Batteriemanagement-System

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 Batteriemanagement-System (BMS) sorgt für den sicheren Betrieb, die 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 erforderlich

Die Modellierungs- und Simulationsfunktionen in Simulink® ermöglichen die Entwicklung von Batteriemanagement-Systemen. Dies beinhaltet den Entwurf und die Parametrierung von Ersatzschaltbildern einzelner Zellen, den Entwurf von  elektronischen Schaltungen und Steuerungslogiken, die automatische Codegenerierung sowie die Verifikation und Validierung.

Mit Simulink können Ingenieure Batteriemanagement-Systeme wie folgt entwerfen und simulieren:

  • Modellierung von Batterie-Packs 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 Schaltung für die Leistungselektronik, die das Batterie-Pack mit den Reglern und der Überwachungslogik verbindet
  • Entwurf geschlossener Regelkreise für die Logik zur Überwachung und Fehlererkennung
  • Entwurf von Zustandsbeobachtern, um die Ladezustand und die Alterung online zu schätzen

Mit Simulink können Ingenieure das korrekte Verhalten des Batteriemanagement-Systeme bei unterschiedliche Betriebs- und Fehlersituationen im Modell evaluieren, bevor das BMS auf Hardware getestet wird. Dazu lässt sich aus den Simulink-Modellen C-Code generieren, um die Steuerungs- und Regelungsalgorithmen in einem Rapid Prototyping System oder auf einem Microcontroller zu implementieren. Weiterhin kann auch aus den Simulink-Modellen der Batterie und der elektronischen Komponenten C-Code generiert werden, mit dem Echtzeitsimulationen für HIL-Tests (Hardware-in-the-Loop) durchgeführt werden können, um das BMS zu validieren, bevor es auf der Zielhardware implementiert wird.

Entwicklung von Batteriemanagement-Systemen in Simulink

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