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HIL-Tests für Batteriemanagementsysteme

Emulieren von Batteriezellenspannung

Anwendungsbereiche


  • Fahrzeugtraktionsbatterie
  • Stationäre Speichersysteme
  • HIL-Test für Batteriemanagementsysteme (BMS)
  • Simulation von Hochspannungsbatterien auf Zellenebene
  • Simulation von Multizellenbatterien in Echtzeit
  • Fehlersimulation für Batteriemanagementsysteme
  • Blei-Säure (Pb), Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metallhydrid (NiMH) und Lithium-Ionen (Li-Ion)-Batterien

Leistungsmerkmale


  • Skalierbares kompaktes System, unterstützt bis zu 32 Zellen in 19-Zoll-Einschub mit 3 U
  • Emulationsbereich von 0 bis 6 V
  • Genauigkeit von ±1,5 mV über den gesamten Betriebstemperaturbereich hinweg
  • Kurze Aktualisierungsrate von über 1 kHz
  • Temperatursimulation durch isolierte analoge Ausgänge und ein ausgereiftes Simulationsmodell
  • Effiziente Berechnung einer großen Anzahl von Zellen
  • Sicherheitsfach für Steuergerät
  • 1 A Strom pro Kanal, Parallelbetrieb möglich

Die Hauptaufgabe eines BMS ist das Ausgleichen von Spannungen jeder Zelle einer Multizellenbatterie. Darüber hinaus überwacht es kontinuierlich die Temperatur der Batterie. Für realistische Test des BMS muss mindestens ein Zellmodul in das HIL-System integriert werden. Die Zellenmodule messen die Zellenspannungen und ermöglichen die Verbindung zwischen dem Steuergerät und der Batterie. Die Hauptaufgabe des HIL-Simulators ist die hochpräzise Ausgabe der Zellenspannungen und -temperaturen.


Das EV1077 bietet konstant einstellbare Spannungen im Bereich von 0 bis 6 V. In diesem Bereich lassen sich auch beschädigte Zellen emulieren. Eine höhere als die nominale Spannung emuliert beispielsweise einen erhöhten Innenwiderstand der Zelle beim Ladevorgang. Abhängig von Batterietyp und Testfokus werden mehrere EV1077 Battery Cell Voltage Emulation Boards im HIL-System kombiniert. Für jedes EV1077 Board wird ein EV1082 Controller Board benötigt, das die Boards für die Zellenemulierung steuert und mit dem Echtzeitsystem kommuniziert. Da ein EV1077 vier Batteriezellen emulieren kann, steuert ein Controller Board bis zu 128 Zellen.


Alle stromführende Teile des Testsystems sind galvanisch getrennt, so dass Sie die Module in Reihe bis Spannungen von 1.000 V schalten können. Im Zuge der Sicherheitsanforderungen verhindert ein Sicherheitsfach den zufälligen Kontakt mit dem Steuergerät und somit Schäden durch hohe Ströme.

Um Hochspannungsbatterien zu simulieren, muss ein echtzeitfähiges Simulationsmodell für jede Zelle jederzeit plausible Spannungs- und Temperaturwerte liefern. So können die Algorithmen für Balancing und thermische Überwachung im BMS realistisch getestet werden. Da die Batterien aus einer Reihe an Batteriezellen bestehen, sind die Anforderungen an die Berechnung durchaus anspruchsvoll. Um die Prozessorlast zu reduzieren, verbindet das dSPACE ASM Multi Cell Model (Teil der ASM Electric Components) einzelne formgleiche Zellen, um eine zusammenhängende Zellreihe zu bilden. Diese besteht aus einem Referenzzellenmodell, das das grundsätzliche Verhalten des verwendeten Zellentyps beschreibt, und einem Delta-Modell, in dem die Abweichung der Zellenspannung einzelner Zellen von der Referenzspannung berechnet wird. Dieser Ansatz reduziert die notwendige Rechenleistung, da die Komplexität des Modells unabhängig von der Zellenanzahl ist. Um die hohen Anforderungen auch an den Batterieentwurf zu erfüllen, stehen neue, noch detailliertere Modelle zur Verfügung.

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