6Het batterijbeheersysteem (BMS)

In het kort

Het BMS (batterijbeheersysteem, in het Engels battery management system) is de elektronica in je thuisbatterij die elke cel of groep cellen bewaakt. Het beveiligt het laden en ontladen, schat hoe vol en hoe gezond de batterij is, houdt de cellen onderling in evenwicht en praat met de omvormer.

Het BMS verbruikt zelf stroom en kan een fout in de cel zelf niet wegnemen. ⏱ Sinds 18 augustus 2024 moet het BMS van een stationaire opslag ook gegevens over gezondheid en levensduur bijhouden.

Wat een BMS is

De Europese batterijverordening (2023/1542) omschrijft het BMS als een elektronisch apparaat dat de elektrische en thermische functies van een batterij controleert of beheert. Het doel is veiligheid, prestatie en levensduur. Het slaat ook de gegevens op die iets zeggen over gezondheid en verwachte levensduur, en het communiceert met het toestel waarin de batterij zit.

In een thuisbatterij zit het BMS in de batterijkast of in elke module. Bij systemen met meerdere modules is er vaak een hoofdcontroller. Per module is er dan een bewakingseenheid die via een gegevensbus met die controller praat.

De vijf taken van een BMS

1. Bewaken. Het BMS meet celspanningen, temperaturen en stroom. Een batterij van 51,2 V met LFP-cellen (een veelgebruikt celtype, zie Batterijchemie: LFP of NMC) bestaat uit 16 cellen in serie. Dat zijn dus 16 spanningen die elk binnen de toegelaten grenzen moeten blijven. De Duitse veiligheidsrichtlijn voor lithiumhuisbatterijen noemt als kerntaken: spanning en temperatuur van afzonderlijke cellen bewaken, beveiligingsorganen zoals relais aansturen en met omvormer en regelaar communiceren.

2. Beveiligen. Bij een fout opent het BMS de hoofdschakelaars (contactors) van de batterij. Te hoge temperatuur beperkt het vermogen, en laden bij lage temperatuur wordt beperkt of geblokkeerd. In een labotest van de HTW Berlin gold voor een batterij een bedrijfsbereik van -10 tot 50 °C, maar tijdens het laden van 0 tot 50 °C. De Duitse richtlijn eist dat de bescherming tegen overladen en diepontlading ook bij een fout in het BMS zelf werkt. Het systeem moet dan naar een veilige toestand gaan.

3. Balanceren. Cellen in een serieschakeling zijn nooit identiek. Zonder ingreep bereikt de zwakste cel bij het laden eerst de volle spanning en wordt ze overladen. Bij het ontladen is ze als eerste leeg. Bij passief balanceren laat het BMS een weerstand de overtollige energie van een cel als warmte afvoeren. Bij actief balanceren verplaatst het BMS energie van cellen met een hoger laadniveau naar cellen met een lager niveau. Dat is duurder en ingewikkelder.

4. Schatten. Het BMS schat het laadniveau (SoC), de gezondheid (SoH) en het beschikbare vermogen. Wat die begrippen betekenen, lees je in SoC, SoH en DoD. Het meet daarvoor de spanning, telt de stroom die erin en eruit gaat of combineert beide. Bij LFP is de spanningscurve zeer vlak, waardoor de spanning alleen "bijna vol" en "bijna leeg" betrouwbaar aangeeft. In een Duitse veldstudie was de onzekerheid op de geschatte capaciteit daarom groter bij LFP (8,0 procentpunt) dan bij een ander celtype (4,4 procentpunt).

5. Communiceren en loggen. Het BMS meldt aan de omvormer het laadniveau, de toegelaten laad- en ontlaadstroom en eventuele alarmen. Protocollen verschillen per fabrikant. Daarom bestaan er compatibiliteitslijsten: in de HTW-test konden vier omvormers elk samen met 4 tot 18 batterijen van andere fabrikanten werken. Controleer de compatibiliteit dus voor je koopt, zie AC- of DC-gekoppeld.

Tekening volgteen geopende batterijkast met een rij cellen, per module een bewakingseenheid, een hoofdcontroller bovenaan, de hoofdschakelaars en een zekering, en een kabel naar de omvormer.

Tekening volgttwee cellen met verschillende vulling in dezelfde rij; bij passief balanceren een weerstand die de overtollige energie als warmte afvoert, bij actief balanceren een pijl van de volle naar de minder volle cel.

Wat de Europese batterijverordening van het BMS vraagt

⏱ Gegevens bijhouden: vanaf 18 augustus 2024 moet het BMS van stationaire batterijsystemen actuele gegevens bevatten over gezondheid (onder meer resterende capaciteit) en verwachte levensduur (onder meer doorgevoerde energie, schadelijke gebeurtenissen zoals diepontlading en het aantal equivalente volledige cycli).
⏱ Leestoegang: de rechtmatige koper, of een derde namens hem, krijgt te allen tijde niet-discriminerende leestoegang tot die gegevens. Zo kun je bijvoorbeeld de restwaarde laten beoordelen.
⏱ Softwarereset: het BMS moet een resetfunctie hebben, zodat een hergebruiker andere software kan laden. De oorspronkelijke fabrikant is dan niet aansprakelijk voor de gevolgen van die nieuwe software.
⏱ Batterijpaspoort: vanaf 18 februari 2027 bevat het paspoort van industriële batterijen informatie over gezondheid en gebruik. Individuele gegevens zijn enkel toegankelijk voor wie een legitiem belang heeft.

Hoe je die gegevens in de praktijk opvraagt (via een app, een poort of een aanvraag), verschilt per fabrikant. Vraag het aan je installateur voor je tekent.

Wat een BMS niet kan

Fabricagefouten of onzuiverheden in de cel zelf kunnen met maatregelen buiten de cel nauwelijks worden ingeperkt. De verordening noemt interne kortsluiting, bijvoorbeeld door onzuiverheden, als oorzaak van de meeste veldincidenten. Het BMS beperkt wel risico's als overladen, overontladen en oververhitting. Meer over veiligheid lees je in Veiligheid en plaatsing.

Rekenvoorbeeld

Het BMS verbruikt zelf stroom. De HTW Berlin schrijft dat het BMS in stand-by tot 37 W kan verbruiken. Een voorbeeld uit dezelfde studie: een hoofdcontroller van 5,5 W plus 0,6 W per module geeft in dat voorbeeld 9 W. Het BMS-verbruik valt niet in de systeembeoordeling van de HTW, omdat het in het labo niet volgens de richtlijn gemeten kan worden. Het totale stand-by-verbruik van 12 geteste systemen liep van 4 W tot 64 W.

Aannames:

Een batterij van 7,3 kWh nominaal, 6,6 kWh bruikbaar.
Een jaarlijkse doorvoer van 150 tot 300 equivalente volledige cycli. Dat is 0,99 tot 1,97 MWh per jaar.
De HTW noemt 1.250 tot 3.500 uur per jaar waarin een eengezinsbatterij volledig ontladen is.
Het BMS verbruikt in die uren continu 9 W of 37 W.

BMS-verbruik	Bij 1.250 uur	Bij 3.500 uur	In % van de jaardoorvoer
9 W	11 kWh	32 kWh	ca. 0,6 tot 3 %
37 W	46 kWh	130 kWh	ca. 2 tot 13 %

De werkelijke waarde ligt tussen of onder die cijfers en hangt van het model af. Ter vergelijking: een batterij die dag en nacht 10 W verbruikt, gebruikt op een jaar 10 W x 8.760 uur = 87,6 kWh. Vraag bij een offerte daarom naar het stand-by-verbruik van batterij en omvormer.

Goed om te weten

Het BMS verbruikt zelf tot 37 W. Dat verbruik zit niet in de gangbare rendementscijfers.
Je hebt recht op de gezondheidsgegevens van je batterij. ⏱ Sinds 18 augustus 2024 moet het BMS ze bevatten en moet leestoegang worden gegeven.
De gezondheid in je app is een schatting. De onzekerheid kan enkele procentpunten bedragen, vooral bij LFP.
Een BMS maakt een defecte cel niet veilig. Het kan fabricagefouten in de cel zelf niet wegnemen.

Voor- en nadelen (passief of actief balanceren)

	Voordelen	Nadelen
Passief	Eenvoudig en goedkoop, het meest toegepast	Energie gaat als warmte verloren, werkt enkel tijdens het laden, kleine stromen
Actief	Energie wordt verplaatst in plaats van verbrand, kan ook tijdens ontladen	Duurder, complexer, zelf ook een verbruiker en mogelijke storingsbron

Voor wie het technisch wil weten

Opbouw: een hoofdcontroller en bewakingseenheden per module, verbonden via een bus zoals CAN. Contactors en zekeringen vormen de uitvoerende en beschermende laag.
Laadniveau schatten: de spanning geeft pas na enkele uren rust een nauwkeurige lezing. Het tellen van de stroom verliest nauwkeurigheid zonder regelmatige herijking.
Isolatiebewaking: in systemen van 400 V of 800 V meet het BMS de isolatieweerstand en opent het de hoofdschakelaars bij een fout, zie Laagspanning of hoogspanning.
Gegevens voor de levensduur: het BMS houdt onder meer energiedoorvoer, ladingsdoorvoer, schadelijke gebeurtenissen en equivalente volledige cycli bij, zie Levensduur en garantie.
Internetverbinding: de HTW wijst erop dat bij veel fabrikanten een regelmatige internetverbinding een garantievoorwaarde is.

Veelgestelde vragen

Kan ik de gegevens van mijn BMS uitlezen?

Volgens artikel 14 van de Europese batterijverordening heb je recht op leestoegang tot de gezondheidsgegevens van een stationaire batterij. Hoe dat in de praktijk gebeurt, verschilt per fabrikant. Vraag het na bij je installateur.

Wat doet een BMS precies?

Het bewaakt spanning, temperatuur en stroom van de cellen, beveiligt het laden en ontladen, houdt de cellen in evenwicht en praat met de omvormer. Het maakt een defecte cel niet veilig.

Verbruikt een BMS stroom?

Ja, tot 37 W volgens de HTW Berlin. Het totale stand-by-verbruik van 12 geteste systemen lag tussen 4 en 64 W.

Wat gebeurt er als het BMS uitvalt?

Een ontwerpeis uit de Duitse veiligheidsrichtlijn is dat het systeem dan naar een veilige toestand gaat. Dat is geen automatische garantie voor elk product.

Bronnen bij dit hoofdstuk