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Batterie-Management-System BMS 16 OFF-GRID
BMS 16 Monitor
© 2016 – Scherer Solarstrom GmbH – Version 1.0, Stand 14.12.2016
2 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
Inhalt
1. Beschreibung 3 1.1 Allgemeines zu Batterie-Management-Systemen 3 1.2 Batterie-Management-System BMS 16 OFF-GRID 3 2. Sicherheitshinweise 4 3. Spezifikation 4 4. Installation 5, 6 5. Strom Sensor 6 6. Temperatur Sensor 6 7. Can-Bus Anschluss 7 8. BMS 16 Monitor 7 9. Einstellungen BMS 16 Monitor 8-11 10. Abschaltung der Stromversorgung 12
11. Garantiebedingungen 12 12. Garantieabwicklung 12 13. Eingetragene Marke 12
© 2016 – Scherer Solarstrom GmbH – Version 1.0, Stand 14.12.2016
3 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
1. Beschreibung
Diese Betriebsanleitung enthält wichtige Sicherheits- und Installationshinweise, die für den ordnungsgemäßen und sichern Betrieb des BMS 16 erforderlich sind.
1.1 Allgemeines zu Batterie-Management-Systemen
Lithium Akkus werden in der Regel aus mehreren Einzelzellen aufgebaut. Die typischen Zell-Nennspannungen der LiFePo4 Einzelzellen betragen je nach
Zelltyp 3,2 bzw. 3,7 Volt. Damit müssen die Einzelzellen zu einem Zellblock zusammengebaut werden um für die jeweilige Anwendung, z.B. Traktionsbatterie
für Elektromobilität oder Speicherbatterie Wohnhaus, RV-Anwendungen, etc. eingesetzt werden zu können. Um alle Batteriezellen im zulässigen Spannungs- und Temperaturbereich zu betreiben und gleichmäßig belasten zu können, muss das
BMS in der Lage sein die einzelnen Zellspannungen und die Zelltemperatur zu überwachen. Überwiegend bei sehr großen Entladeraten können die Ladezustände
der einzelnen Batteriezellen bedingt durch Toleranzen zwischen den Einzelzellen, auseinander driften. Die Entladung muss aber zwingend abgebrochen werden, wenn die schwächste Zelle ihre minimale Zellspannung (UV - Under Voltage) erreicht hat.
Dies führt dazu, dass noch Energie in den stärker geladenen Zellen unbenutzt zur Verfügung steht. Für optimale Anwendungen der Batteriesysteme, sowie für den
sicheren Betrieb von Batteriezellen ist somit der genaue Kenntnisstand über die aktuelle Restkapazität (SOC: State of Charge) notwendig. In der Praxis hat man festgestellt, dass Batteriezellen in einem Zellverbund (Stack) unterschiedlich altern
in Abhängigkeit von verschieden Einflüssen. Diese Alterung führt zu Kapazitätsunterschieden, Abweichungen des Innenwiderstandes und
unterschiedlichen Leckströmen. Bedingt hierdurch beeinflusst dies die Ladungsverluste, die Kapazität und damit auch die Zellspannungen der Einzelzellen. Unzulässige Ladezustände verringern die Lebensdauer der Zellen. Zell Monitoring
und Balancing Systeme können solche Unterschiede erkennen und durch entsprechendes Zell-Balancing korrigieren. Zell Balancing, sowie Zellüberwachung
erhöht die Lebensdauer der einzelnen Zellen erheblich.
1.2 Batterie-Management-System BMS 16 OFF-GRID
Beim Batterie-Management-System der Serie BMS 16 handelt es sich um ein Passives Balancing System. Das BMS 16 überwacht 12 bis 16 Einzelzellen im
Akkupack mit einer Kapazität von 10Ah – 1000Ah durch ständiges messen verschiedener Parameter. Das BMS verfügt über eine interne Spannungsversorgung, die es ermöglicht das BMS direkt am Akku zu betreiben.
Das BMS besitzt interne Shunt Widerstände für das automatische Zell-Balancing, zwei Solid State Relaisausgänge zum direkten schalten von zwei Leistungsschützen
für Überspannungsabschaltung und Unterspannungsabschaltung, sowie einen Can-Bus Anschluss für einen Touch Screen Monitor. Der BMS 16 Monitor liefert Informationen wie Spannung, Strom, Leistung, Batteriezustand, sowie die
Einzelzellspannungen. Er kann auch zum Parametrieren des BMS 16 eingesetzt werden. Der BMS 16 Monitor kann bis zu einer max. Entfernung von bis zu 50 m
Entfernung installiert werden (Nur in Verbindung mit korrekt abgeschirmten Twisted Pair Kabel).
© 2016 – Scherer Solarstrom GmbH – Version 1.0, Stand 14.12.2016
4 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
2. Sicherheitshinweise
Obwohl es sich beim Einsatz von 16 Lithium-Zellen noch um Kleinspannung (Spannung kleiner 120VDC) handelt sollte man trotzdem Vorsicht walten lassen.
Vorsichtsmaßnahmen und elektrische Sicherheitshinweise sind dringend zu beachten. Bevor Sie mit der Installation des BMS beginnen, lesen Sie unbedingt die Montage- und Bedienungsanleitung um eine korrekte Installation und Bedienung zu
gewährleisten. Wenn Sie unsicher sind, kontaktieren Sie uns bevor Sie fortfahren. Wir haben uns bemüht ein sicheres und zuverlässiges Produkt herzustellen, das wie
folgt beschrieben und ausgeführt wird. Scherer Solarstrom GmbH hat keine Kontrolle über die Integration seiner Produkte in ein bestehendes Batteriesystem und kann daher keine Verantwortung für die endgültige Sicherheit und
Funktionalität des fertigen Systems übernehmen. Es obliegt dem Endverbraucher bzw. Installateur die Eignung des Produkts für seinen Zweck festzulegen. Der
Endverbraucher oder Installateur trägt somit in Eigenverantwortung das Risiko für die Funktion und Anwendung selbst. Unsere Produkte sollten nur von qualifizierten und erfahrenen Personen installiert werden und sollten immer gemäß den
gesetzlichen und örtlichen Bestimmungen eingesetzt werden.
3. Spezifikation
Technische Daten BMS 16 OFF-GRID
Anzahl der Zellen 12 – 16 Stück
Batterie Typen LiFePo4, LiCo, LiMn, etc
Genauigkeit 0,01V je Zelle
Batterie Kapazität 10 – 1000Ah
Strom-Messbereich 10 – 1000A - je nach Mess-Shunt
Balancing Spannung 1,0 – 5,0V
Zell-Überspannungsabschaltung 1,0 – 5,0V
Zell-Unterspannungsabschaltung 1,0 – 5,0V
BMS-Hysterese 0 – 1,0V
Strombegrenzung 0 – 1000A
SOC Warnmeldung 0 – 100%
Temperaturbegrenzung 0 – 100°C
Solid State Relais für OVP max. 1,3A @ 60V
Solid State Relais für UVP max. 1,3A @ 60V
Abschaltung des BMS < 2V Zellspannung
Max. Packspannung BMS 60V
Absicherung BMS Balancing Bauseits, empfohlen ca. 1A
Abmessungen 170 x 90 x 20mm
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5 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
4. Installation
Das Gehäuse des BMS16 ist mit zwei vorgebohrten Befestigungsflanschen ausgestattet. Befestigen Sie das BMS16 mittels zwei Schrauben auf einer festen,
nicht brennbaren Rückwand. Achten Sie darauf dass das BMS16 keiner direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Ferner sollte das BMS16 vor Feuchtigkeit und Staub geschützt montiert werden. Das BMS 16 sollte max. einen Meter vom
Akkupack entfernt montiert werden, um die Kabelzuleitungen zu den Zellen zu minimieren. Das BMS16 verfügt über einen steckbaren Schraubklemmblock für die
17 Zellanschlüsse. Beginnen Sie mit der Verdrahtung der Zellen beginnend mit der Zelle 1 von rechts nach links (Z01 – Z16). Der Anschluss Z00 wird mit dem Minuspol der ersten Zelle verbunden. Verwenden Sie hierzu geeignete Kabel mit
einem Querschnitt von 0,5 – 0,75 mm2. Achten Sie insbesondere darauf dass das Kabel hitzebeständig (ca. 90°C) und mechanisch belastbar ist, sowie eine geeignete
Stromstärke verträgt. Wir empfehlen den Stecker vor dem endgültigen aufstecken auf das BMS16 vollständig zu verkabeln und alle Einzelspannungen nachzumessen und auf Plausibilität zu überprüfen. Das Aufstecken des Steckers erfordert einen
erheblichen Kraftaufwand. Vergewissern Sie sich, dass der Stecker fest sitzt und richtig eingerastet ist. Stellen Sie sicher, dass alle Kabelverbindungen einen festen
Sitz haben, damit sie nicht durch Vibration oder Abrieb beschädigt werden können. Optional können kleine Sicherungen (ca. 1A) verwendet werden um die Kabelverbindungen zu schützen. Die Stromversorgung erfolgt immer am positiven
Eingang der Zelle 16. Wenn Sie das BMS mit weniger als 16 Zellen betreiben, verwenden Sie einfach eine Drahtbrücke von der zuletzt angeschlossenen Zelle zu
der Zelle Z16. Ein Beispiel für eine Verdrahtung mit 16 Einzelzellen ist hier dargestellt.
Hinweis: Die Relaisausgänge sind potentialfrei, max. 60V / 1,3A belastbar.
LiMoPower BMS 16 OFF-GRID
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6 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
Verwenden Sie Relais / Schütze, die mit einer Freilaufdiode ausgestattet sind, um
induktive Spannungsspitzen beim Schalten der Relaisspulen zu unterdrücken. Bei Verwendung von Relais/Schützen ohne Freilaufdioden sollten zwingend
Freilaufdioden direkt auf der Relaisseite eingesetzt werden. In Systemen bei denen ein gemeinsames Relais/Schütz eingebaut ist, können die LV- und HV-Relais in Reihe geschaltet werden, so dass ein Überspannungs- oder Unterspannungszustand
das Relais/Schütz öffnet und den Akkupack somit isoliert. Sobald Ihre Verdahtung abgeschlossen und überprüft ist, können Sie mit Hilfe eines kleinen
Schraubendrehers den Taster auf der linken, oberen Seite drücken. Nun sollte die Status LED grün leuchten. Ein grünes LED-Signal zeigt an, dass alle Zellen in einem korrekten Spannungsbereich liegen und beide Relaisausgänge (LV, HV) geschlossen
sind. Ein stetiges rotes LED-Signal zeigt an, dass eine oder mehrere Zellen Überspannung haben und der HV Relaisausgang geöffnet (unterbrochen) ist. Ein
blinkendes rotes LED-Signal zeigt an, dass eine oder mehrere Zellen Unterspannung haben und der LV Relaisausgang geöffnet (unterbrochen) ist. Grünes / rotes Blinken zeigt eine Übertemperaturabschaltung an. 5. Strom-Sensor
Das BMS 16 kann je nach Erfordernissen mit einem 100A, 200A oder 500A Strom-
Sensor geliefert werden. Beachten Sie bitte, dass der Mess-Shunt bei einem Dauerstrom sehr heiß werden kann. Montieren Sie den Mess-Shunt daher auf eine
nicht brennbare Rückwand. Um eine optimale Kühlung des Mess-Shunt zu gewährleisten, sollten Sie ihn senkrecht montieren. Der Shunt wird mittels zwei Drähten mit dem Shuntanschluss des BMS16 verbunden. Für einen störungsfreien
Betrieb verwenden Sie bitte ein Twisted Pair Kabel. Wenn Sie einen Monitor verwenden, zeigt der Monitor bei einer Entladung den Entladestorm negativ an.
Falls die Polarität nicht stimmt, vertauschen Sie die beiden Kabelanschlüsse am Anschluss des BMS16.
6. Temperatur-Sensor
Das BMS16 wird mit einem NTC-Sensor (10Kohm) zur Temperaturerfassung geliefert. Der Sensor kann am Anschluss „Temp“ angeschlossen werden. Der
Sensor ist verpolungssicher. Wir empfehlen den Sensor in der Mitte des Akkupacks anzubringen, da dies typischerweise der wärmste Ort ist. Verlängern Sie hierzu die Sensordrähte. Thermische Belastung vermeiden Eine thermische Überbelastung kann zum Schmelzen des Separators führen, durch
das dann ebenfalls ein innerer Kurzschluss entstehen kann. In keinem Fall darf ein Lithium Akku über 70 Grad Celsius betrieben werden. Diese Temperatur kann in warmer Umgebung ab ca. 50 Grad Celsius über zusätzliche Wärmezufuhr wie
Sonneneinstrahlung überschritten werden. Auch für die Lagerung muss eine Erwärmung über 70 Grad Celsius sicher vermieden werden.
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7 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
7. Can-Bus Anschluss
Das BMS16 kann mit dem Can-Bus Monitor mittels vorkonfektioniertem Kabel verbunden werden. Es gibt hierzu am BMS eine Klemme mit vier Anschlüssen. Falls
Sie selbst ein Kabel konfektionieren möchten benötigen Sie hierzu einen Stecker Fabr, Molex Typ C-Grid SL-Stecker. Der 12V-Anschluss ist ein Ausgang für die optionale Stromversorgung von externen Geräten wie z.B. der Can-Monitor (max.
200mA, abgesichert). Der Can-Bus ist vom Batteriepack galvanisch getrennt und kann somit sicher an eine externe Erdungsreferenz angeschlossen werden. Can-
Busse arbeiten am besten, wenn sie als single daisy chain verkabelt werden, d.H. mit einem 120Ω Abschlusswiderstand an jedem Ende versehen werden um Signalreflexionen zu verhindern. Für den Can-Bus (und BMS16) ist mindestens ein
Abschlusswiderstand erforderlich. Das BMS16 verfügt bereits über einen Abschlusswiderstand, der entfallen kann, wenn das Gerät nicht an einem Ende des
Can-Busses befindet. Bei kurzen CAN-Bussen reicht oft ein Abschlusswiderstand - wie der in dem BMS-Monitor bereits eingebaute - aus. Für eine optimale Übertragung der Daten wird ein geschirmtes Twisted Pair (STP)
Kabel empfohlen. Sehr kurze Verbindungen können in der Regel ohne Twisted Pair und geschirmten Kabel ausgeführt werden.
Anschluss Monitor am BMS
CAN-Anschlüsse am BMS16-Gehäuse CAN-Pinbelegung am Monitorgehäuse
8. BMS16 Monitor
Der BMS 16 Monitor ist mit einem Touchscreen Farbdisplay ausgestattet. Über Can-
Bus kommuniziert das BMS mit dem BMS 16 Monitor. Über den Monitor werden alle relevanten Informationen wie z.B. Zellspannungen, Akkupackspannung, Strom, SOC, etc. ausgegeben. Der BMS 16 Monitor wird auch zum Parametrieren der
Einstellwerte eingesetzt.
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8 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
9. Einstellungen BMS16 Monitor
Der BMS16 Monitor zeigt verschiedene Informationen an:
Standard-Anzeige
In der Standard-Anzeige, wenn das System
läuft, wird die Pack-Spannung, Strom,
Leistung, Temperatur und der Akku-
Ladezustand angezeigt.
Wenn Sie das Bedienfeld kurz berühren,
schalten Sie zwischen dieser und der folgenden
Spannunganzeige um.
Anzeige-Zellspannungen
Diese Anzeige zeigt die individuellen
Zellspannungen. In diesem Fall handelt es sich
um 14 Zellen. Die gestrichelten Linien auf dem
Diagramm zeigen HV- und LV-Schwellenwerte
plus Hysterese an. Grafische Balken werden
grün, wenn eine Zelle im Bereich ist, blau für
Unterspannung, rot für Überspannung und
orange, wenn eine Zelle gerade balanciert wird.
Anzeige-Menüstruktur
Diese Anzeige zeigt die Menüstruktur an. Durch
Berühren und Halten für 1 Sekunde kommen
Sie in die Menüstruktur. Von hier aus können
Sie einen manuellen Reset des Ladezustands
(zurück zu 100%) durchführen, den Setup-
Modus aufrufen, die Anzeige ausschalten oder
das BMS16 ausschalten. (Wenn das Display
ausgeschaltet ist, berühren und halten Sie es 1
Sekunde lang, um es wieder einzuschalten.)
Das Display wird automatisch aktiviert, wenn
eine neue Warnung angezeigt wird.)
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9 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
Anzeige-Anzahl der Zellen
Einstellbereich: 12 – 16 Stück
In diesem Einstellmenü können Sie die Anzahl
der Zellen einstellen.
In diesem Beispiel sind 14 Zellen eingestellt.
Anzeige-Batteriepack Kapazität
Einstellbereich: 10 – 1000Ah
In diesem Einstellmenü können Sie die die
Kapazität des Batteriepacks einstellen
In diesem Beispiel sind 100Ah eingestellt.
Anzeige Soc-Warnung
Einstellbereich: 0 – 100%
In diesem Einstellmenü können Sie einen
unteren Soc-Wert einstellen. Wenn dieser
kritische Wert erreicht wird erfolgt ein
Warnhinweis. Wenn Sie den Wert „0%“
einstellen wird diese Funktion deaktiviert. In
diesem Beispiel sind 20% eingestellt.
Anzeige Full Voltage
Einstellbereich: 1 – 100V
Das BMS verwendet einen "Full-Voltage" -
Schwellwert (kombiniert mit niedrigem
Ladestrom), um die Ladungsvervollständigung
zu detektieren und den SoC automatisch auf
100% zu synchronisieren, wenn die
Akkupackspannung innerhalb von 1 V dieses
Werts liegt. Typischer Wert ist die maximale
Ladespannung.
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10 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
Anzeige Warn Current
Einstellbereich: 0 – 1000A
Das BMS16 gibt eine Warnung aus, wenn der
Strom in oder außerhalb eines Grenzwertes der
Batterie ist.
Wenn Sie den Wert „0A“ einstellen wird diese
Funktion deaktiviert. In diesem Beispiel sind
150A eingestellt.
Anzeige Trip Current
Einstellbereich: 0 – 1000A
Das BMS16 schaltet den Akku automatisch ab,
wenn der Strom kontinuierlich über eine Dauer
von einer Sekunde diesen Grenzwert
überschreitet. Hinweis: Dies sollte nicht eine
physikalische Sicherung ersetzen, sondern kann
als "erste Maßnahme" verwendet werden. Dies
wird als ein schwerwiegender Fehler betrachtet
und erfordert einen Reset des BMS.
Anzeige Min Cell Voltage
Einstellbereich: 1,0 – 5,0V
Die minimale Spannung, die jede einzelne Zelle
erreichen darf. Wenn eine beliebige Zelle unter
diesen Schwellwert (abzüglich einer Hysterese)
fällt, trennt das LV-Ausgangsrelais. Der Akku
ist somit von der Last (Verbraucher) getrennt.
Anzeige Max Cell Voltage
Einstellbereich: 1,0 – 5,0V
Die maximale Spannung, die jede einzelne Zelle
erreichen darf. Wenn eine beliebige Zelle über
diesen Schwellwert (zuzüglich einer Hysterese)
steigt, trennt das HV-Ausgangsrelais. Der Akku
wird somit nicht weiter geladen.
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11 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
Anzeige BMS Hysterese
Einstellbereich: 0 – 1,0V
Bei dieser Einstellung wird eine Hysterese auf
die Spannungsschwellen eingestellt. Dies
bewirkt, dass das Lade- und Lastrelais nicht zu
schnell ein- und ausgeschaltet. Beispielsweise
wird bei einer 0,2 V-Hysterese das LV-Relais
deaktiviert, wenn eine Zelle 0,2 V unterhalb der
Min-Spannungsschwelle überschreitet und
wieder aktiviert wird, sobald sich die Zelle auf
0,2 V oberhalb der Min-Spannung ansteigt.
Anzeige Shunt Size
Einstellbereich: 100A, 200A, 500A
Hier wählt man die Größe des aktuellen Shunts,
der an das BMS16 angeschlossen wird (für
75mV-Shunts).
Anzeige Shunt Voltage
Einstellbereich: 1,0 – 5,0V
Die Spannungsschwelle, bei der die Ausgleichs-
ladung stattfindet. Die Ausgleichsladung wird
nur bei Zellen durchgeführt, die höher als der
Durchschnitt sind.
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12 Bedienungsanleitung zu BMS 16 OFF-GRID
10. Abschaltung der Stromversorgung
Ein allgemeines Problem tritt bei Batterie-Management-Systemen auf, die sich selbst vom Akkupack versorgen. Das BMS entlädt hierbei die Zellen langsam, insbesondere wenn Monitore oder andere kleine Verbraucher über einen längeren
Zeitraum vorhanden sind. Um mögliche Schäden an den Zellen zu vermeiden, kann das BMS16 seine eigene Stromversorgung abschalten, wenn eine der Zellen die
kritische Spannung von kleiner 2,0V unterschreitet. Wenn Ihr BMS aufgrund einer kritisch niedrigen Zelle ausgeschaltet hat, legen Sie einfach eine Ladequelle an die Batterien an und drücken Sie den Netzschalter, um das BMS wieder zu aktivieren.
11. Garantiebedingungen
Das Batterie-Management-System BMS16 hat für Endanwender eine Gewährleistung von 2 Jahren ab Kaufdatum auf fehlerfreie Herstellung und
Funktion. Die Garantie umfasst in dieser Zeit die kostenlose Reparatur oder den Ersatz des defekten Gerätes. Die Garantie deckt nicht den Missbrauch des Produkts ab, wie z.B. übermäßige Spannung oder umgekehrte Polarität an Klemmen,
Kurzschlüsse an den Ausgängen, Öffnen der Gehäuse und / oder Modifikation der internen Elektronik, schwere Stoßschäden, Untertauchen in Wasser.
Wir haben mit großer Sorgfalt das Produkt entworfen, aber Fehler können geschehen.
12. Garantieabwicklung Vor Inanspruchnahme der Garantie, prüfen Sie bitte anhand der
Bedienungsanleitung ob es sich tatsächlich um einen Defekt des Gerätes handelt oder um einen anderen Systemfehler. Falls Gerät defekt ist, senden Sie dieses in einem gut geschützten Paket frei an unsere Firmenanschrift zurück. Sie werden uns
schnellstmöglich um Ihr Problem kümmern.
Hinweis: Dem Gerät muss ein Kaufbeleg, eine detaillierte Fehlerbeschreibung, genaue Angabe der verwendeten Systemkomponenten, sowie die genaue Verschalltung, verwendete Batterie (en), sowie die angeschlossenen Verbraucher
(mit Leistungsangaben) beigelegt werden. Ohne diese Angaben ist eine Garantiebearbeitung nicht möglich!
Diese Angaben sind notwendig um den Fehler, sowie deren Ursache feststellen zu können.
13. Eingetragene Marke Alle Warenzeichen werden anerkannt, auch wenn diese nicht gesondert
gekennzeichnet sind. Fehlende Kennzeichnung bedeutet nicht, eine Ware oder ein Zeichen seien frei. LiMoPower ist eine eingetragene Marke der Firma Scherer Solarstrom GmbH.
Scherer Solarstrom GmbH
Gottlieb-Daimler-Str. 26
D-76703 Kraichtal
www.LiMoPower.de
Tel: 07250/9291-10 Fax: 07250/9291-11