt künftiges Batterieverhalten voraus. Dafür ist deutlich mehr Rechenleistung notwendig, als in den kostenoptimierten Batteriemangementsystemen.

Viele BMS löschen Batteriedaten zudem nach einer gewissen Zeit wieder. Vereinfacht kann man sagen, dass alle Werte, die ein Batteriemanagementsystem erhebt, natürlich wichtig sind, aber einen deutlich größeren Mehrwert haben, wenn sie mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz verarbeitet werden. So wird ein vorausschauender Batteriebetrieb überhaupt erst möglich.

Dafür ist es allerdings sehr wichtig, dass das BMS viele und gute Daten erhebt. Ist z. B. ein Sensor defekt oder löschen sich einzelne Werte nach einer bestimmten Zeit wieder, ist das für die KI eventuell nicht erkennbar und führt zu falschen Ergebnissen. Wir bei NOVUM erkennen solche Fälle zuverlässig durch unsere Wächter-KI und haben auch für schwierige Fälle eine Lösung.

Reicht die Datenqualität des BMS nicht aus, ergänzen wir mit der elektrochemischen Impedanzspektroskopie einfach ein Verfahren aus der Labormesstechnik und bekommen dadurch einen nicht-invasiven Blick in die Batteriechemie. So ist es uns möglich, Datenlücken zu schließen und immer den gewünschten Mehrwert zu erreichen.

Unsere Kunden haben dabei die Wahl, ob wir die Impedanzspektroskopie als aufsteckbares NOVUM Add-on an ihre Systeme nutzen oder ob wir das BMS leicht modifizieren, damit es unsere Messungen mit ausführen kann.

Vergleich: Welche Informationen liefert ein BMS vs. die KI von NOVUM?

Informationen, die ein durchschnittliches Batteriemanagementsystem liefern kann:

  • Spannung
  • Stromstärke
  • Temperatur
  • DC-Innenwiderstand
  • Homogenität und korrektes Balancing der Zellen
  • Alarm bei Überladung, Überhitzung oder Defekt
  • State of Charge (meist eher grob)
  • State of Health (meist basierend auf Zyklenzahlen oder Labormodellen mit den damit verbundenen Unschärfen)
  • Kapazität
  • Energiedurchsatz

Informationen, die NOVUM Technologie liefert:

  • Ladezustand (State of Charge, SoC, aussagekräftiger als das BMS)
  • Gesundheitszustand / Verschleißzustand (State of Health, SoH, aussagekräftiger als das BMS)
  • (Rest-) Kapazität
  • Restwert der Batterie
  • Erwartbare Lebensdauer im aktuellen Betriebsmodus
  • Erwartbare Lebensdauer bei einem Wechsel des Use Cases
  • Cost-per-Cycle
  • Hinweise auf Möglichkeiten zur Lebensdauerverlängerung der Batterien
  • Austauschempfehlungen für Module 6 Monate bevor sie ausfallen
  • Frühzeitige Warnung bei sicherheitsrelevanten Veränderungen

Der letzte Punkt ist dabei für viele unserer Kunden besonders wichtig. Im Hinblick auf die Sicherheit spielt es eine entscheidende Rolle, ob man sich auf die Informationen verlässt, die aus dem Batteriemanagementsystem kommen oder nicht. Selbstverständlich ist auch eine KI-basierte Sicherheitsüberwachung rein softwarebasiert auf Basis der BMS-Daten möglich.

Will man jedoch ganz sichergehen, empfehlen wir grundsätzlich mit Impedanzspektroskopie zu arbeiten, denn so können wir auch sicherheitsrelevante Phänomene frühzeitig erkennen, die sonst unentdeckt bleiben (z.B. Formierungsinhomogeniäten, Lithium-Plating oder Dentritenbildung).

Ein einfaches BMS ist dazu definitiv nicht in der Lage. Unternehmen, die Ausfälle oder gar einen Thermal Runaway mit Risiken wie Bränden und Explosionen unbedingt vermeiden möchten, sollten deshalb alle Möglichkeiten des modernen KI-basierten Batteriemonitorings für sich nutzen.

Ingolf

Ingolf Bachmann

Office Manager

i.bachmann@novum-engineering.com

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