BMS-Strombelastbarkeit: So dimensionieren Sie sie für Ihren Akkupack

Ein Akkupack kann genügend gespeicherte Energie für eine Last haben und sich dennoch abschalten, sobald die Last anläuft. Eine häufige Ursache ist, den Nennstrom des BMS allein anhand der Kapazität der Batterie in Amperestunden auszuwählen. Das BMS muss den tatsächlich von der Anwendung aufgenommenen Strom einschließlich der Anlaufspitzen bewältigen und dabei die Grenzen der Zellen, Leiter, Steckverbinder und der Kühlung einhalten.

Beginnen Sie mit dem Lastprofil, nicht mit dem Aufdruck auf dem BMS. Erfassen Sie die Dauerleistung oder den Dauerstrom, die Spitzenleistung oder den Spitzenstrom sowie die Dauer jeder Spitze. Motoren, Wechselrichter, Pumpen und Telekommunikations- oder USV-Anlagen können kurzzeitig deutlich mehr Strom aufnehmen als im stationären Betrieb.

Bei einer Gleichstromlast mit bekannter Nennleistung lässt sich der Strom mit I = P / V abschätzen, wobei P die Leistung der Last und V die Packspannung unter Last bezeichnet. Verwenden Sie für eine konservative Schätzung die niedrigste erwartete Betriebsspannung: Für dieselbe Leistung wird bei sinkender Spannung mehr Strom benötigt. Berücksichtigen Sie bei einem Wechselrichter die Umwandlungsverluste, indem Sie die Lastleistung durch die Packspannung und den Wirkungsgrad des Wechselrichters teilen.

Unterscheiden Sie zwischen Dauerstrom und Spitzenstrom. Ein BMS kann beide Werte angeben, aber der Spitzenstromwert gilt nur für die angegebene Dauer und die genannten Betriebsbedingungen. Prüfen Sie die Herstellergrenzwerte für Entlade-, Lade- und Spitzenstrom jeweils separat; sie sind nicht zwingend gleich.

- Listen Sie alle Lasten auf, die gleichzeitig betrieben werden können, einschließlich der Zusatzgeräte.

- Erfassen Sie Anlauf- oder Fehlerstromspitzen und deren Dauer, nicht nur den durchschnittlichen Strombedarf.

- Klären Sie, ob Laden und Entladen gleichzeitig stattfinden können.

- Bestätigen Sie den Spannungsbereich des Packs und das Verhalten der Last bei niedriger Spannung.

Prüfen Sie als Nächstes, ob die Zellen den erforderlichen Strom liefern können. Bei Zellen mit einer C-Raten-Angabe ergibt sich der ungefähre Stromgrenzwert aus der Kapazität in Amperestunden multipliziert mit der zulässigen C-Rate. Eine 100-Ah-Zelle, die für eine kontinuierliche Entladung mit 1C ausgelegt ist, ist beispielsweise nominal auf 100 A begrenzt. Dabei gelten die in den Zellendaten angegebenen Bedingungen für Temperatur, SOC und Spannung. In einer Parallelschaltung kann sich der Strom aufteilen; nehmen Sie jedoch keine perfekte Aufteilung an, ohne Zellabgleich und Packaufbau zu berücksichtigen.

Der praktische Stromgrenzwert des Packs ist der niedrigste der jeweils geltenden Grenzwerte für Zellen, BMS, Sammelschienen, Kabel, Steckverbinder, Sicherung und thermisches Design. Ein BMS mit einem Nennstrom von 200 A macht einen Betrieb des Packs mit 200 A nicht sicher, wenn Zellen oder Verkabelung auf 120 A begrenzt sind. Prüfen Sie die Strombelastbarkeit der Kabel und die Nennwerte der Steckverbinder unter den jeweiligen Einbaubedingungen, einschließlich Gehäusetemperatur und Belüftung.

Als einfaches Vergleichsbeispiel dient ein LiFePO4-Pack mit 48 V Nennspannung, das eine Wechselrichterlast von 3.000 W versorgt. Bei einem Wirkungsgrad des Wechselrichters von 90 % beträgt der geschätzte Packstrom bei 48 V etwa 69 A, bei 38,4 V dagegen etwa 87 A. Steigt die Anlaufleistung auf 5.000 W, ergibt sich bei 38,4 V ein Schätzwert von etwa 145 A. Dies sind Planungswerte; prüfen Sie vor der Auswahl des BMS die tatsächliche Dauer der Stromspitze und das Verhalten des Wechselrichters.

Thermische Grenzen bestimmen, welchen Strom ein BMS in der realen Installation dauerhaft führen kann. MOSFETs, Sammelschienen, Anschlüsse und die Gehäusetemperatur können eine Leistungsreduzierung oder eine Schutzabschaltung erforderlich machen. Fragen Sie nach den Bedingungen für den Dauerstrom, der Dauer des Spitzenstroms, den Umgebungstemperaturgrenzen und der Position der Temperatursensoren. Eine hervorgehobene Stromangabe ohne diese Bedingungen reicht für eine Konstruktionsentscheidung nicht aus.

Die Schutzeinstellungen sind ebenso wichtig wie der Nennwert. Prüfen Sie Überstromschwellen und Verzögerungszeiten, den Kurzschlussschutz, die Temperaturschwellen und das Rücksetzverhalten. Das BMS sollte mit der Pack-Sicherung und der Laststeuerung abgestimmt sein, damit ein normaler Einschaltstrom keine wiederholten Abschaltungen verursacht und die Batterie bei einem Fehler trotzdem umgehend getrennt wird.

Vergleichen Sie beim Laden den maximalen Ausgangsstrom des Ladegeräts mit dem Ladestromgrenzwert des BMS und der zulässigen Laderate der Zellen. Das Ladeaufnahmevermögen von LiFePO4-Zellen hängt von Temperatur und SOC ab; laut Zellenspezifikation muss das Laden bei niedrigen Temperaturen möglicherweise begrenzt oder deaktiviert werden. Dimensionieren Sie nicht nur den Entladepfad und nehmen Sie an, dass derselbe Nennwert auch für das Laden gilt.

Berücksichtigen Sie bei Solar-, Marine-, Antriebs-, Telekommunikations- und USV-Systemen die extremen Betriebsbedingungen und den Wartungsbedarf. Bestätigen Sie, dass das BMS den erforderlichen Spannungsbereich, das Kommunikationsprotokoll und gegebenenfalls die Alarme unterstützt. SOC- und SOH-Meldungen helfen Betreibern, die verfügbare Kapazität und den Batteriezustand einzuschätzen, ersetzen aber nicht den elektrischen Schutz.

Eine kurze Auswahlprüfung lautet: Der Dauerstrom der Last muss innerhalb des Dauergrenzwerts jeder Komponente bleiben; der Spitzenstrom der Last muss für die erforderliche Dauer zur Spitzenstromangabe des BMS passen; und Sicherung, Verkabelung, Zellen sowie thermisches Design müssen die daraus entstehenden Betriebs- und Fehlerbedingungen bewältigen können. Validieren Sie das fertige Pack anhand der einschlägigen Anforderungen, darunter UN38.3 für den Transport sowie je nach Produkt und Markt die erforderlichen Zertifizierungen nach IEC 62619 oder UL 1973.

Newbeebattery unterstützt Käufer als OEM/ODM-Partner für kundenspezifische Packs dabei, die BMS-Grenzwerte auf Zellenauswahl, Lastprofile der Anwendung und Anforderungen an die Packintegration abzustimmen. Teilen Sie uns Dauer- und Spitzenlasten, Spannungsbereich, Ladebedingungen und Installationsumgebung mit, damit wir einen auf das Gesamtsystem abgestimmten Nennwert ermitteln können.

Der richtige BMS-Nennstrom ist nicht einfach die größte verfügbare Zahl. Legen Sie ihn anhand des gemessenen oder dokumentierten Lastbedarfs fest und prüfen Sie anschließend, ob Zellen, Schutzeinrichtungen, Verbindungen und thermische Bedingungen diesen Bedarf mit angemessener Reserve bewältigen. So lassen sich unnötige Abschaltungen verringern, ohne den Schutz des Packs zu beeinträchtigen.