Immer volle Spannung HiL-Prüfstand zum Test von Batterie- Management-Systemen

Aufgabe eines Batterie-Management-Systems (BMS) ist es, die Hochvoltbatterie stets im optimalen Bereich zu betreiben. Um das BMS an einem HiL-Prüfstand zu testen, benötigt man wiederum ein skalierbares, echtzeitfähiges Zellenmodell sowie eine Emulationseinheit zur Ausgabe der Zellklemmenspannung. Diese Tests sind wegen der sicherheitskritischen Einstufung unerlässlich.

Für den HiL-Test von Batterie-Management-Systemen ist die Simulation von Hochvoltbatterien auf Zellebene erforderlich. Die Firma dSpace stellt dafür ein skalierbares, echtzeitfähiges Zellenmodell und eine hochgenaue Emulationseinheit zur Ausgabe der Zellklemmenspannung zur Verfügung. Beide ermöglichen den Aufbau eines HiL-Simulators, um BMS automatisiert und reproduzierbar zu testen. Batterien für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge bestehen üblicherweise aus Lithium-Ionen-Zellen mit einer nominalen Spannung von etwa 3,6 bis 4,2 V. Durch Reihenschaltung werden Spannungen über 600 V erreicht. Dabei beeinflusst eine einzelne fehlerhafte Zelle das Verhalten der gesamten Batterie. Wesentliche Aufgabe des Batterie-Management-Systems ist es daher, die einzelnen Zellen vor Überladung, Tiefentladung und Überhitzung zu schützen. Hierzu muss u.a. ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen durchgeführt werden (Cell Balancing), um einen stets gleichen Ladezustand aller Zellen zu gewährleisten. Zusätzlich muss das BMS die aktuelle Kapazität der Batterie abschätzen.

Gezielte Entladung einzelner Zellen

Ein BMS gliedert sich in das eigentliche BMS-Steuergerät und die Zellmodule (ZM). Beide sind über einen galvanisch isolierten CAN-Bus miteinander verbunden. Ein ZM ist jeweils einem Zellstapel zugeordnet. Das ZM ist sowohl für die Messung der Zellspannungen als auch die gezielte Entladung einzelner Zellen zuständig. Dazu gibt es im ZM für jede Zelle einen Transistor, der im eingeschalteten Zustand die Zelle über einen Widerstand entlädt. Das übergeordnete BMS-Steuergerät sorgt dafür, dass immer die Zellen entladen werden, die eine höhere Spannung haben als die übrigen Zellen. Dieser Mechanismus hält alle Zellen der Batterie auf demselben Ladungs-Niveau.