DS5481 Battery Cell Voltage Emulation Board

High-End-Board für die Simulation von Hochspannungsbatterien auf Zellebene für Systemspannungen von bis zu 1.500 V

Für HIL-Tests modernster Batteriemanagementsysteme (BMS) auf Spannungsebene bietet dSPACE das hochpräzise zweikanalige DS5481 Battery Cell Voltage Emulation Board. Das Board ermöglicht die Simulation von Hochspannungsbatterien auf Zellebene und erfüllt sowohl aktuelle als auch zukünftige Anforderungen an BMS-Tests.

Anwendungsbereiche

Der Test von Batteriemanagementsystemen (BMS) erfordert die präzise Emulation der Spannungshöhe jeder einzelnen Zelle eines Batteriepacks.

Zum Testen von BMS, die sowohl in der Elektromobilität als auch in stationären Anwendungen zum Einsatz kommen, werden die hochpräzisen zweikanaligen DS5481 Battery Cell Voltage Emulation Boards in ein SCALEXIO-Hardware-in-the-Loop (HIL)-System eingebaut und von einer dynamischen Batteriesimulation gesteuert, die auf dem HIL-System ausgeführt wird. Diese Testsysteme sind ideal für den Test von BMS mit Systemspannungen von bis zu 1.500 V, die hohe Anforderungen hinsichtlich Ausgleichsströmen und Präzision stellen.

Vorteile

Das DS5481 Battery Cell Voltage Emulation Board emuliert eine regelbare, hochgenaue Klemmenspannung für einzelne Batteriezellen. Mit der Unterstützung von Ausgleichsströmen von bis zu 20 A und einer integrierten hochpräzisen Strommessung und Coulomb-Zählfunktion ist das DS5481 speziell für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Leistung und Präzision konzipiert. Dank der schnellen und latenzarmen IOCNET-Verbindung können die Zellspannungen des DS5481 mit einer Rate von bis zu 20 kHz auf Basis einer Prozessoranwendung und bis zu 200 kHz auf Basis einer FPGA-Anwendung aktualisiert werden. Je nach Batterietyp und Testfokus können mehrere Boards in einem HIL-System kombiniert werden.

Parameter Specification1)
Hardware structure
  • 2 cells per board
  • 32 cells per 19" 3-U module
Output voltage
  • -6 ... 6 V
Resolution
  • 10 µV
Precision (for 0 ... 6 V output voltage, across the working temperature range)
  • ±0.3 mV
Working temperature (environment)
  • 5 ... 40 °C (41 ... 104 °F)
Maximum current (sink/source)
  • 20 A (peak)
  • 5 A (continuous)
Isolation
  • 60 V between the cells of a module
  • 1,500 V between the cells and the environment
Connection
  • IOCNET interface to the SCALEXIO real-time system
Maximum update rate for all cells
  • 20 kHz (processor)
  • 200 kHz (FPGA)
Failure simulation
  • Broken wire between ECU and battery
  • Short circuits between cells
  • High-frequency ripple voltages

1) Preliminary data. For technical specifications, please contact dSPACE.

Aufbau der Zellenemulation

Die Zellspannungsemulation eines gesamten Batteriepacks wird mit mehreren DS5481 Boards durchgeführt. Die Anzahl dieser regelbaren Pufferverstärker ist so konfiguriert, dass sie dem Batterietyp entspricht. Die Boards liefern eine durchgängig einstellbare Spannung im Bereich von -6 bis +6 V. Durch diesen relativ großen Bereich können auch beschädigte Zellen oder eine falsche Polung emuliert werden. Eine höhere als die nominale Spannung emuliert beispielsweise einen erhöhten Innenwiderstand der Zelle beim Ladevorgang.

Die Spannung wird mit einer Genauigkeit von ±0,3 mV über den gesamten Betriebstemperaturbereich ausgegeben. Die Spannung ist galvanisch getrennt, so dass die Module bis zu einer maximalen Systemspannung von 1.500 V in Reihe geschaltet werden können. Dank der schnellen und latenzarmen IOCNET-Verbindung zum SCALEXIO-Echtzeitsystem dauert die Aktualisierung der Spannungen aller Zellen weniger als 50 µs für prozessorbasierte und weniger als 5 µs für FPGA-basierte Anwendungen.

Der Maximalstrom, der angelegt oder gesenkt werden kann, beträgt 5 A (Dauerstrom) oder bis zu 20 A (Spitzenstrom), was das Testen passiver und anspruchsvoller aktiver Cell-Balancing-Strategien möglich macht.

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