Batterie-Management Simulierte Lithium-Ionen-Akkus

Als Energiespeicher für elektrische Antriebe in Elektro- oder Hybridfahrzeugen setzen die OEMs mittelfristig auf Lithium-Ionen-Akkus. Bei der Entwicklung des Batterie-Managements bringt die Simulation der Akkus deutliche Vorteile mit sich.

Die einzelnen Zellen eines Li-Ion-Akkus müssen – um einen reibungsfreien und sicheren Betrieb zu gewährleisten – regelmäßig überwacht werden. Dies ist die Aufgabe des Batterie-Management-Systems, das dafür sorgt, dass die einzelnen Zellen weder überladen noch zu stark entladen werden. Im Bedarfsfall ist dieses Steuergerät auch für einen Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen verantwortlich.

Da Li-Ion-Zellen über eine fertigungsbedingte Streuung verschiedener Parameter, etwa Kapazität und Leckströme, verfügen und ein Batterie-System z.T. aus tausenden von Einzelzellen besteht, ist eine Worst-Case-Abschätzung mittels realer Li-Ion-Zellen nur schwer möglich. Abhilfe schaffen kann hier ein HiL-Simulator (Hardware-in-the-Loop) für Batterie-Management-Systeme, der Li-Ion-Zellen simuliert. Der Nova-Sim4Hybrid von Micro-Nova kann sowohl einzelne Zellen als auch komplette Zellenstapel simulieren. Zudem kann er durch HiL-Prüfstände zur Simulation von Elektromotoren ergänzt werden. Neben dem normalen Verhalten von Zellen und Stapeln können mit NovaSim4Hybrid auch Fertigungstoleranzen oder dynamische Vorgänge, z.B. Spannungseinbrüche, dargestellt werden. So lassen sich die verschiedenen Funktionen und Algorithmen des Batterie-Management-Systems unter Einbeziehung aller möglichen Akku-Toleranzen entwickeln.

Die Akku-Zellen werden dabei vom Prüfstand von galvanisch getrennten Netzteilen nachgebildet, die je nach Bedarf in Reihe geschaltet sind. Je nach Genauigkeitsanforderung ist eine regelmäßige Neu-Kalibrierung der Netzteile nötig.