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dSPACE

Unter der Bezeichnung „Toolbox Speichersysteme“ entstand am Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH ein Simulationsmodell, das mit einer grafischen Benutzeroberfläche von dSPACE kombiniert wurde. Auf dieser Basis lassen sich das elektrische und das thermische Verhalten verschiedener Batterien, Superkondensatoren und weiteren elektrischen Energiespeichern in Abhängigkeit von ihrer Bauform und Kühlung realitätsnah und komfortabel simulieren.

Simulation von Lithium-Ionen-Batterien

Mit Blick auf die im Bereich der Elektromobilität immer wichtiger werdende Lithium-Ionen-Batterietechnik bietet die Simulationsumgebung den Entwicklern diverse Einstellmöglichkeiten rund um die Batterietechnologie, die geometrische Form der Batterie, die Anzahl und Anordnung ihrer Speicherzellen, beliebige Verschaltungstopologien oder die Kühlperipherie. Das Simulationsmodell berechnet daraus das thermische und elektrische Verhalten einer definierten Batterie auf der Zell- sowie auf der Gesamtsystemebene in Echtzeit und stellt thermische Effekte mit hoher Ortsauflösung dar. So lassen sich beispielsweise Kühlstrategien untersuchen und mögliche Überhitzungszonen (Hotspots) identifizieren, die sich beim Betrieb des Batteriesystems ergeben würden.

Integriert in die dSPACE-Werkzeugkette

Die neu geschaffene Simulationsumgebung ist in die Werkzeugkette von dSPACE integriert, so dass Batteriesimulationen offline auf einer PC-Plattform erfolgen oder zum Echtzeittest eines BMS-Steuergeräts auf einem HIL-Simulator ausgeführt werden können. Dabei werden elementare Methoden, wie die Automatisierung und das Datenmanagement unterstützt. So ist ein durchgängiger Entwicklungsprozess von der Batteriesystemauslegung bis zum Steuergeräte-Test gewährleistet. „Toolbox Speichersysteme“ konnte bereits im Rahmen eines Industrieprojektes validiert werden und steht nun als erprobte Lösung für den Einsatz in Entwicklungsprojekten zur Verfügung.

Modellbasierter Entwicklungsprozess

Das von der Europäischen Union und vom Land Nordrhein-Westfalen geförderte Forschungsprojekt zielt auf den modellbasierten Entwicklungsprozess von Energiespeichern und Batteriemanagementsystemen (BMS) ab. Ein solcher Prozess findet beispielsweise im Automobilbereich bei elektrischen Antriebssystemen oder elektrifizierten Antriebssträngen Verwendung. „Toolbox Speichersysteme“ unterstützt den vollständigen Prozess von der virtuellen Auslegung einer Batterie über die Simulation im Gesamtfahrzeug bis hin zum Test des BMS-Steuergeräts. Dabei besteht die Möglichkeit, das Modell alleine durch Parametrierung grundlegend zu konfigurieren. Beispielsweise lassen sich Batterietopologie, Batteriebauform und elektrische Eigenschaften sowie der Detailierungsgrad durch Parameter definieren und unmittelbar in der Simulation anwenden. Neben Traktionsanwendungen ergeben sich weitere Einsatzfelder im Bereich der Energieversorgung sowie in der Industrie- und Haustechnik.