Sie steigen in Ihr Elektrofahrzeug ein, schalten es ein und das Kombiinstrument zeigt Ihnen die Anzahl der Kilometer an, die Sie zurücklegen können. Basierend auf dieser Reichweite entscheiden Sie, welche Boxenstopps Sie einlegen, um Ihr Ziel zu erreichen, aber haben Sie sich jemals gefragt, wie Ihr Fahrzeug die zurückgelegte Entfernung berechnet?
Nun, das Battery Management System oder das BMS behält den Akkupack im Auge, der Ihr Elektrofahrzeug antreibt, und schätzt die Reichweite für Sie ein. Darüber hinaus überwacht das System den Zustand des Batteriepakets und stellt sicher, dass es sicher verwendet werden kann.
Akkupacks und Lithium-Ionen-Zellen verstehen
Bevor wir uns mit Batteriemanagementsystemen befassen, ist es wichtig zu verstehen, wie Batteriepacks hergestellt werden.
Ein Batteriepaket in einem Elektrofahrzeug besteht aus Lithium-Ionen-Zellen, und diese Zellen sind miteinander verbunden, um ein Batteriepaketmodul zu bilden. Diese Module werden weiter mit anderen Modulen verbunden, um ein Batteriepaket zu bilden. Dieses modulare Design hilft bei der effizienten Verwaltung des Batteriepakets und verbessert die Wartungsfreundlichkeit. Aufgrund dieser Konstruktionsarchitektur kann der Hersteller des Batteriepakets ein fehlerhaftes Modul ersetzen, anstatt das gesamte Batteriepaket auszutauschen.
Hinsichtlich der Vorteile bieten Lithium-Ionen-Zellen mehrere Merkmale, wie z. B. ein hohes Leistungsgewicht Verhältnis, hohe Energieeffizienz, geringe Selbstentladungseigenschaften und gute Hochtemperatur Leistung. Aufgrund dieser Eigenschaften sind Lithium-Ionen-Zellen die erste Wahl für Elektrofahrzeuge, aber diese Batterien sind nicht fehlerfrei und Solid-State-Batterie-Technologie versucht, die Probleme zu lösen, die mit Lithium-Ionen-Batterien einhergehen.
Zu beachten ist hier noch, dass Lithium-Ionen-Zellen die oben genannten Vorteile nur bieten können, wenn sie innerhalb vorgegebener Grenzen betrieben werden. Nachfolgend finden Sie eine kurze Übersicht über diese Betriebsgrenzen.
- Spannungsangaben: Der Akkupack eines Elektrofahrzeugs besteht aus mehreren Lithium-Ionen-Zellen. Um die Dinge ins rechte Licht zu rücken: Der Tesla Roadster wurde mit 6.831 Zellen geliefert, und jede dieser Zellen muss innerhalb eines festgelegten Spannungsbereichs betrieben werden. Bei den meisten Zellen liegt dieser Bereich zwischen 3,0 und 4,1 Volt. Wenn die Zellen außerhalb dieser Bereiche verwendet werden, verschlechtert sich die Lebensdauer des Akkupacks und die Leistung, die er bietet.
- Temperaturgrenzen: Neben den Spannungsgrenzen muss auch die Temperatur von Lithium-Ionen-Akkus überwacht werden. Für die meisten Zellen liegt dieser Bereich zwischen -4 und 131 Grad Fahrenheit (-20 und 55 Grad Celsius). Werden die Zellen außerhalb dieser Temperaturbereiche betrieben, kann die Leistung und Lebensdauer des Akkupacks drastisch sinken.
- Aktuelle Auslosung: Die Strommenge, die den Zellen entnommen wird, muss ebenfalls überwacht werden. Wenn die den Zellen entnommene Strommenge außerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegt, verschlechtert sich die Lebensdauer der Zellen exponentiell.
- Ladestrom: Der Akkupack muss auch während des Ladevorgangs überwacht werden. Dies liegt daran, dass in kurzer Zeit hohe Strommengen in den Akkupack gepumpt werden, und dies geschieht normalerweise während schnelles Aufladen mit Ladegeräten der Stufe 3. Aufgrund dieses hohen Stromflusses im Batteriepaket können die Zellen überladen werden, wodurch sie sich erhitzen und die Lebensdauer und Leistung der Zellen beeinträchtigen.
Da mehrere Parameter für die optimale Leistung eines Batteriepakets überwacht werden müssen, benötigt es ein Batteriemanagementsystem. Dieses Managementsystem ist ein Computergerät, das mehrere Eigenschaften jeder Zelle überwacht und sicherstellt, dass das Batteriepaket innerhalb der festgelegten Grenzen arbeitet.
Was passiert, wenn die Zellen nicht innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen arbeiten?
Werden die Zellen eines Akkupacks bei hoher Temperatur betrieben oder ihnen zu viel Strom entnommen, kann ein Phänomen namens Thermal Runaway auftreten.
Sie sehen, eine Lithium-Ionen-Batterie liefert Energie durch eine Reihe chemischer Reaktionen. Diese Reaktionen erzeugen Wärme, und wenn die Batterien nicht in geeigneten Bereichen betrieben werden, steigt die durch diese Reaktionen erzeugte Wärmemenge exponentiell an.
Aufgrund dieser erhöhten Wärmeentwicklung können die Zellen Feuer fangen und eine Kettenreaktion im Akkupack auslösen. Daher ist es wichtig, die Temperatur jeder Zelle zu überwachen, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern.
Wie funktioniert ein Batteriemanagementsystem und was leistet es?
Das Batteriemanagementsystem ist ein Computer, der mit mehreren Sensoren verbunden ist. Diese Sensoren überwachen die Spannung, den Strom und die Temperatur jeder Zelle und senden sie an das BMS.
Das Batteriemanagementsystem analysiert diese Daten dann, um sicherzustellen, dass jede Zelle innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen arbeitet. Ist dies nicht der Fall, wird versucht, das Problem zu lösen.
Wenn die Zellen im Batteriepaket zu heiß sind, verwaltet das BMS das Kühlsystem, um die Temperatur des Batteriepakets zu senken.
Bei Schwankungen der Zellspannung führt das Battery Management System einen Zellausgleich durch. Um die Zellen auszugleichen, überträgt es Energie von einer Zelle zur anderen, um sicherzustellen, dass alle Zellen auf dem gleichen Spannungsniveau arbeiten.
Zusätzlich zu den oben genannten Aufgaben protokolliert das BMS die empfangenen Daten, um den Ladezustand und den Zustand der Batterie zu berechnen.
Wie berechnet ein Batteriemanagementsystem die Reichweite?
Einer der an das BMS angeschlossenen Sensoren misst die Strommenge, die in das Batteriepaket eintritt und aus ihm austritt. Basierend auf diesen Daten schätzt das Batteriemanagementsystem die Strommenge des Batteriepakets und die Entfernung, die Ihr Fahrzeug zurücklegen kann. Halten Sie Ihre Reichweitenangst in Schach.
Werden Batteriemanagementsysteme wirklich benötigt?
Das Batteriemanagementsystem eines Elektrofahrzeugs überwacht jede Zelle im Batteriepaket genau. Es gewährleistet die sichere Verwendung des Akkupacks und schützt das Auto, wenn die Zellen nicht richtig funktionieren.
Darüber hinaus schätzt es die Reichweite, die das Fahrzeug zurücklegen kann, und hilft, die Gesamtlebensdauer des Batteriepacks zu verbessern. Daher ist ein Batteriemanagementsystem ein kritischer Bestandteil eines Elektrofahrzeugs, und ein gutes Batteriemanagementsystem kann die Lebensdauer eines Elektrofahrzeugs um mehrere Jahre verlängern.