Hochspannungsenergiespeicher

Batterien für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge sowie für stationäre Speicher für die Netzstabilisierung bestehen üblicherweise aus Lithium-Ionen-Zellen mit einer nominalen Spannung von etwa 3,6 bis 4,2 V. Durch Reihenschaltung erhöhen sich die Spannungen auf über 800 V. Dabei beeinflusst eine einzelne fehlerhafte Zelle das Verhalten der gesamten Batterie. Für die Regelung dieser Hochleistungsbatterien ist ein Batteriemanagementsystem (BMS) erforderlich. Wesentliche Aufgabe des BMS ist es, die einzelnen Zellen vor Überladung, Tiefentladung und Überhitzung zu schützen. Hierzu muss unter anderem ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen durchgeführt werden (Cell-Balancing), um einen stets gleichen Ladezustand aller Zellen zu gewährleisten. Zusätzlich muss das BMS die aktuelle Kapazität der Batterie abschätzen.

Für die Entwicklung der Regelalgorithmen ergeben sich neben höchsten Anforderungen an die Echtzeitleistung des RCP-Systems auch spezielle Anforderungen an die Vermessung der Zellspannungen und die Aktivierung des Ladungsausgleiches. Die geforderten Genauigkeiten von 2 mV für die Spannungsmessung und 1 ms für die Update-Rate erreichen die RCP-Systemen von dSPACE dabei für bis zu 300 Zellen problemlos.

HiL: Hardware-in-the-Loop-Simulator zum Testen eines Batteriemanagementsystems. dSPACE

Hardware-in-the-Loop-Simulator zum Testen eines Batteriemanagementsystems. dSPACE

Umfassende Tests eines solchen Systems sind wegen der sicherheitskritischen Einstufung unerlässlich. Zur HiL-Simulation im Closed-Loop-Betrieb sind hierbei sowohl ein echtzeitfähiges Batteriesimulationsmodell als auch ein Zellspannungsemulator zur Ausgabe der analogen Klemmenspannung erforderlich. dSPACE stellt beides in Form des Multizellenmodells der Automotive Simulation Models (ASM) und des Batteriespannungsemulators EV1077 zur Verfügung.

Elektrischer Traktionsantrieb

Ein elektrisches Fahrzeug definiert sich im Wesentlichen durch eine Batterie und den elektrischen Antriebsstrang, dessen Hauptkomponenten die Leistungselektronik und der elektrische Motor sind. An diese Komponenten werden höchste Anforderung in Bezug auf Effizienz, Zuverlässigkeit und Performance gestellt. Das Thema elektrische Antriebstechnik ist für dSPACE nicht neu, denn bereits seit über 20 Jahren vertrauen Kunden aus anderen Branchen wie Bahntechnik und Industrie auf die Lösungen aus Paderborn. Wo die Ingenieure zur Regelung von elektrischen Antrieben hauptsächlich Strommessung, Drehgeberauswertung und PWM-Generierung fordern, liefert dSPACE bei der Simulation von elektrischen Antrieben komplette Testsysteme schlüsselfertig – und zwar unabhängig davon, ob der Antrieb auf mechanischer Ebene mit Lastmaschinen, mit elektrischer Leistungsebene mit hochdynamischen elektronische Lasten oder für Software-Tests auf Signalebene kontaktiert werden soll. Hohe Spannung und hohe Schaltfrequenzen stellen somit kein Problem dar.

Zum Beispiel erreichen die neusten elektronischen Lasten von dSPACE durch Parallelschaltung bei einer Spannung von 600 V mehrere hundert Kilowatt. So lassen sich zum Beispiel komplette Traktionsantriebe mit höchster Güte emulieren, wodurch sich in Kombination mit Echtzeitfahrzeugmodellen eine komplette HiL-Testumgebung darstellen lässt. Diese echtzeitoptimierten Simulationsmodelle sowie die notwendigen I/O-Schnittstellen für die freiprogrammierbaren FPGA- und Prozessorplattformen stehen für viele Anwendungen fertig zur Verfügung, wobei auch beliebige Erweiterungen auf Kundenwunsch möglich sind.

Wie lassen sich Elektrofahrzeuge in das Stromnetz integrieren?

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