Batterie-Management-System bei Lithiumbatterien erklärt

Das Batterie-Management-System (BMS) sorgt für noch mehr Sicherheit bei LiFePo4-Batterien und für eine hohe Anzahl an Lade-Entlade-Zyklen. Wir zeigen dir, welche Schutzfunktion ein BMS in der Batterie übernimmt, warum ein aktives BMS für mehr Lebenszyklen bei LiFePo4-Batterien sorgt, aber auch wo die Grenzen eines BMS liegen.
Vielleicht stellst du dir nun selbst die Frage, was ein BMS überhaupt ist und warum ein aktives BMS bei LiFePo4-Batterien verwendet wird.

Was ist ein BMS bei LiFePo4-Batterien?

Die Abkürzung BMS steht für Batterie-Management-System. Dieses intelligente System überwacht kontinuierlich sowohl den Zustand der Versorgungsbatterie als auch der einzelnen Batteriezellen. Das BMS ist, wie auch die einzelnen LiFePo4-Zellen, geschützt im Batteriegehäuse verbaut. Je nach BMS können zusätzlich zur Schutzfunktion weitere Funktionen, wie aktiver Zellausgleich oder Bluetooth-Schnittstelle, integriert sein. Meist wird hier zwischen einem passiven BMS und aktiven BMS unterschieden.
Bei der Anschaffung einer LiFePo4-Batterie solltest du immer darauf achten, dass ein aktives BMS verbaut ist. In allen ECTIVE LiFePo4-Versorgungsbatterien, das sind alle Versorgungsbatterien der LC-Baureihe, ist ein aktives BMS von ECTIVE verbaut.

Warum ist eine Versorgungsbatterie mit BMS noch sicherer und welche Vorteile hat ein aktives BMS?

Sobald das BMS eine drohende Störung oder einen Fehler in der Stromversorgung erkennt, sperrt das interne BMS. Dabei wird die Stromversorgung durch die Batterie blitzschnell abgeschaltet und vor möglichen Schäden geschützt. Sobald das BMS die Batterie sperrt, gibt diese keine 12 V bzw. 24 V Gleichspannung mehr ab und auch das Aufladen der Batterie wird unterbrochen. Nach der Beseitigung der Störung und aufwecken der Versorgungsbatterie kann diese wieder wie vorher geladen und entladen werden.
Je nach aufgetretener Störung von außen kann es vorkommen, dass das BMS durch eine zusätzliche Batterie oder ein Ladegerät entsperrt werden muss. (Artikel: Wie entsperre ich ein BMS?) Das Entsperren des BMS wird meist auch als Aufwecken der Batterie bezeichnet. Das BMS in der Batterie schützt in erster Linie deine hochwertige LiFePo4-Versorgungsbatterie vor Schäden, ersetzt jedoch nicht die „klassische” Sicherung oder gar einen Sicherungskasten in der autarken Stromversorgung.

Vor diesen Störungen schützt ein BMS deine LiFePo4-Versorgungsbatterie

Eine Störung im Stromkreiskauf kann unterschiedliche Ursachen haben. Damit eine Störung nicht die Batterie schädigt und mögliche Folgeschäden vermieden werden, schützt das BMS die LiFePo4-Versorgungsbatterie, indem die Stromversorgung durch die Batterie gesperrt wird.

• Temperaturschutz:Deine ECTIVE Versorgungsbatterie mit BMS wird effektiv vor zu hohen, aber auch vor zu geringen Temperaturen geschützt. Beispielsweise können, mit Ausnahme der LC-Serie BT+LT, LiFePo4-Batterien nicht unter 0 °C geladen werden. Die maximale Ladetemperatur von LiFePo4-Batterien, wie zum Beispiel der LC 100, liegt bei 45 °C. Im Temperaturbereich zwischen -20 °C und 60 °C kann Strom aus der Batterie entnommen werden. Außerhalb dieses Temperaturbereiches sperrt das BMS und schützt die Batteriezellen.
• Überspannungsschutz:Sollte eine zu hohe Spannung an der Batterie anliegen, z. B. von einem defekten Ladegerät, schützt das integrierte BMS deine Versorgungsbatterie vor Beschädigungen. Für eine ECTIVE LiFePo4-Versorgungsbatterie mit einer Nennspannung von 12,8 V liegt der Schwellenwert für eine Überspannung bei 15,4 V.
• Unterspannungsschutz:Wird eine Batterie zu tief entladen, kann dies bleibende Schäden verursachen. Dies ist auch bei der LiFePo4-Batterietechnologie der Fall. Um eine Unterspannung oder eine schädliche Tiefenentladung der Zellen zu vermeiden, sperrt das BMS in ECTIVE LiFePo4-Batterien die Stromversorgung, sobald die Spannung unter den definierten Schwellenwert fällt. Je nach LiFePo4-Versorgungsbatterie-Baureihe ist dieser im Bereich von 9,2 V bis 10 V.
• Überstromschutz:Sollte die Abgabeleistung so hoch sein, dass die LiFePo4-Zellen in der Batterie einen Schaden nehmen könnten, sperrt das BMS. Den maximal möglichen Lade- und Entladestrom der Batterie kannst du dem Datenblatt der jeweiligen Versorgungsbatterie der LC-Serie entnehmen. Der maximale Abgabestrom über einen Zeitraum von 5-10 Sekunden bei einer ECTIVE LC 100 Versorgungsbatterie beispielsweise ist 200 A. Das entspricht einer maximalen Abgabeleistung von ungefähr 2500 W.
  Bei einer ECTIVE LC 300L sind es für wenige Sekunden sogar 400 A, was einer abgegebenen Leistung von ungefähr 5100 W entspricht. Diese extrem hohe Abgabeleistung kann für leistungsstarke Wechselrichter während einer Anlaufphase wichtig sein. Bei einer vergleichbaren Batterie ohne BMS wäre dieser Belastungsfall ohne zeitliche Begrenzung das sichere Ende. Die maximale Dauerabgabeleistung einer einzelnen ECTIVE LC 300L Batterie beträgt 200 A, somit also ungefähr 2500 W. Aufgrund dieser hohen möglichen Abgabeleistungen von LiFePo4-Batterien muss die Stromversorgung immer gesondert abgesichert werden.
• Verpolungsschutz:Wird vom BMS erkannt, dass die Plus- bzw. Minus-Leitung vertauscht sind, also eine Verpolung stattgefunden hat, schützt das BMS die Versorgungsbatterie und trennt diese von der Stromversorgung.
• Kurzschlussstromschutz:Ein extremer Fall der maximalen Abgabeleistung ist der Kurzschluss. Dieser wird vom BMS innerhalb weniger Millisekunden erkannt. Warum du zum Kurzschlussstromschutz in der LiFePo4-Versorgungsbatterie zusätzliche Sicherungen zum Schutz der Leitungen verbauen musst, erfährst du weiter unten.

All diese Schutzfunktionen werden sowohl von einem passiven als auch einem aktiven BMS übernommen.

Das ist der Unterschied zwischen einem passiven und aktiven BMS

In allen ECTIVE LiFePo4-Versorgungsbatterien ist ein aktives BMS verbaut. Dieses übernimmt den internen Zellausgleich der einzelnen im Batteriegehäuse verbauten LiFePo4-Zellen, wodurch die Lebensdauer der hochwertigen Versorgungsbatterie nochmals erhöht wird. Ein aktives BMS übernimmt jedoch nicht den Ladezustandsausgleich mehrerer parallel oder in Reihe geschalteter LiFePo4-Versorgungsbatterien.
Der chemische Aufbau der LiFePo4-Batteriezellen macht diese bereits sehr sicher. Durch das BMS wird zusätzlich zu dieser Sicherheit eine Beschädigung der Versorgungsbatterie verhindert. Auch wenn es verlockend klingt, das BMS kann nicht vor allen Störungen in der Stromversorgung schützen und dient in erster Linie dem Schutz der hochwertigen Versorgungsbatterie und nicht dem Schutz der angeschlossenen Leitungen oder Geräte.

Warum du trotz BMS nicht alles mit der LiFePo4-Versorgungsbatterie machen kannst

Die Schutzfunktionen des BMS sollten nur im Extremfall ausgelöst werden. Die Schutzfunktionen sind vergleichbar mit dem Airbag eines Autos. Wie der Airbag im Auto, löst auch das BMS erst aus, wenn es bereits zu einem Unfall mit Fahrzeugschaden beziehungsweise einer Störung in der Stromversorgung gekommen ist. Wie auch ein Autounfall sollte das Sperren des BMS durch präventive Maßnahmen vermieden werden. Aber keine Sorge, die gute Nachricht bei diesem Vergleich ist, dass das BMS der Batterie, im Gegensatz zu einem ausgelösten Airbag, ohne zusätzliche und teure Reparaturen entsperrt werden kann.
Auch wenn das BMS vor einer extremen und schädlichen Tiefenentladung der Versorgungsbatterie schützt, solltest du es erst gar nicht so weit kommen lassen. Damit es nicht zu einer Sperrung des BMS kommt, schalten beispielsweise alle ECTIVE Wechselrichter vor Erreichen der Unterspannung selbst ab. Das BMS sollte immer erst die allerletzte Instanz bei dem Batterieschutz sein.

Die autarke Stromversorgung ist durch ein gesperrtes BMS nicht automatisch ohne Spannung

Eine Sperrung der Versorgungsbatterie durch das BMS bedeutet nicht, dass die gesamte Stromversorgung stromlos beziehungsweise spannungsfrei ist. Weitere Komponenten wie MPPT-Solarregler oder Ladegeräte können weiterhin das System mit Strom versorgen. Um das System schnell stromlos schalten zu können, müssen bei Bedarf andere Vorkehrungen getroffen werden.
Da LiFePo4-Versorgungsbatterien vielseitig eingesetzt werden können und je nach Anwendung sehr hohe Leistungen, zum Beispiel bei der Verwendung von leistungsstarken Wechselrichtern abgeben müssen, sind Dauerströme von mehr als 100 A möglich. Die Versorgungsbatterie selbst „kennt” jedoch weder die angeschlossenen Geräte noch die verwendeten Leitungen. Das BMS in der Batterie kann einen Sicherungskasten beziehungsweise die korrekte Absicherung nicht übernehmen. Die Versorgungsbatterie sowie die Stromversorgung müssen daher auch bei Versorgungsbatterien mit BMS immer zusätzlich geschützt werden.

Wie du deine Versorgungsbatterie zusätzlich zum BMS schützen kannst

Zum Schutz der Versorgungsbatterie sowie der angeschlossenen Leitungen und Geräte sind mehrere Schutzvorkehrungen zu installieren. Welche schützenden Bauteile für deine autarke Stromversorgung geeignet sind, ist immer von der individuellen Stromversorgung abhängig. Solltest du bei der Installation deiner sicheren Stromversorgung Unterstützung benötigen, kannst du dich gerne an einen unserer geprüften Einbaupartner in deiner Nähe wenden.

Schutz der einzelnen Elemente durch zusätzliche Sicherungen

Im Allgemeinen muss bei der Stromversorgung immer für eine ausreichende Absicherung der Leitungen, Verbindungselemente, ... durch Sicherungen gesorgt werden. Welche Sicherung zu verwenden ist, hängt unter anderem vom Kabelquerschnitt ab.

Schutz vor Tiefenentladung, Unter- und Überspannung

Zum Schutz der Tiefenentladung der Batterie bieten sich Geräte mit Spannungsüberwachung an. Ob dein Kühlschrank, Wechselrichter oder USB-Ladegerät bereits über eine Spannungsüberwachung verfügt und ab welcher Über- oder Unterspannung sich das Gerät abschaltet, kannst du dem Datenblatt oder der Anleitung des entsprechenden Gerätes entnehmen. Alternativ können spezielle „Batteriewächter” verbaut werden, die deine Versorgungsbatterie, unabhängig von der Batterietechnologie, vor einer schädlichen Tiefenentladung schützen. Hier muss unter anderem darauf geachtet werden, dass die maximal zulässige Leistung des Batteriewächters nicht überschritten wird.

Zusätzliche Temperaturüberwachung

Einige Ladegeräte, Ladebooster und MPPT-Solarregler besitzen eine eigene Temperaturüberwachung, mit der die Batteriespannung ebenfalls überwacht werden kann. Je nach Gerät kann so auf eine zu geringe oder zu hohe Batterietemperatur reagiert werden.

Beachtung der max. Lade- und Entladeströme der Versorgungsbatterie

Durch mehrere parallel angeschlossene Verbraucher oder Ladegeräte, sehr starke Ladegeräte beziehungsweise leistungsstarke Wechselrichter kann es vorkommen, dass der abgegebene oder aufgenommene Strom der Versorgungsbatterie höher als der zulässige Schwellenwert ist. Um eine Sperrung der Versorgungsbatterie durch das BMS zu vermeiden, sollte die gesamte Stromversorgung unter Berücksichtigung der Maximalleistungen aufeinander abgestimmt sein.

Alle LiFePo4-Versorgungsbatterien von ECTIVE besitzen ein aktives BMS. Bei der LC-Serie BT, LC-Serie LT, LC-Serie Slim LT und LC-Serie Under Seat LT ist zusätzlich eine Bluetooth-Schnittstelle verbaut. So kannst du direkt per kostenloser App auf deine Versorgungsbatterie zugreifen und hast zu jeder Zeit alle wichtigen Werte im Blick. Sollte dein BMS die Batterie einmal gesperrt haben, siehst du in der App direkt den Grund der Sperrung.
Bei der neuen LC-Serie SLIM BT kannst du zusätzlich zur App auch über das im Batteriegehäuse integrierte Display auf das BMS zugreifen.
In seltenen Fällen kann es durch die Sperrung der Batterie dazu kommen, dass ein Zugriff auf das BMS nicht mehr möglich ist. In diesem Fall ist die Batterie nicht kaputt, sondern sie muss lediglich wieder aufgeweckt werden.

Ist der Batteriemonitor BM X 500 A ein BMS?

Solltest du zusätzlich zur Versorgungsbatterie den Batteriemonitor BM X 500 A mit Shunt und Bluetooth Schnittstelle verbauen, kannst du ebenfalls deine Versorgungsbatterie überwachen. Ein in der Versorgungsbatterie verbautes BMS mit den oben genannten Sicherheitsfeatures wird dadurch jedoch nicht ersetzt, da der Batteriemonitor BM X 500 die Batterie nicht sperren kann.

Alle ECTIVE Batterien der LC-Baureihe sind mit einem aktiven BMS ausgestattet

Gel- oder AGM Batterien von ECTIVE besitzen kein BMS. Alle leistungsstarken ECTIVE LiFePo4-Versorgungsbatterien, also alle Versorgungsbatterien mit dem Kürzel „LC” in der Bezeichnung, besitzen ein integriertes aktives BMS.

Die häufigsten Fragen zum Batterie-Management-System

Hinweis: Die angegebenen Informationen dienen nur zu Informationszwecken und ersetzen keine fachliche Beratung. Solltest du noch weitere Fragen haben oder Unterstützungsbedarf für einen sicheren Ausbau haben, empfehlen wir dir, einen Experten aus unserem Einbaupartnernetzwerk zu kontaktieren.