ETAS und Maplesoft Test und Kalibrierung von Batteriemanagementsystemen

MapleSim-Batteriesimulationsmodelle ergänzen die Batteriezellen-Simulations-Hardware BCS-Labcar von ETAS.
MapleSim-Batteriesimulationsmodelle ergänzen die Batteriezellen-Simulations-Hardware BCS-Labcar von ETAS.

ETAS und Maplesoft haben ein neues Batteriezellen-Simulatorpaket für Hardware-in-the-Loop-Tests vorgestellt. Die für Test und Kalibrierung von Batteriemanagementsystemen prädestinierte Lösung baut auf Maplesofts MapleSim-Batteriemodell und dem Batteriezellen-Simulator BCS-Labcar von ETAS auf.

Anbieter von Batteriemanagementsystemen (BMS) stehen bei Test, Validierung und Kalibrierung vor einer Reihe von Herausforderungen. Die Entwicklungszyklen werden immer kürzer und die Budgets für reale Prototypen sind beschränkt. Hochdetaillierte Batteriemodelle sind rechenaufwendig und daher nur schwer in Echtzeit auszuführen. Die Parametrierung verlangt viel Zeit und ein umfassendes Verständnis der Batteriezellen. Neben diesen Herausforderungen bietet die Hardware des Testsystems oft nicht die erforderliche Genauigkeit bei der Signalmessung, den Strombereich zum Lastausgleich oder die Dynamik zur Emulation der Zellen, um die Ergebnisse des hochdetaillierten Batteriemodells genau zu reproduzieren. Die Kombination aus ETAS-Hardware und Maplesoft-Anlagenmodell geht diese Probleme an.

Der BCS-Labcar ist ein Hardware-in-the-Loop-System, speziell für Test, Validierung und Kalibrierung von Batteriemanagementsystemen auf der Signalebene. Mit dem Batteriezellen-Simulator lassen sich das Verhalten einzelner Zellen und ganzer Batteriepacks unter einer Vielzahl schwieriger Betriebsbedingungen wie Ladungsausgleich, Überladung, Tiefentladung oder Impulsbetrieb emulieren. Das System ist hochmodular und daher skalierbar, um einzelne Zellen und Batteriepacks mit bis zu 200 Zellen zu emulieren. Das System umfasst außerdem ein Echtzeit-Simulationstarget (Labcar-RTPC), mit dem sich Batteriemodelle von Drittanbietern – zum Beispiel das MapleSim-Batteriemodell – leicht integrieren und in Echtzeit ausführen lassen.

Der BCS-Labcar-Controller ermöglicht die aktive Kompensation beliebiger Temperaturschwankungen und steuert die Spannung am elektrischen Anschlusspunkt des BMS mit einer Genauigkeit von +/  500 µV in einem Bereich von 0,01 bis 8,01 V pro Zelle. So ist die gleiche Präzision im gesamten Temperaturbereich gewährleistet – eine Grundbedingung für realistische und reproduzierbare Tests.

Das MapleSim-Batteriemodell kann mit Hilfe der entsprechenden Batterie-Bibliothek aus einer Vielzahl verschiedener Zellenkonfigurationen und Technologien erzeugt werden. Die Komponenten der Bibliothek sind nach einer einzigartigen Methode zur rigorosen Diskretisierung entwickelt worden. Sie bilden die elektrochemischen Reaktionen in der Zelle nach, um zahlreiche Einzelheiten zu erfassen, die in anderen Modellen – gewöhnlich auf der Grundlage einer Ersatzschaltung – nicht verfügbar sind. Alle wichtigen Technologien (Li-Ionen- und NiMH-Varianten) werden abgedeckt und lassen sich anhand der Testdaten direkt kalibrieren, wobei das mitgelieferte Werkzeug zur Parameterabschätzung für eine noch höhere Genauigkeit sorgt. Dynamische Einflüsse, einschließlich Ladungserholung, Spannungsprofil und Ladezustand, werden mit höchstmöglicher Genauigkeit erfasst, wobei die Ausführungsgeschwindigkeit den Einsatz in Echtzeit erlaubt. Für thermische Studien berechnet das Modell außerdem den Energieverlust während der Lade/Entladezyklen. Dieser Verlust kann in das übrige System übernommen werden.

Nach der Konfigurierung in MapleSim kann das Zellen- oder Batteriemodell als optimierter Code exportiert und für HIL-Tests direkt in die Echtzeitplattform integriert werden. In diesem Beispiel wurde der Code nach dem neusten FMI-Standard erstellt, der jetzt auch von der Labcar-RTPC-Plattform unterstützt wird.