Batteriemodellierung und Entwicklung von Batteriemanagementsystemen mit Simulink

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Erste Schritte mit einer Batteriezelle

Ziel: Definieren von Fachbegriffen in Zusammenhang mit Batteriekomponenten. Modellieren einer Ladeschaltung, um die IU-Ladung (CCCV) einer Zelle zu simulieren.

• Definieren von Fachbegriffen in Zusammenhang mit Batterien (Zellkapazität, C-Rate, Leerlaufspannung)
• Modellieren einer Batteriecharakteristik mit dem Battery (Table-Based)-Block
• Modellieren einer Lade- und Entladeschaltung mit Simscape™

Charakterisieren einer Zelle

Ziel: Analysieren des Ersatzschaltungsmodells einer Zelle und charakterisieren einer bestimmten Zelle.

• Ersatzschaltungsmodell des Battery-Blocks
• Übersicht über die Parameterschätzung
• Charakterisieren von Zellen

Modellieren eines Batteriesatzes

Ziel: Verbinden charakterisierter Zellen in Reihe, um Batteriesätze zu modellieren. Hinzufügen eines thermischen Umgebungsmodells, um Mehrdomänensimulationen auf Systemebene durchzuführen.

• Modellieren von Batteriemodulen
• Modellieren von Zellalterung und Zellinkonsistenzen
• Modellieren thermischer Effekte in Zellen mit Simscape™
• Modellieren der thermischen Zuverlässigkeit eines Batteriemoduls

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Batteriemanagementsystem

Ziel: Einführung in das Batteriemanagementsystem. Entwickeln einer Überwachungssteuerung für den effizienten und sicheren Betrieb von Batteriesätzen.

• Übersicht über ein Batteriemanagementsystem
• Entwurfsanforderungen und -einschränkungen
• Entwerfen einer IU-Laderegelung (CCCV) einer Zelle mit Stateflow^®
• Entwerfen einer Überwachungssteuerung für das Batteriemanagementsystem mit Stateflow^®
• Erstellen von Testszenarien für das Batteriemanagementsystem mit Simulink Test™

Schätzen des Ladezustands

Ziel: Schätzen des Ladezustands (SoC) einer Zelle und Ausgleichen unterschiedlicher Ladezustände durch passiven Zellenausgleich.

• Schätzen des Ladezustands der Zelle mittels Coulomb-Zählung
• Schätzen des Ladezustands der Zelle mittels erweiterter Kalman-Filter
• Implementieren eines passiven Zellenausgleichs mit Simscape™ und Stateflow^®

Fehlerüberwachung und Berechnung der Stromgrenzen

Ziel: Berechnen der Lade- und Entladestromgrenzen für einen Batteriesatz zur Einhaltung von Entwurfsanforderungen und Detektieren von Fehlern während des Betriebs.

• Detektieren von Fehlern aufgrund von Überspannung/-strom, Kurzschlüssen und Unterspannung/-strom während des Betriebs einer Batterie
• Berechnen der Stromgrenzen für eine Anwendung
• Simulieren von Batteriesatz und Batteriemanagementsystem im geschlossenen Regelkreis

Anhang A: Kalman-Filter und erweiterter Kalman-Filter

Ziel: Verwenden des Kalman-Filter- Blocks und des Extended-Kalman-Filter-Blocks aus der Control System Toolbox™-Bibliothek, um eine Zustandsschätzung durchzuführen.

• Schätzen des Zustands diskreter oder kontinuierlicher linearer Systeme mittels Kalman-Filter
• Schätzen des Zustands diskreter oder kontinuierlicher linearer Systeme mittels erweitertem Kalman-Filter