1) Betriebsspannung und Leerlaufspannung

Wir nennen elektrische Spannung die elektrische Ladung, die in einem Stromkreis zirkuliert. Sie wird mit einem Voltmeter zwischen zwei Elektroden gemessen und in Volt ausgedrückt. Die elektrische Spannung einer Zelle unterscheidet sich je nach ihrer Chemie und die Einsatzbereiche liegen zwischen:

• LFP: 2,5 V und 3,65 V (3,2 V nominal)
• NMC: 2,5 V und 4,2 V (3,6 V bis 3,7 V nominal)

Die in einem geschlossenen Stromkreis gemessene Betriebsspannung unterscheidet sich von der Leerlaufspannung (OCV), die entsteht, wenn kein Strom zwischen den Stromkreisklemmen fließt. Im gleichen Ausgangszustand (SoC oder SoH) ist die Spannung unterschiedlich, wenn der Stromkreis geschlossen ist (Batterie in Betrieb, wird geladen oder entladen) oder wenn er geöffnet ist (Batterie im Ruhezustand).

2) Berechnung des Ladezustands nach der OCV-Methode

Die Leerlaufspannung oder „OCV“ entwickelt sich je nach Ladezustand der Batterie, die als „SoC“ bezeichnet wird: Je höher die Ladung, desto höher die Spannung und je niedriger die Ladung, desto niedriger die Spannung. Die Anwendung dieses Verhältnisses und die Kenntnis der Chemie der Batterie ermöglichen es, den Ladezustand der Batterie zu beurteilen. Diese Methode wird als OCV-Methode bezeichnet. Dabei wird die Leerlaufspannung zum Zeitpunkt T gemessen und anschließend anhand der OCV/SoC-Beziehung der Ladezustand der Batterie bestimmt.

Wenn die Hersteller die Mindest- und Höchstwerte angeben, wird das für jede Zelle spezifische OCV/SoC-Verhältnis durch Tests ermittelt, die zuvor von unseren Ingenieuren durchgeführt wurden. Bei dieser Methode wird berücksichtigt, dass der Innenwiderstand die Spannung in einem geschlossenen Stromkreis beeinflusst, sodass die Zelle im offenen Stromkreis eine ausreichend lange Ruhezeit hat, bevor der OCV gemessen werden kann. Die Ergebnisse werden dann in das BMS programmiert, sodass es den Benutzer sofort über den Ladezustand der Batterie informieren kann.

Die Entladungskurve von LFP-Zellen ist relativ flach, insbesondere zwischen 20% und 80% des Ladezustands. Die OCV-Methode ist sehr zuverlässig, wenn eine OCV/SoC-Beziehung auf einer grafischen Kurve mit vielen repräsentativen Punkten beobachtet wird. Je mehr Punkte das BMS auf der Kurve interpretieren muss, desto genauer kann es einen SoC liefern.

3) Das Coulombmeter für LFP-Zellen

Dieses zur OCV-Methode ergänzende Verfahren besteht in einer Parametrisierung des BMS anhand der Kapazität und des Ladezustands der Zelle. Das Coulombmeter misst die Energie, die in die Zelle eindringt oder sie verlässt. Dieses Ergebnis ermöglicht es, den SoC präzise zu definieren. Die Coulomb-Zählermethode ist umso effizienter, als sie im geschlossenen Kreislauf verwendet werden kann, d. h. wenn die Zelle in Betrieb ist, und daher weniger Zeit benötigt als die OCV-Methode.

4) Tests durch unser Labor

Das BMS spielt eine entscheidende Rolle im synergistischen Zusammenspiel der Batteriezellen. Einige BMS auf dem Markt koordinieren beide Methoden, um noch bessere Ergebnisse zu erzielen. Um Sie bei diesem Integrationsprojekt zu unterstützen, bietet unser Labor Zellcharakterisierungstests an, die Ihnen die wichtigsten Daten für die optimale Einstellung Ihres BMS liefern. Diese Ergebnisse in Kombination mit denen der OCV/SoC-Tests garantieren die Effizienz und Genauigkeit der vom BMS übermittelten Informationen.

Unser Team steht Ihnen zur Verfügung, um Sie zu den passenden Tests zu beraten und Ihre Programmierung zu optimieren.