Batteriemanagementsystem (BMS):
Batteriezellen in einem Zellverbund (Stack) altern unterschiedlich in Abhängigkeit von verschiedenen Einflüssen. Die Alterung der Zellen führt zu Kapazitätsunterschieden, Abweichungen im Innenwiderstand und unterschiedlichen Leckströmen. Dies beeinflusst die Ladungsverluste, aber auch die Kapazität und damit die Zellenspannungen jeder einzelnen Zelle. Unzulässige Ladezustände wiederum reduzieren die Lebensdauer der Zellen weiter, so dass ohne Abhilfe schnell ein Lawineneffekt entsteht. Cell Monitoring und Balancing Systeme können solche Unterschiede im Stack erkennen und über das Cell Balancing kontinuierlich korrigieren. Dieses Verfahren erhöht signifikant die Lebensdauer der einzelnen Zellen, verbraucht jedoch selbst Energie und erhöht somit die Selbstentladung im Stack. 

Im Wesentlichen werden 3 Verfahren verwendet:


Vergleich der Verfahren Passiv Aktiv
(unidirektional)
Aktiv
(bidirektional)
Verfahren „Verheizung“ 
überschüssiger 
Energie mittels 
Widerstände
Verteilung der 
Energie von 
Zelle zu Zelle 
(eine Richtung)
Gezielte Verteilung 
der Energie in 
einzelne Zellen 
(beide Richtungen)
Verluste hoch mittel gering
Wirkungsgrad 0 % 70-91% > 92 %
Kosten niedirg  hoch hoch
Maximale Balancing- 
Ströme (ohne Kühlung)
bis 2 A bis 5 A bis 5 A
Balancingdauer hoch mittel gering
Wärmeentwicklung hoch gering gering
Zellschutz und Sicherheit gut gut
sehr gut

  




Passives Balancing:
Mittels zuschaltbaren oder fest installierten Bypass-Widerständen werden Zellen mit zu hoher Spannung entladen. Die aus den unterschiedlichen Ladezuständen resultierende elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt und geht verloren.


Aktiv unidirektionales Balancing (Power Pump oder „Ladungspumpen“ Verfahren):
Mit zwei Transistor-Schaltern (MOSFET) und einer Drossel wird die überschüssige Ladung einer Zelle in die nächste „gepumpt“. Dieses Verfahren wird auch als unidirektionales aktives Balancing bezeichnet, da es nur die gesteuerte Entladung eines Kreises erlaubt. Die Ladungsverteilung der Zellen ist hier jedoch nur in eine Richtung möglich.


Aktiv bidirektionales Balancing (TESVOLT):
Im Unterschied zum unidirektionalen Balancing kann jede Zelle von der anderen Zelle eines Stacks geladen oder in alle anderen Zellen entladen werden. Dies ermöglicht eine schnelle und effiziente Symmetrierung des Stacks. Realisiert wird dieses Verfahren über bidirektionale Flyback-Wandler, die an jeder Zelle angebracht werden.

Das bidirektionale Balancing ist eine Entwicklung von TESVOLT. Das BMS überwacht die Temperatur, Spannung und Ladungszustand jeder einzelnen Zelle und steuert diese in einem Zellverbund (Stack). Aus den einzelnen gemessenen Parametern ermittelt das BMS den State of Health (SoH), sowie den State of Charge (SoC) jeder einzelnen Zelle, um frühzeitig Fehler zu erkennen und Schäden vorzubeugen. Zudem erlaubt es sowohl die definierte Ladung einer Zelle in anderen Zellen eines Moduls, als auch die gezielte Ladung der betroffenen Zelle aus den anderen Zellen des Verbunds. Das BMS ist modular und flexibel im Aufbau. Durch ein Master/Slave-Prinzip  ist der Einsatz von kleine stationäre Lithium Speicher (10 kWh) bis hin zu MWh Speicherkraftwerken gewährleistet.