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Batterie-Management-System simulieren

Aufgabe

Das Batterie-Management-System (BMS) überwacht den elektrischen und thermischen Zustand der Batterien in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen. Gemäß den Fahreranforderungen und Umfeldeinflüssen steuert das BMS jede Batterie und deren Zellen, um die notwendige Energie bereitzustellen und optimale Bedienungsbedingungen für gute Leistung und lange Batterielebensdauer zu gewährleisten.

Herausforderung

Batterien für Elektrofahrzeuge haben extrem hohe Spannungen und Ströme, daher ist das BMS sicherheitskritisch. Um die Sicherheit während der HIL-Simulation zu gewährleisten, muss die Gesamtspannung niedriger skaliert werden. Elektrische Fehlersimulation ist auch dazu notwendig, um sicherzustellen, dass das BMS unter allen Umständen richtig reagiert. Typische Fehlertests:

  • Kabelbruch
  • Kurzschluss
  • Wackelkontakt

Lösung

Die typische HIL-Simulation für den Test von Batterie-Management-Systemen umfasst ein Prozessorboard, HIL-I/O-Boards für I/O-Schnittstellen, ein Board für CAN-Schnittstellen und eine FIU (Failure Insertion Unit) zum Testen elektrischer Fehler. Restbussimulation kommt zur Simulation nicht verfügbarer Zellstacks zum Einsatz. dSPACE bietet spezielle Hardware und Software für den Test von Batterie-Management-Systemen, zum Beispiel das Battery Cell Voltage Emulation Board zur Simulation von Hochspannungsbatterien auf Zellebene und die ASM Multi Cell Models. Das Testsystem kann die elektrischen und thermischen Eigenschaften einer Batterie bis auf Zellebene darstellen.

Andere Komponenten sind hochpräzise Spannungsquellen von 0 bis 6 V, die die Last des Stroms beim sogenannten Cell Balancing liefern. Typische Anforderungen für die Simulation von Zellspannungen sind eine Genauigkeit von ca. 2 mV sowie eine Stromstärke von bis zu einigen hundert mA. Die Spannungsquellen sind galvanisch getrennt und können in Reihe geschaltet werden, um Zellmodule zu bilden. So lässt sich die Spannung der gesamten Batterie simulieren. Fehler wie eine Unterbrechung im Messkabel oder des Zellverbinders (galvanische Trennung des Zellstacks) können simuliert werden. Die Spannungsquellen und das Prozessorboard werden über eine LVDS-Schnittstelle verbunden. Möglich sind dabei Entfernungen von bis zu 5 m mit Hilfe eines Kupferkabels und bis zu 100 m mit einem optischen Kabel. Alle Zellspannungen in einer Batterie können in weniger als 1 ms angepasst werden.

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