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dSPACE und RWTH Aachen ermöglichen virtuelle Batterieentwicklung

Auslegung, Simulation und Test von elektrischen Energiespeichern

Die Simulationsumgebung „Toolbox Speichersysteme“ lässt sich mit einer grafischen Benutzeroberfläche komfortabel für vielfältige Batteriesimulations­aufgaben nutzen.

  • Entwicklungsumgebung zur elektrischen und thermischen Simulation ver­schiedener Speichertechnologien
  • Emulation von Speicher-Packs bestehend aus Hunderten von Zellen in Echt­zeit mit hoher örtlicher Auflösung des Temperaturverhaltens
  • Vereinfachung des Batterieentwurfsprozesses durch Virtualisierung von der Systemauslegung bis zum Batteriemanagement

Paderborn, 23.09.2015:
In einem Kooperationsprojekt haben dSPACE und die RWTH Aachen eine neue Simulationsumgebung für elektrische Energiespeicher entwickelt, die ein besonders breites Spektrum physikalischer Batterieeigen­schaften unterstützt. 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 können das elektrische und das thermische Verhalten von verschiedenen Batterien, Superkondensatoren und weiteren elektrischen Energiespeichern in Abhängigkeit von ihrer Bauform und Kühlung realitätsnah und komfortabel simuliert werden.

Mit Blick auf die im Bereich der Elektromobilität immer wichtiger werdende Lithium-Ionen-Batterietechnik bietet die Simulationsumgebung den Entwicklern vielfältige Einstellmöglichkeiten. Diese umfassen Aspekte wie 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 können beispielsweise Kühlstrategien untersucht und mögliche Überhitzungszonen (Hotspots) identifiziert werden, die sich beim Betrieb des Batteriesystems ergeben würden.

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-Steuergerätes auf einem Hardware-in-the-Loop (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.

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-Steuergerätes. Dabei kann das Modell alleine durch Parametrierung grundlegend konfiguriert werden. 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.

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