Projekt »Toolbox Speichersysteme« dSpace und RWTH Aachen ermöglichen virtuelle Batterieentwicklung

Die Simulationsumgebung „Toolbox Speichersysteme“ lässt sich mit einer grafischen Benutzeroberfläche komfortabel für vielfältige Batteriesimulationsaufgaben nutzen.
Die Simulationsumgebung »Toolbox Speichersysteme« lässt sich mit einer grafischen Benutzeroberfläche komfortabel für vielfältige Batteriesimulationsaufgaben nutzen.

In einem Kooperationsprojekt haben dSpace und die RWTH Aachen eine neue Simulationsumgebung für elektrische Energiespeicher entwickelt, die ein breites Spektrum physikalischer Batterieeigenschaften unterstützt.

Unter der Bezeichnung »Toolbox Speichersysteme« entstand am Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH ein Simulationsmodell, das mit einer grafischen Benutzeroberfläche von dSpace kombiniert wurde. Auf dieser Basis können das elektrische und das thermische Verhalten von verschiedenen Batterien, Superkondensatoren und weiteren elektrischen Energiespeichern in Abhängigkeit von ihrer Bauform und Kühlung realitätsnah und komfortabel simuliert werden.

Mit Blick auf die im Bereich der Elektromobilität immer wichtiger werdende Lithium-Ionen-Batterietechnik bietet die Simulationsumgebung den Entwicklern vielfältige Einstellmöglichkeiten. Diese umfassen Aspekte wie die Batterie­technologie, die geometrische Form der Batterie, die Anzahl und Anordnung ihrer Speicherzellen, beliebige Verschaltungstopologien oder die Kühlperipherie. Das Simulationsmodell berechnet daraus das thermische und elektrische Ver­halten einer definierten Batterie auf der Zell- sowie auf der Gesamtsystemebene in Echtzeit und stellt thermische Effekte mit hoher Ortsauflösung dar. So können beispielsweise Kühlstrategien untersucht und mögliche Hotspots identifiziert werden, die sich beim Betrieb des Batteriesystems ergeben würden.

Die neu geschaffene Simulationsumgebung ist in die Werkzeugkette von dSpace integriert, so dass Batteriesimulationen offline auf einer PC-Plattform erfolgen oder zum Echtzeittest eines BMS-Steuergerätes auf einem Hardware-in-the-Loop (HiL)-Simulator ausgeführt werden können. Dabei werden elemen­tare Methoden, wie die Automatisierung und das Datenmanagement unterstützt. So ist ein durchgängiger Entwicklungsprozess von der Batteriesystemauslegung bis zum Steuergeräte-Test gewährleistet. »Toolbox Speichersysteme« konnte bereits im Rahmen eines Industrieprojektes validiert werden und steht nun als erprobte Lösung für den Einsatz in Entwicklungsprojekten zur Verfügung.

Das von der Europäischen Union und vom Land Nordrhein-Westfalen geförderte Forschungsprojekt zielt auf den modellbasierten Entwicklungsprozess von Energiespeichern und Batteriemanagementsystemen (BMS) ab. Toolbox Speichersysteme unterstützt den vollständigen Prozess von der virtuellen Aus­legung einer Batterie über die Simulation im Gesamtfahrzeug bis hin zum Test des BMS-Steuergerätes. Dabei kann das Modell alleine durch Parametrierung grundlegend konfiguriert werden. Beispielsweise lassen sich Batterietopologie, Batteriebauform und elektrische Eigenschaften sowie der Detailierungsgrad durch Parameter definieren und unmittelbar in der Simulation anwenden.