3. Leitfaden für Systementwurf und Auswahl des BMS
In diesem Kapitel wird beschrieben, wie die Batterie mit dem BMS interagiert und wie das BMS mit Lasten und Ladegeräten interagiert, um die Batterie zu schützen. Diese Informationen sind wichtig für das Systemdesign und die Auswahl des am besten geeigneten BMS für das System.
3.1. Maximale Anzahl von Batterien in Serien-, Parallel- oder Serien-/Parallelschaltung
In einem System können insgesamt bis zu 50 Victron Lithium NG- Batterien verwendet werden, unabhängig vom verwendeten Victron BMS NG. Dies ermöglicht 12-V-, 24-V- und 48-V-Systeme zur Speicherung von Energie mit bis zu 384 kWh (192 kWh für ein 12-V-System), je nach verwendeter Kapazität und Anzahl der Batterien. Installationsdetails finden Sie im Kapitel Installation.
Der folgenden Tabelle können Sie entnehmen, wie die maximale Speicherkapazität erreicht werden kann (am Beispiel von Batterien mit 12,8 V / 300 Ah, 25,6 V / 300 Ah und 51,2 V / 100 Ah):
Systemspannung | 12,8 V / 300 Ah | Nennkapazität | 25,6 V / 300 Ah | Nennkapazität | 51,2 V / 100 Ah | Nennkapazität |
|---|---|---|---|---|---|---|
12 V | 50 parallel | 192kWh | N. z. | N. z. | N. z. | N. z. |
24 V | 50 in 2S25P | 192kWh | 50 parallel | 384kWh | N. z. | N. z. |
48 V | 48 in 4S12P | 184kWh | 50 in 2S25P | 384kWh | 50 parallel | 256kWh |
3.2. Die BMS-Alarmsignale und BMS-Aktionen
Die Batterie selbst überwacht die Zellspannungen, den Strom und die Batterietemperatur. Das BMS verarbeitet diese Daten ständig und zeigt sie nicht nur über die VictoryConnect App und/oder ein GX-Gerät an, sondern erstellt bei Bedarf auch Warnungen und Alarme, z. B. wenn eine niedrige Zellspannung droht oder die Batterietemperatur zu niedrig wird, um die Batterie aufzuladen.
Um die Batterie zu schützen, schaltet das BMS dann Lasten und/oder Ladegeräte ab oder erzeugt einen Voralarm, um genügend Zeit für Gegenmaßnahmen zu haben.
Dies sind die möglichen Batteriewarnungen und -alarme und die entsprechenden BMS-Aktionen:
BMS-Alarmsignal | BMS-Maßnahme |
|---|---|
Voralarm bei niedriger Zellspannung (≤ 3,0 V) | Das BMS erzeugt ein Voralarmsignal |
Alarm bei niedriger Zellspannung mit einer Mindestverzögerung von 30 Sekunden (≤ 2,8 V) | Das BMS schaltet Lasten ab |
Alarm bei hoher Zellspannung (≥ 3,6 V) | Das BMS schaltet Ladegeräte ab |
Alarm bei niedriger Batterietemperatur (< 5 °C) | Das BMS schaltet Ladegeräte ab |
Alarm bei hoher Batterietemperatur (> 50 °C) | Das BMS schaltet Ladegeräte ab |
Die Batterie übermittelt ihre Daten über die BMS-Kabel an das BMS.
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Das BMS empfängt eine niedrige Zellspannung von einer Batteriezelle
Sind mehrere Batterien im System vorhanden, werden alle BMS-Kabel der Batterien in Reihe geschaltet (Daisy Chain). Das erste und das letzte BMS-Kabel werden an das BMS angeschlossen.
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Das BMS empfängt eine hohe Zellspannung von einer Zelle in einem Aufbau mit mehreren Batterien
Die Batterie ist mit 50 cm langen BMS-Kabeln ausgestattet. Wenn diese Kabel zu kurz sind, um das BMS zu erreichen, können sie mit BMS-Verlängerungskabeln verlängert werden.
Es gibt zwei Möglichkeiten, wie das BMS Lasten und Ladegeräte steuern kann:
Durch Senden eines elektrischen oder digitalen Ein/Aus-Signals an das Ladegerät oder die Last.
Durch physisches Verbinden oder Trennen einer Last oder einer Ladequelle von der Batterie. Entweder direkt oder mit Hilfe eines BatteryProtect oder Cyrix Li-Ion Relais.
Die verfügbaren BMS-Typen für NG-Batterien basieren entweder auf einer oder beiden dieser Technologien. Die BMS-Typen und ihre Funktion werden in den nächsten Kapiteln kurz beschrieben.
 Das BMS sendet ein Ein/Aus-Signal an eine Last oder ein Ladegerät |  Das BMS verbindet oder trennt sich von einer Last oder einem Ladegerät |
3.2.1. Das Voralarmsignal des BMS
Der Zweck des Voralarms besteht darin, zu warnen, dass das BMS im Begriff ist, die Lasten abzuschalten, weil eine oder mehrere Zellen den Voralarmschwellenwert für die Zellunterspannung (3,0 V, fest codiert) erreicht haben. Wir empfehlen den Anschluss des Voralarmausgangs des BMS an ein optisches oder akustisches Alarmgerät. Wenn der Voralarm ausgelöst wird, kann der Benutzer ein Ladegerät einschalten, um ein Abschalten des Gleichstromsystems zu verhindern.
Schaltverhalten
Im Falle einer bevorstehenden Unterspannungsabschaltung schaltet sich der Voralarmausgang des BMS ein. Sinkt die Spannung weiter, werden die Lasten abgeschaltet (Lasttrennung) und gleichzeitig schaltet sich der Voralarmausgang wieder aus. Steigt die Spannung wieder an (der Bediener hat ein Ladegerät aktiviert oder die Last reduziert), schaltet sich der Voralarmausgang aus, sobald die niedrigste Zellspannung über 3,2 V gestiegen ist.
Das BMS gewährleistet eine Mindestverzögerung von 30 Sekunden zwischen der Aktivierung des Voralarms und der Lastabschaltung. Diese Verzögerung soll dem Bediener ein Minimum an Zeit einräumen, um das Herunterfahren zu verhindern.
3.3. Die BMS-Modelle
Aktuell ist nur das Lynx Smart BMS NG verfügbar, weitere Modelle sollen jedoch bald folgen.
BMS-Typ | Spannung | Merkmale | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
 Lynx Smart BMS 500A NG und Lynx Smart BMS 1000A NG | 12, 24 oder 48V | Steuert Lasten und Ladegeräte über Ein/Aus-Signale Kann Wechselrichter/Ladegeräte, Solarladegeräte und ausgewählte DC- und AC-Ladegeräte über DVCC steuern. Erzeugt ein Voralarmsignal 500-A- oder 1000-A-Schütz zum Trennen des Pluspols des Systems Batteriemonitor Bluetooth Wird zur Verbindung mit einem GX-Gerät über VE.Can verwendet Kombinierbar mit allen Lynx M10-Sammelschienenprodukten Ferngesteuertes Schalten (Ein/Aus/Standby) über die VictronConnect App oder ein GX-Gerät Im Plus- und Minuspol des Systems installiert Sofortige Anzeige über Bluetooth | Größere Systeme mit digitaler Integration oder wenn ein eingebautes Sicherheitsrelais erforderlich ist Auch Systeme mit Wechselrichtern/Ladegeräten, wenn ein GX-Gerät vorhanden ist |
3.3.1. Das Lynx Smart BMS NG
Das Lynx Smart BMS NG wird in mittleren bis großen Systemen eingesetzt, die Gleichstromlasten und Wechselstromlasten über Wechselrichter oder Wechselrichter/Ladegeräte enthalten, zum Beispiel auf Yachten oder in Freizeitfahrzeugen. Dieses BMS ist mit einem Schütz ausgestattet, das das Gleichstromsystem trennt, den Kontakten „Last trennen“, „Laden trennen“ und „Voralarm“ und einem Batteriemonitor. Darüber hinaus kann es an ein GX-Gerät angeschlossen werden und kompatible Victron Energy-Geräte über DVCC steuern.
Im Falle einer niedrigen Zellenspannung sendet das BMS ein „Lasttrennsignal“, um die Last(en) abzuschalten.
Bevor eine Last abgeschaltet wird, sendet es ein Voralarmsignal, das auf eine drohende niedrige Zellenspannung hindeutet.
Im Falle einer hohen Zellenspannung oder einer niedrigen oder hohen Zellentemperatur sendet das BMS ein „Laden trennen“-Signal, um das/die Ladegerät(e) auszuschalten.
Wenn die Batterien noch weiter entladen (oder überladen) werden, öffnet sich das Schütz und schaltet das Gleichstromsystem ab, um die Batterien zu schützen.
Für weitere Informationen siehe das Handbuch für Lynx Smart BMS NG, das Sie auf der Produktseite des Lynx Smart BMS finden.
Das Lynx Smart BMS NG |
Das Lynx Smart BMS NG schaltet Lasten und Ladegeräte über die Signale „Last trennen“ und „Laden trennen“ ab und steuert den Wechselrichter/Ladegerät über ein GX-Gerät. Sollte die Batterie noch weiter entladen werden, trennt das BMS die Batterie vom Gleichstromsystem. |
3.4. Aufladen von einer Lichtmaschine
Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien haben Lithium-Batterien einen sehr geringen Innenwiderstand. Sie vertragen einen höheren Ladestrom als Blei-Säure-Batterien. Aus diesem Grund ist besondere Vorsicht geboten, wenn Lithiumbatterien über eine Lichtmaschine geladen werden.
Stellen Sie sicher, dass die Stromstärke der Lichtmaschine mindestens doppelt so hoch ist wie die Kapazität der Batterie. Zum Beispiel kann eine 400-A-Lichtmaschine sicher an eine 200-Ah-Batterie angeschlossen werden.
Verwenden Sie einen Wechselstromgenerator, der mit einem temperaturgesteuerten Generatorregler ausgestattet ist. Dies verhindert eine Überhitzung des Wechselstromgenerators.
Verwenden Sie ein Strombegrenzungsgerät wie ein DC-DC-Ladegerät oder einen DC-DC-Konverter zwischen der Lichtmaschine und der Starterbatterie.
Weitere Informationen zum Aufladen von Lithiumbatterien mit einer Lichtmaschine finden Sie im Blog und im Video zum Aufladen von Lithiumbatterien mit einer Lichtmaschine.
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Aufladen der Lichtmaschine
3.5. Batterieüberwachung
Gängige Batterieparameter wie Batteriespannung, Batterietemperatur, Batteriestrom und Zellspannungen können über Bluetooth mit der VictronConnect App über das BMS ausgelesen werden. Wird ein GX-Gerät (mit Internet) in Verbindung mit einem Lynx Smart BMS NG verwendet, werden die Daten auch auf dem VRM-Portal zur Verfügung gestellt.
Wenn Sie aus irgendeinem Grund einen zusätzlichen Batteriemonitor im System verwenden, stellen Sie sicher, dass die folgenden Einstellungen vorgenommen werden, damit die Berechnung des SoC-Werts und der geladenen und entladenen Energie korrekt erfolgt:
Setzen Sie den Ladewirkungsgrad auf 99 %
Setzen Sie den Peukert-Exponenten auf 1,05
Stellen Sie außerdem sicher, dass der externe Batteriemonitor über die Klemme für die Last des BMS und nicht direkt über die Batterie mit Strom versorgt wird, um eine versehentliche Entladung der Batterie zu verhindern.
Weitere Informationen zu Batteriemonitoren finden Sie auf der Produktseite des Batteriemonitors.