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Bei der Entwicklung von Batterie-Packs stellt sich die Frage, mit welchem Sicherheitssystem das Pack ausgestattet werden soll. Reicht ein Protection Circuit Module (PCM)? Oder sollte doch lieber ein Batterie Management System (BMS) integriert werden? Wodurch unterscheiden sich die Mechanismen? Und welche Vorteile und Funktionen bietet welcher Schutzmechanismus?
Die Antwort lautet auch hier wie so oft: es kommt darauf an – auf die Anforderungen an das Schutzsystem und an die Anwendung.
Was ist ein Protection Circuit Module?
Hierbei handelt es sich um eine Schutzelektronik, die vor allem (aber nicht nur) bei wiederaufladbaren Lithium-Batterien vorkommt. Dies liegt mitunter an den Gefahren, die beim Überladen bzw. Tiefentladen von Lithium-Batterien entstehen können. So wird das Modul dazu eingesetzt, vor
- zu hohen Ladespannungen,
- zu tiefen Entladungsspannungen und
- zu hohen Strömen beim Entladen, bzw. vor Kurzschlüssen
zu schützen.
Nicht jedes PCM schaltet nach denselben vordefinierten Abschaltgrenzwerten ab. Es können individuelle Grenzwerte festgelegt werden, in denen ein gefahrloser Betrieb möglich ist. Außerhalb dieses Bereichs sorgt die Schutzelektronik für eine Unterbrechung des Stromkreises.
„Das Protection Circuit Module sollte jedoch nicht dazu eingesetzt werden, einen Lade- oder Entladeprozess zu stoppen! Das gehört zu den Aufgaben des passenden Ladegerätes bzw, der entsprechenden Anwendung“, warnt Dr. Jürgen Heydecke.
Und was macht ein Batterie Management System aus?
Bei einem Batterie Management System dagegen handelt es sich um eine Schutzelektronik, die zusätzlich auch der Überwachung des Gesundheitszustands des Batterie-Packs dient. Daher gehört auch das Ausbalancieren der Zellen neben dem Schutz vor Überladung und Tiefentladung zu den Aufgaben eines BMS.
Ausbalancieren?
„Das bedeutet, dass alle Zellen eines Batterie-Packs gleichmäßig belastet werden. In einem perfekt ausbalancierten Batterie-Pack weisen alle Zellen über den gesamten Lade- und Entladezyklus hinweg zu jeder Zeit denselben Ladezustand auf. Dieses Verfahren führt zu einer gleichmäßigen Alterung der einzelnen Zellen, was schlussendlich die Lebensdauer des gesamten Batterie-Packs maximiert“, so Heydecke.
Das BMS als Kommunikationsschnittstelle
Darüber hinaus dient ein BMS als Kommunikations-Schnittstelle zwischen Batterie-Pack und Gerät. Daraus entsteht die Möglichkeit, verschiedene Informationen über den Zustand der Batterie abzurufen. Klassisches Beispiel hierfür ist die intelligente Ladezustandsanzeige, die man vom Smartphone oder Laptop her kennt. Man spricht in diesem Fall von „smarten Batterien“. Daher ist mit einem BMS ein höheres Sicherheitslevel erreichbar als mit einem PCM, denn das BMS unterscheidet zwischen normalen und abnormalen Events. Eine differenzierte Diagnose des sogenannten „Gesundheitszustands“ der Batterie ist ebenfalls möglich. Bisherige Ladezyklen und die Verwendung der Batterie können im Nachgang ausgelesen und ausgewertet werden.
Besondere Vorsicht in der Produktion
Aufgrund ihrer zentralen Sicherheitsfunktionen gebührt beiden Schutzmechanismen, PCM und BMS, in der Produktion besondere Aufmerksamkeit. Und tatsächlich sind hier einige Besonderheiten zu beachten: Bei Lithium-Polymer-Packs beispielsweise kann das Anschweißen der Ableiter das bereits montierte PCM-Modul beschädigen. In jedem Fall wird standardmäßig nach Fertigstellung der Batterie eine zusätzliche Kontrolle der PCM Funktionen erforderlich.
Es lässt sich also festhalten: Ob die Wahl auf ein PCM oder ein BMS fällt, hängt von den Anforderungen an den Schutzmechanismus ab. Sobald komplexere Informationen gewünscht oder gar erforderlich sind, die über die reine Schutzfunktion hinausgehen, ist der Einsatz eines BMS zu empfehlen.
Gerne beraten wir Sie zu diesem Thema. Gemeinsam finden wir eine geeignete Lösung für Ihre Anwendung.
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Vielen Dank für diesen Beitrag zum Thema Lithium Batterien. Ich suche einen Lithium Ionen Elektro Stapler für Lager. Interessant, dass Aufgrund der zentralen Sicherheitsfunktionen beiden Schutzmechanismen, PCM und BMS, in der Produktion besondere Aufmerksamkeit gebührt.