Battery Management System (BMS): alles wat je moet weten over batterijcontrole

Batterijen hebben diverse toepassingen, of het nu gaat om de thuisbatterij, elektrische voertuigen of elektronische apparaten. Het proces van het opslaan van elektrische energie in een batterij en het later verbruiken ervan blijft onveranderd. Maar om ervoor te zorgen dat dit proces soepel verloopt, is een batterijbeheersysteem nodig dat de stroomtoevoer efficiënt regelt. Een batterijbeheersysteem is een slimme technologie, meestal een softwareprogramma met aanvullende hardware, die ervoor zorgt dat de batterij veilig, efficiënt en duurzaam werkt. Maar waarom is een batterijbeheersysteem (BMS) zo belangrijk en onmisbaar?

Definitie: wat is een Battery Management System (BMS)?

Een Battery Management System, vaak afgekort als BMS, kan worden vergeleken met het centrale zenuwstelsel van een mens. Het BMS is een elektronische besturingseenheid die verantwoordelijk is voor het regelen, monitoren en optimaliseren van de werking van de batterij. Zonder een BMS zou de werking van een batterij niet alleen inefficiënt zijn, maar ook onveilig vanwege risico’s zoals overlading, oververhitting en in het ergste geval explosiegevaar. Bovendien zouden de levensduur en de laadcycli van een batterij zonder BMS aanzienlijk korter zijn. Een BMS wordt toegepast in vrijwel alle batterijen, zoals in elektrische voertuigen, energieopslagsystemen, draagbare apparaten en industriële toepassingen.

Wat zijn de functies van een Battery Management System (BMS)?

Een Battery Management System (BMS) voert diverse essentiële taken uit die gericht zijn op een veilige en efficiënte werking:

• ● Monitoring van batterijcellen: Het BMS meet voortdurend de spanning, stroomsterkte en temperatuur van elke cel in de batterij. Dit zorgt ervoor dat alle waarden binnen de toegestane grenzen blijven en dat de veiligheid niet in gevaar komt. Bij afwijkingen van deze waarden kan het BMS reageren en passende corrigerende maatregelen nemen.
• ● Beheer van laden en ontladen: Het BMS beperkt zich niet tot het controleren, maar regelt ook het laad- en ontlaadproces. Dit voorkomt overbelasting of extreme ontlading van de batterijcellen en past de laadparameters optimaal aan op het gebruik. Een gecontroleerd laad- en ontlaadproces verlengt de levensduur van de batterij en waarborgt de veiligheid.
• ● Celbalancering (balancing): Een batterij bestaat uit meerdere cellen. De verschillende cellen in een batterijpakket hebben doorgaans uiteenlopende capaciteiten en laadniveaus. Deze verschillen moeten worden uitgebalanceerd. Het BMS neemt deze taak op zich en zorgt ervoor dat de spanningen van de cellen worden geëgaliseerd, zodat ze allemaal gelijkmatig worden geladen en ontladen.
• ● Temperatuurbeheer: Het is algemeen bekend dat een batterij zowel tijdens het laden als ontladen warmte genereert. Het BMS bewaakt de temperatuur van de batterij (operationeel bereik: -40 °C tot +85 °C) en activeert indien nodig koelings- of verwarmingssystemen om de batterij binnen optimale temperatuurcondities te houden. Dit voorkomt oververhitting en garandeert efficiëntie en prestaties.
• ● Veiligheidsfuncties: Overal waar stroom wordt gebruikt, bestaan er veiligheidsrisico’s, zoals elektrocutie of brand. Het BMS detecteert fouten, zoals kortsluitingen, en kan passende beschermingsmaatregelen nemen. Een voorbeeld hiervan is het loskoppelen van de batterij van het systeem om schade te voorkomen.
• ● Evaluatie en gegevenscommunicatie: Het BMS fungeert ook als interface voor communicatie met andere systemen. Of het nu gaat om de voertuigbesturingseenheid of opladers, het BMS van een batterij verzendt gegevens over de batterijstatus, de laadstatus, de resterende capaciteit en eventuele fouttoestanden.

De Zendure AB2000S batterijen zijn uitgerust met een ultramodern Battery Management System (BMS) dat de prestaties van de batterij continu bewaakt en optimaliseert. Dit intelligente systeem zorgt voor een veilige en stabiele werking door mogelijke problemen zoals oververhitting, overstroom, kortsluiting, overspanning en overlading te voorkomen.

• ● Voorzien van een geïntegreerd blussysteem met aerosoltechnologie.
• ● De slimme Anti-Thermal-Runaway-technologie voorkomt incidenten door oververhitting.
• ● Batterij-balanceringstechnologie voorkomt overlading en diepe ontlading.
• ● Geavanceerd batterijbeheersysteem voor maximale veiligheid en prestaties.
• ● Innovatieve zelfverwarmingstechnologie maakt opladen mogelijk bij -20 °C in de winter.

Hardwarecomponenten van een Battery Management System:

Het Battery Management System bestaat zowel uit software- als hardwarecomponenten. Waar de software flexibel is en voortdurend kan worden aangepast, maakt de hardware deel uit van de batterij en kan deze niet eenvoudig worden vervangen. De volgende hardwarecomponenten en sensoren maken meestal deel uit van een BMS:

• ● Spannings- en stroomsensoren: Deze sensoren meten de spanning en de stroom in de cellen om de huidige werkstatus van de batterij te bepalen.
• ● Temperatuursensoren: Deze sensoren monitoren de temperatuur om oververhitting en de daarbij behorende schade te voorkomen.
• ● Microcontroller: Dit is vergelijkbaar met de 'hersenen' van het BMS. Hier worden alle gegevens verzameld, geanalyseerd en worden de nodige commando’s gegeven.
• ● Communicatie-interfaces: Deze interfaces stellen het BMS in staat om te communiceren met externe systemen, zoals de oplader of de voertuigbesturing. Via deze interfaces worden informatie uitgewisseld om de werking te coördineren.

Waarom hebben we een BMS nodig?

De rol van een batterijbeheersysteem (BMS) is duidelijk af te leiden uit de bovengenoemde taken. De nadruk ligt op veiligheid, verlenging van de levensduur van de batterij, optimalisatie van prestaties en efficiëntie, evenals op monitoring, communicatie en gegevensoverdracht.

Veiligheid

Wat betreft veiligheid voorkomt het BMS overbelasting en diepe ontladingen. Lithium-ion cellen, in het bijzonder, zijn zeer gevoelig voor overbelasting en diepe ontlading. Zonder een BMS kan overbelasting leiden tot oververhitting, brand of zelfs een explosie. Het BMS voorkomt ook kortsluitingen die door defecten kunnen ontstaan.

Verlenging van de levensduur

Door de cellen te balanceren, zorgt het BMS voor een gelijkmatige laad- en ontlaadcyclus. Dit vertraagt de veroudering van de cellen, wat de levensduur van de batterij verlengt. Een slimme laadbeheersing beïnvloedt ook het aantal mogelijke laadcycli op een positieve manier.

Optimalisatie van prestaties

Het BMS optimaliseert het gebruik van de batterij door ervoor te zorgen dat de maximale capaciteit efficiënt wordt benut. Wanneer de batterij zich altijd in een optimale staat bevindt, is niet alleen de maximale capaciteit beschikbaar, maar wordt ook de prestatie tijdens het laad- of ontlaadproces verbeterd.

Diagnose

Door de voortdurende monitoring en real-time diagnose van de batterij worden fouten tijdig gedetecteerd en gediagnosticeerd. Celledefecten of abnormale temperatuurveranderingen kunnen snel worden opgemerkt en de nodige corrigerende maatregelen kunnen worden genomen.

Integratie in andere systemen

Het BMS kan informatie over de status van de batterij doorgeven aan andere systemen, zoals het energiebeheersysteem van een elektrisch voertuig of externe opladers.

Voorbeelden - Waar komt een BMS voor?

In principe is een bBattery Management System (BMS) geïntegreerd in alle elektrische apparaten die werken met een batterij of accumulator, zoals een smartphone, een elektrische auto of zelfs een zonne-installatie.

Elektrische voertuigen

Elektrische voertuigen maken vaak gebruik van grote batterijen met vele cellen. Een BMS bewaakt en regelt dit systeem. Zonder BMS zou de batterij sneller verouderen, zou de actieradius van het voertuig kunnen afnemen en zou de veiligheid in gevaar kunnen komen. Een BMS is ook aanwezig in elektrische fietsen en scooters.

Hernieuwbare energieproductie

Batterijen en accu's worden ook vaak gebruikt in zonne- en windinstallaties voor de productie van hernieuwbare energie, om overtollige, niet-gebruikte energie op te slaan. Een BMS is hier van cruciaal belang om de batterij te beschermen tegen overbelasting door sterke schommelingen in de energiestromen en om de elektriciteit efficiënt te beheren. Bovendien zorgt het batterijbeheersysteem voor een regelmatige ontlading van de batterijcellen, wat helpt de levensduur te verlengen.
Goed om te weten: Alle energieaccu’s van Zendure beschikken over een slim batterijbeheersysteem om de energiestromen te controleren en te monitoren.

Draagbare apparaten voor dagelijks gebruik

Smartphones, laptops, tablets en smartwatches hebben kleine, lichte en veilige batterijen nodig met een lange gebruiksduur. Voor deze apparaten zorgt een BMS ervoor dat de batterij veilig blijft, zelfs bij intensief gebruik, en dat de capaciteit optimaal wordt benut.

Industriële toepassingen

In industriële toepassingen worden batterijen vaak gebruikt voor de ononderbroken stroomvoorziening van machines of robots. Een BMS is in deze context noodzakelijk om te beschermen tegen extreme omstandigheden. Het bewaakt de staat van de batterijen en optimaliseert ze om storingen te minimaliseren en de bedrijfskosten te verlagen.

Luchtvaart en ruimtevaart

Hoewel het misschien niet voor de hand ligt, is in de luchtvaart en ruimtevaart, waar de betrouwbaarheid van batterijen essentieel is, een BMS nodig om een betrouwbare werking van de batterijen in extreme omstandigheden, zoals grote temperatuurschommelingen en trillingen, te waarborgen. In dit domein kunnen storingen fatale gevolgen hebben, wat de noodzaak van monitoring en controle door een BMS benadrukt. Naast drones, satellieten en vliegtuigen kunnen ook ruimtepakken met batterijen worden uitgerust.

Medische apparaten

Draagbare hartmonitors of defibrillators zijn typische medische apparaten die zijn uitgerust met een batterij en daarom ook een batterijbeheersysteem nodig hebben, aangezien betrouwbaarheid en veiligheid van het grootste belang zijn voor deze apparaten. Een BMS zorgt ervoor dat de batterijen altijd in een optimale staat verkeren om betrouwbaar te functioneren in noodsituaties.

Hoe werkt een batterij?

Een accumulator of batterij zet chemische energie om in elektrische energie door elektronen tussen twee elektroden – de anode en de kathode – te verplaatsen in een gecontroleerd proces. De anode is de negatieve elektrode die elektronen vrijgeeft, terwijl de kathode, de positieve elektrode, deze elektronen opneemt. Tussen deze twee elektroden bevindt zich een elektrolyt (stof) die de ionen tussen de anode en de kathode transporteert. Een separator houdt de twee elektroden duurzaam gescheiden om kortsluiting te voorkomen en laat alleen ionen door.

Ontlading

Wanneer een batterij ontladen wordt, bewegen de elektronen van de anode naar de kathode via een extern elektrisch circuit, wat bijvoorbeeld een lamp doet branden. Ondertussen bewegen de ionen binnen de batterij zich door het elektrolyt om de chemische balans te behouden. Dit proces komt de opgeslagen energie in de batterij vrij, die vervolgens gebruikt kan worden door bijvoorbeeld een smartphone of een elektromotor.

Opladen

Wanneer een batterij wordt opgeladen, vindt het omgekeerde proces plaats. De externe elektrische energie die wordt gebruikt voor opslag, wordt ingezet om de chemische reactie in de batterij om te keren. De batterij is dan weer klaar om energie op te slaan en vrij te geven.

Conclusie: een Battery Management System is essentieel

Het gebruik van een Battery Management System (BMS) lijkt dus onmisbaar om de veiligheid, efficiëntie en levensduur van batterijen te waarborgen. Dit systeem, dat uit zowel hardware als software bestaat, bewaakt voortdurend de toestand van elke batterijcel, voorkomt gevaren zoals overbelasting en oververhitting en zorgt voor een optimale laad- en ontlaadcyclus.

Zonder BMS zouden batterijen sneller verouderen, inefficiënt functioneren of zelfs veiligheidsrisico’s met zich meebrengen. In de huidige wereld, waarin batterijen een steeds centralere rol spelen in domeinen zoals elektrische mobiliteit, hernieuwbare energie en draagbare elektronica, is een BMS van essentieel belang. Het is de enige manier om de prestaties en vooral de betrouwbaarheid te maximaliseren en te garanderen.