Batteriemanagementsystem (BMS): Alles was Sie zur Steuerung von Batterien wissen müssen

Batterien können vielfältig eingesetzt werden, ob als Speicher für Solarenergie, in einem E-Auto oder für elektrisch betriebene Geräte. Immer gleich ist die Tatsache, daass in der Batterie elektrische Energie gespeichert und anschließend wieder verbraucht wird. Damit dieser Prozess jedoch zuverlässig und geordnet abläuft, benötigt es ein Batteriemanagementsystem, welches den Stromfluss effizient steuert. Ein Batteriemanagementsystem ist also eine intelligente Technologie beziehungsweise meist Software mit zusätzlicher Hardware, die dafür sorgt, dass eine Batterie sicher, effizient und langlebig arbeitet. Doch warum ist ein Batteriemanagementsystem (kurz BMS) überhaupt so wichtig und unerlässlich? 

Ein Batteriemanagementsystem, meist abgekürzt als sogenanntes BMS, lässt sich mit dem zentralen Nervensystem des Menschen, nur eben bei einer Batterie, vergleichen. Als elektronische Steuerungseinheit ist das Batteriemanagementsystem (BMS bei Akku) für die Steuerung, Überwachung und Optimierung während des Betriebs der Batterie zuständig. Ohne ein BMS wäre der Betrieb einer Batterie nicht nur ineffizient, sondern auch hinsichtlich einer Überladung, Überhitzung und schlimmstenfalls sogar Explosion unsicher. Außerdem wären die Lebensdauer sowie Ladezyklen einer Batterie ohne BMS erheblich verkürzt. Ein BMS kommt in eigentlich jedem Akku zum Einsatz, wie z.B. in Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen, tragbaren Geräten und industriellen Anwendungen.

Im Grunde ergibt sich die Notwendigkeit eines Batteriemanagementsystems (BMS) bereits aus den oben genannten Aufgaben. Im Fokus stehen Sicherheit, Verlängerung der Lebensdauer des Akkus, Optimierung von Leistung und Effizienz sowie Überwachung und Kommunikation sowie Übertragung von Daten.

In puncto Sicherheit verhindert das BMS Überladung und Tiefentladung. Besonders Lithium-Ionen-Zellen, sind sehr empfindlich hinsichtlich einer Überladung und Tiefentladung. Ohne ein BMS könnte eine Überladung zu Überhitzung, Brand oder sogar Explosion führen. Auch Kurzschlüssel durch Fehlfunktionen können so verhindert werden.

Durch das Balancing, den Ausgleich der Zellen, sorgt das BMS für eine gleichmäßige Ladung und Entladung. Die Zellen altern so langsamer, was die Lebensdauer der Batterie verlängert. Durch eine intelligente Steuerung des Ladeprozesses kann die Anzahl der möglichen Ladezyklen ebenfalls positiv beeinflusst werden.

Das Batteriemanagementsystem optimiert die Nutzung der Batterie, indem es sicherstellt, dass die maximale Kapazität der Batterie effizient genutzt wird. Ist der Akku stets im optimalen Zustand ist nicht nur die maximale Kapazität, sondern auch Leistung hinsichtlich des Lade- oder Entladevorgangs vorhanden.

Durch die kontinuierliche Überwachung und Echtzeit-Diagnose des Akkus werden Fehler frühzeitig erkannt und diagnostiziert. Zellendefekte oder abnormale Temperaturverläufe lassen sich schnell erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten.

Das BMS kann Informationen über den Zustand der eigenen Batterie an andere Systeme weitergeben, z.B. an das Energiemanagementsystem eines Elektrofahrzeugs oder an externe Ladegeräte.

Im Grunde ist ein Batteriemanagementsystem in allen elektrischen, mit Akku oder Batterie betriebenen Geräten verbaut. Das kann ein Smartphone, Elektroauto oder auch eine Solaranlage sein.

In Elektrofahrzeugen kommen oft große Batterien mit vielen Zellen zum Einsatz. Ein BMS überwacht und steuert dieses System. Ohne ein BMS könnte die Batterie schneller altern, die Reichweite des Fahrzeugs sinken und die Sicherheit gefährdet werden. Auch in E-Bikes oder elektrischen Rollern ist ein BM vorhanden.

Batterien und Akkus werden oft auch zusammen mit Solaranlagen und Windkraftanlagen bei der Produktion von erneuerbaren Energien genutzt, um die überschüssige, nicht genutzte Energie zu speichern. Ein BMS ist hier entscheidend, um die Batterie vor Überladung durch stark schwankende Energiezuflüsse zu schützen und den Strom effizient zu verwalten. Zudem sorgt das Batteriemanagementsystem für eine gleichmäßige Entladung der Batteriezellen, was die Lebensdauer wieder verlängert.

Smartphones, Laptops, Tablets und Smartwatches benötigen kleine, leichte und sichere Batterien, mit einer langen Betriebszeit. Ein BMS sorgt bei diesen Geräten dafür, dass der Akku auch bei intensiver Nutzung sicher bleibt und die Kapazität bestmöglich genutzt wird.

Bei industriellen Anwendungen werden Batterien häufig für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungen in Maschinen oder Roboter eingesetzt. Auch hier ist ein BMS notwendig, um vor den extremen Bedingungen zu schützen. Es überwacht den Zustand der Akkus und optimiert diese, um Ausfälle zu minimieren und die Betriebskosten zu senken.

Liegt nicht gerade auf der Hand, doch auch in der Luft- und Raumfahrt, wo die Zuverlässigkeit von Batterien lebenswichtig ist, stellt ein BMS sicher, dass Batterien unter extremen Bedingungen, wie hohen Temperaturschwankungen und Vibrationen, zuverlässig arbeiten. Ein Ausfall ist hier lebensgefährlich Folgen, weshalb die Überwachung und Steuerung durch ein BMS unerlässlich ist. Neben Drohnen, Satelliten und Fluggeräten können auch Raumanzüge mit Batterien ausgestattet sein.

Tragbare Herzmonitore oder Defibrillatoren gehören zu den typischen medizinischen Geräten mit Akku und benötigen folglich auch ein Batteriemanagementsystem, schließlich sind Zuverlässigkeit und Sicherheit bei diesen Geräten unerlässlich. Ein BMS stellt sicher, dass die Batterien immer im optimalen Zustand sind, um im Notfall zuverlässig zu funktionieren.

Einfach ausgedrückt, wandelt ein Akku oder eine Batterie chemische Energie in elektrische Energie um, indem sie in einem kontrollierten Prozess Elektronen zwischen zwei Elektroden – der Anode und der Kathode – hin und her bewegt. Dabei ist die Anode die negative Elektrode, die Elektronen abgibt, während die Kathode, die positive Elektrode, diese Elektronen aufnimmt. Zwischen diesen beiden Elektroden befindet sich ein Elektrolyt (Substanz), welches die Ionen zwischen Anode und Kathode transportiert. Ein Separator hält dabei die beiden Elektroden dauerhaft voneinander getrennt, um einen Kurzschluss zu verhindern, und lässt nur die Ionen durch.

Wird eine Batterie entladen, fließen die Elektronen von der Anode zur Kathode durch einen externen Stromkreis, der zum Beispiel eine Lampe zum Leuchten bringt. Während dessen bewegen sich die Ionen im Inneren der Batterie durch den Elektrolyt, um das chemische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Dieser Prozess setzt die in der Batterie gespeicherte Energie wieder zur Nutzung durch zum Beispiel Smartphone oder elektrischen Motor frei.

Wird eine Batterie aufgeladen, dann kehrt sich dieser Prozess um. Die externe elektrische Energie zum Speichern wird genutzt, um die chemische Reaktion in der Batterie rückgängig zu machen. So ist diese wieder bereit, Energie zu speichern und abzugeben.

Es zeigt sich also, dass ein Batteriemanagementsystem (BMS) unerlässlich ist, um die Sicherheit, Effizienz und Lebensdauer von Batterien zu gewährleisten. Das System, bestehend aus Hardware- und Software-Komponenten, überwacht laufend den Zustand jeder Batteriezelle, schützt vor gefährlichen Zuständen wie Überladung und Überhitzung und sorgt für ein optimales Laden und Entladen.

Ohne ein BMS im Akku würden diese schneller altern, ineffizient arbeiten oder sogar Sicherheitsrisiken darstellen. In unserer heutigen Welt, in der Batterien bereits eine zentrale und gleichzeitig immer größere Rolle in Bereichen wie Elektromobilität, erneuerbare Energien und tragbare Elektronik spielen, ist ein BMS essenziell. Nur so können Leistung und Zuverlässigkeit maximieren und vor allemgewährleistet werden.