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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



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).



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



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



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.



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.



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.)



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.



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


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.



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


Die Spannungsschwelle, bei der die Ausgleichs-

ladung stattfindet. Die Ausgleichsladung wird

nur bei Zellen durchgeführt, die höher als der

Durchschnitt sind.



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

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