Vanwege de inherente eigenschappen van lithiumbatterijen is het essentieel om een Power Circuit Module (PCM) of Battery Management System (BMS) te integreren. Batterijen zonder beveiligingsmodules of managementsystemen zijn ten strengste verboden, omdat ze aanzienlijke veiligheidsrisico's vormen. Veiligheid moet bij batterijsystemen altijd de hoogste prioriteit hebben.
Zonder de juiste bescherming of beheer lopen batterijen het risico op een kortere levensduur, schade of explosie. (PCM: Power Circuit Module) worden voornamelijk gebruikt in consumentenproducten zoals mobiele telefoons en laptops. Batterijbeheersystemen (BMS) worden voornamelijk toegepast als energieopslagbatterijen in grootschalige systemen, zoals elektrische voertuigen, e-bikes en energieopslag.
De belangrijkste functies van batterijbescherming (PCM) zijn onder meer overbelastingsbeveiliging (OVP), overontladingsbeveiliging (UVP), oververhittingsbeveiliging (OTP) en overstroombeveiliging (OCP). Mochten er zich abnormale omstandigheden voordoen, dan schakelt het systeem automatisch uit om de veiligheid van het systeem te garanderen.
De primaire functies van een batterijbeheersysteem (BMS) omvatten niet alleen fundamentele beveiligingsfuncties voor het systeem, maar ook het meten van de accuspanning, -temperatuur en -stroom; energiebalans; berekening en weergave van de laadstatus (SOC); storingsmeldingen; laad-/ontlaadbeheer; en communicatie. Sommige BMS-systemen integreren bovendien thermisch beheer, accuverwarming, analyse van de laadstatus (SOH) en isolatieweerstandsmeting.
- 1. Bescherming van lithiumbatterijen
Net als PCM biedt het bescherming tegen overladen, overontladen, oververhitting, overstroom en kortsluiting. Voor standaard lithium-mangaanbatterijen en ternair lithiumbatterijen, Het systeem schakelt het laad- of ontlaadcircuit automatisch uit als een celspanning hoger is dan 4,2 V of lager dan 3,0 V. Als de accutemperatuur het bedrijfsbereik overschrijdt of de stroom de ontlaadlimiet van de accu overschrijdt, onderbreekt het systeem automatisch het elektrische pad om de veiligheid van de accu en het systeem te waarborgen.
- 2. Energiebalans
Het gehele accupakket, bestaande uit talloze in serie geschakelde cellen, zal na langdurig gebruik uiteindelijk aanzienlijke prestatieverschillen vertonen. Deze afwijkingen ontstaan door inherente inconsistenties in de cellen en variaties in de bedrijfstemperatuur, wat een aanzienlijke impact heeft op de levensduur en de systeemprestaties van de accu. Energiebalancering pakt deze individuele celverschillen aan door middel van actief of passief laden/ontladen, waardoor de celconsistentie wordt gewaarborgd en de levensduur van de accu wordt verlengd.
Binnen de industrie worden over het algemeen twee soorten balanceringsmethoden gehanteerd: passieve en actieve balancering. Passieve balancering bereikt voornamelijk een evenwicht door overtollige lading af te voeren via weerstanden, terwijl actieve balancering lading van batterijen met een hogere laadniveau overdraagt naar batterijen met een lagere laadniveau via condensatoren, spoelen of transformatoren. Een vergelijking van passieve en actieve balancering vindt u in de onderstaande tabel.
| Vergelijkingsartikel | Passieve egalisatie | Actief balanceren |
| Balanceringsmethode | Afname van weerstand | Inductieoverdracht |
| Evenwichtsrendement | Laag | Hoog |
| Oplossingsvolwassenheid | Volwassen | Volwassener |
| Systeemcomplexiteit | Laag | Hoog |
| Systeemkosten | Laag | Hoog |
Vanwege de relatieve complexiteit en hogere kosten van actieve egalisatiesystemen blijft passieve egalisatie de gangbare aanpak.
- 3. SOC-computing
Het berekenen van de batterijcapaciteit is een cruciaal onderdeel van het BMS, aangezien veel systemen relatief nauwkeurige kennis van de resterende lading vereisen. Dankzij technologische vooruitgang zijn er talloze methoden ontwikkeld voor SOC-berekening. Voor toepassingen met lagere nauwkeurigheidseisen kan de resterende capaciteit worden geschat op basis van de batterijspanning. Nauwkeurigere methoden omvatten voornamelijk stroomintegratie (ook bekend als de Ah-methode), waarbij Q = ∫i dt, evenals methoden met interne weerstand, neurale netwerkmethoden en Kalman-filtermethoden. De stroomintegratiemethode blijft de industriestandaard.
- 4. Communicatie
Verschillende systemen stellen verschillende eisen aan communicatie-interfaces, met als meest voorkomende opties SPI, I2C, CAN en RS485. Automotive- en energieopslagsystemen maken voornamelijk gebruik van CAN en RS485.