Battery Management Systems (BMS)

Entwicklung von Batteriemanagement mit Simulink

Lithium-Ionen-Batteriepakete sind die häufigsten Energiespeichersysteme in Flugzeugen, Elektrofahrzeugen, tragbaren Geräten und sonstigen Vorrichtungen, die eine zuverlässige Stromquelle mit hoher Energiedichte und geringem Gewicht benötigen. Das Batteriemanagementsystem (BMS) sorgt für den sicheren Betrieb, Leistung und die Batterielebensdauer unter verschiedenen Lade-/Entlade- sowie Umgebungsbedingungen. Beim Entwurf eines BMS entwickeln Ingenieure Regler und Überwachungslogiken die Folgendes leisten:

  • Überwachung der Zellenspannung und -temperatur
  • Schätzung des Ladezustands und der Alterung
  • Begrenzung der Eingangsleistung und Ausgangsleistung zum Schutz vor Überhitzung und Überladung
  • Steuerung des Ladeprofils
  • Austarieren des Ladezustands einzelner Zellen
  • Isolation des Batteriepakets gegenüber der elektrischen Last, falls notwendig

Die Modellierungs- und Simulationsfunktionen von Simulink® ermöglichen die Entwicklung von Batteriemanagementsystemen, einschließlich des Entwurfs und der Parametrierung von Ersatzschaltbildern einzelner Zellen elektronischer Schaltungen und Steuerungslogiken, der automatischen Codegenerierung sowie der Verifikation und Validierung. Mit Simulink können Ingenieure die Batteriemanagementsysteme wie folgt entwerfen und simulieren:

  • Modellierung von Batteriepaketen mithilfe elektrischer Netzwerke, deren Topologie die des tatsächlichen Systems widerspiegelt und entsprechend der Anzahl der Zellen skaliert wird
  • Parameterisierung äquivalenter Schaltkreiselemente mithilfe von Testdaten, um die Zellenchemie genau darzustellen
  • Entwurf der Leistungselektronik-Schaltung, die das Paket mit den Reglern und der Überwachungslogik verbindet
  • Entwurf geschlossener Regelkreise für die Überwachungs- und Fehlererkennungslogik
  • Entwurf von Zustandsbeobachtern, um den Ladezustand und der Alterung online zu schätzen

Mit Simulink können Ingenieure das korrekte Verhalten des Batteriemanagementsystems bei unterschiedliche Betriebs- und Fehlersituationen im Modell evaluieren, bevor sie es mithilfe von Hardware testen. Sie können C-Code aus Simulink-Modellen generieren, um Ihre Steuerungs- und Regelungsalgorithmen in einem Rapid Prototyping System oder auf einem Microcontroller zu implementieren. Mit Simulink kann Code aus den Modellen der Batterie und den elektronischen Komponenten generiert werden, mit dem Sie Echtzeitsimulationen für HIL-Tests (Hardware-in-the-Loop) durchführen können, um Ihr BMS zu validieren, bevor Sie es auf ihrer Zielhardware implementieren.




Siehe auch: battery modeling, power electronics control design with Simulink, power electronics simulation, field-oriented control, battery state of charge

Developing Battery Management Systems with Simulink