Post on 25-Jul-2020
Battery Management
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Door: A.J. Kool
Directeur van Engineering Spirit B.V.
Specialisten in elektronische producten op klantenspecificatie
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Lithium Ion batterijen
• Hoge energie dichtheid
Toepassingen
• Elektrische auto's/fietsen/scooters
• Draagbare apparatuur
Veiligheid?
Brandbaar !
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
VmaxUnsafe, will case Fire
Safe Safe
Vmin
Charge/Discharge Discharge
Unsafe, will cause damage
Current → Ichrg Imax
Lithium cell limits
Discharge temperature < 60°C, Charge temperature < 40°C
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Minimale bescherming door BMS
• Min < Spanning < Max• Stroom < Max• Min < Temperatuur < Max
En verder• Balanceren van spanningen• Overspanning
• Werkt het echt?• Hoe bewijs je dat?• Komt het pack dan door de keuring?
BMS opbouw
Cel
l co
ntr
ol Limits
Safety algorithms
Event logging (with time)
Sensors
Communication (SMBus / CAN / ...)
1
2
3
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
En wat gebeurt er als het BMS niet goed werkt?
In het minst ernstige geval...
• Dead-on-arrival
-> Vervanging/garantie van batterij fabrikant
• Storingen tijdens gebruik
-> Vervanging/garantie van batterij fabrikant
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
En wat gebeurt er als het BMS niet goed werkt?
Maar in het andere geval...
• Brand tijdens gebruik of transport-> Mogelijk persoonlijk letsel-> Negatieve publiciteit
• Brand tijdens laden of opslag (meestal binnen)-> Mogelijk persoonlijk letsel-> Negatieve publiciteit-> Serieuze schade claim
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Accident investigators have traced a fire that destroyed a UPS Boeing 747 in the United Arab Emirates in 2010 to the lithium batteries being carried in the cargo hold. Unless something is done to prevent similar disasters, the FAA now says such crashes are all but inevitable in the future.
Source: https://www.flyingmag.com/
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Eisen van div. normen (UN38.3 en IEC 62133)• Kortsluitbeveiling
• Diepontlaad beveiliging
• Overlaad beveiliging
• Overspanning beveiliging op laadpoort
Voor CE:• Machine veiligheid• Voor keuring zijn bewijzen nodig
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
En wat gebeurt er als het BMS niet goedgekeurd wordt?
• Keuringsinstantie wijst af
-> Vertraging van levering
-> Extra engineering kosten en tijd
-> Nieuwe leveranciersselectie
• Alleen de UN38.3 en/of IEC 62133 is niet voldoende!
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
En wat gebeurt er als klanten problemen melden
-> Extra belasting bij klantenservice
-> Extra support/reparatie
-> Retour zendingen (brandbaar....)
-> Verlies van vertrouwen (intern/extern)
Eenvoudig BMS
• Kortsluit beveiliging
• Diepontlaad beveiliging
• Beperkte overlaad beveiliging
• Beperkte overspanning beveiliging
• Geen communicatie
• Niet testbaar na Pack assemblage
• Slechts $ 5 ~ $7
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
• Kortsluit beveiliging
• Diepontlaad beveiliging
• 100% overlaad beveiliging (ook bij sterke onbalans)
• Goede overspanning beveiliging
• Communicatie
• Ca. $ 20 ~ 30
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Microprocessor gestuurd BMS
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Benodigde QA productie flow• PCB assemblage
• PCB Test
• Pack assemblage
• Pack Test
Tijdens gebruik of bij een probleem• Service monitoring
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Succesfactor 1
Toekomstvisie
• Definieer alle eisen, ook niet functionele:• Samenwerking met apparaat
• Veiligheid
• Garantie periode/voorwaarden
• Garantieafwikkeling
• After-sales/Service
BMS communicatie
Smart Battery System levert uitlezing van gegevens:• Fabrieksgegevens, Actuele spanningen State Of Charge (SOC)
• Slijtage van Capaciteit, Voorspellingen over verbruik
• Service informatie
Het nut van communicatie• Test na pack assemblage
• Test bij retours
• Service monitoring
• Bepaling wel/geen garantie
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Diagnose op afstand
• Uitlezing op het apparaat
• Oorzaken van problemen opsporen
• Bepalen of garantie van toepassing is
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Succesfactor 2
De juiste kosten
Bepaal alle kosten, ook indirecte• Kijk naar de after-sales/garantie/service kosten
• Bepaal dan de onderdelen
Vergeet:• De (meest voorkomende eis) de kale BMS “prijs”
Extra
• Levensduur verlenging bij gebruik
• Levensduur verlenging bij opslag
• Meer temperatuursensors
• Algoritmen voor detecteren ‘thermal run-away’
• Detectie van vallen en botsen
• Detectie van vocht in de behuizing
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Modulaire benadering
• Kern van het BMS(veiligheid, communicatie)
• Voldoet aan standaarden zoals UN38.3IEC 62133 enook de machineveiligheidsrichtlijn
• Makkelijk uitbreidbaar
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
DEMO board
• 48V @ 50A
• 15 cellen in serie
• Historie geheugen
• CAN communicatie
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Slimmigheidjes
• Extra functie die anders extra elektronica zouden kosten• Remlicht
• Alarmlicht
• Richtingaanwijzers (clignoteurs)
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Succesfactor 3
Laat een onafhankelijke specialist uitgebreid testen
• Cellen
• BMS
• Communicatie (+inhoud)
• Samenwerking met het apparaat
Voorkom vóóraf de achteraf ‘verrassingen’
Battery Management voor Lithium batterijen
3 Succesfactoren voor een goed BMS
Dank voor uw aandacht
The End