DE102014118409A1 - Method and apparatus for simulating a battery system - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Nachbilden eines Batteriesystems, wobei eine hardwareseitige Batteriezelle mit einer hardwareseitigen steuer- und regelbaren elektrischen Energiequelle und/oder -senke elektrisch verbunden wird und eine software- und/oder hardwareseitige Simulation des Batteriesystems durchgeführt wird, und wobei Batterieparameter in situ an der zumindest einen hardwareseitigen Batteriezelle gemessen werden. Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens offenbart.Disclosed is a method for simulating a battery system in which a hardware-side battery cell is electrically connected to a hardware-controllable electrical power source and / or sink and a software and / or hardware-side simulation of the battery system is performed, and battery parameters in situ the at least one hardware-side battery cell are measured. Furthermore, an apparatus for carrying out the method is disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachbilden eines Batteriesystems nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. The invention relates to a method for simulating a battery system according to the preamble of patent claim 1, as well as a device according to the preamble of patent claim 6.

In vielen technischen Bereichen geht der Trend zunehmend in Richtung elektrischer und hybrider Antriebe. Beiden gemein ist der elektrochemische Speicher, der beispielsweise in Form einer Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Batterie ausgeführt sein kann. Bei der Auslegung und Entwicklung von Prototypen nimmt daher die Batterie einen hohen Stellenwert ein. Der Aufbau und die versuchstechnische Erprobung von leistungsfähigen Batterien sind jedoch kostenintensiv und bringen ein hohes Gefahrenpotential mit sich. Daher sind im Vorfeld durchgeführte Simulationen zur Auslegung von Batteriesystemen sinnvoll. In many technical areas, the trend is increasingly towards electric and hybrid drives. Common to both is the electrochemical storage, which may be embodied for example in the form of a lithium-ion or lithium-polymer battery. Therefore, in the design and development of prototypes, the battery takes a high priority. However, the design and the experimental testing of powerful batteries are costly and involve a high risk potential. Therefore, previously performed simulations for the design of battery systems make sense.

Die DE 10 2010 062 838 A1 zeigt unter anderem ein Verfahren zur Echtzeit-Simulation einer Batterie, welche mehrere verbundene Einzelzellen umfasst. Insbesondere wird die Simulation der Batterie zu Testzwecken eines Steuergeräts genutzt. Die Batterie wird durch ein Batteriegesamtmodell beschrieben, bei dem die Klemmspannungen der einzelnen Batteriezellen nachgebildet werden. Das Batteriegesamtmodell umfasst ein Simulationsmodell für eine Referenzzelle und ein weiteres Simulationsmodell, welches die Abweichungen der Klemmspannung relativ zu der Referenzzelle berechnet. Damit die Klemmspannung berechnet werden kann, müssen verschiedene Batterieparameter bekannt sein wie beispielsweise Kapazität oder ohmscher Innenwiderstand, die jedoch von verschiedenen Faktoren abhängig sind. Diese Batterieparameter werden aus Datenblättern entnommen oder individuell gemessen. Die in den Datenblättern angegebenen Batterieparameter geben jedoch nur grob das benötigte Eigenschaftenspektrum der Batteriezelle wieder. Durch individuelle Messreihen ist es möglich die benötigten Daten vor einer Simulation zu erhalten, jedoch muss im Vorfeld klar sein, unter welchen Bedingungen die Messungen durchgeführt werden sollen. The DE 10 2010 062 838 A1 shows, inter alia, a method for real-time simulation of a battery comprising a plurality of interconnected single cells. In particular, the simulation of the battery is used for test purposes of a control device. The battery is described by a total battery model in which the clamping voltages of the individual battery cells are modeled. The overall battery model includes a simulation model for a reference cell and another simulation model that calculates the deviations of the clamp voltage relative to the reference cell. For the terminal voltage to be calculated, it is necessary to know various battery parameters, such as capacitance or ohmic internal resistance, which, however, depend on various factors. These battery parameters are taken from data sheets or measured individually. However, the battery parameters specified in the data sheets only roughly reflect the required characteristics of the battery cell. Individual measurement series make it possible to obtain the required data before a simulation, but it must be clear in advance under what conditions the measurements should be carried out.

Die so gewonnenen Batterieparameter können jedoch nicht alle Situationen abdecken und weisen dadurch viele Abweichungen von dem realen Batteriezellenverhalten auf. However, the battery parameters obtained in this way can not cover all situations and thus have many deviations from the real battery cell behavior.

Weiterer Stand der Technik ist unter anderem aus der US8749091B2 bekannt. Other prior art is inter alia from the US8749091B2 known.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachbilden eines Batteriesystems zu schaffen, die das Verhalten von unterschiedlichen im Batteriesystem enthaltenen Batteriezellen präzise und schnell nachbilden. The object of the invention is to provide a method and a device for simulating a battery system that precisely and quickly emulate the behavior of different battery cells contained in the battery system.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Nachbilden eines Batteriesystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. This object is achieved by a method for simulating a battery system with the features of patent claim 1, and by a device having the features of patent claim 6.

Bei einem Verfahren zum Nachbilden eines Batteriesystems, wird eine hardwareseitige Batteriezelle mit einer hardwareseitigen steuer- und regelbaren elektrischen Energiequelle und/oder -senke elektrisch verbunden und eine software- und/oder hardwareseitige Simulation des Batteriesystems durchgeführt. Erfindungsgemäß werden die für die software- und/oder hardwareseitige Simulation notwendigen Batterieparameter in situ aus der zumindest einen hardwareseitigen Batteriezelle gemessen. In a method for simulating a battery system, a hardware-side battery cell is electrically connected to a hardware-controlled and controllable electrical energy source and / or sink and carried out a software and / or hardware-side simulation of the battery system. According to the invention, the battery parameters necessary for the software and / or hardware-side simulation are measured in situ from the at least one hardware-side battery cell.

Um die Genauigkeit von Batteriesystem-Emulatoren zu verbessern, müssen die für die Simulation verwendeten Batterieparameter ebenfalls präzise ermittelt werden. Da die Batterieparameter von einer Vielzahl physikalischer und chemischer Bedingungen abhängig sind, die allesamt in einer Software als Tabelle berücksichtigt werden können, ist es Vorteilhaft die Batterieparameter abhängig von den Simulationsbedingungen direkt aus einem Batteriesystem oder einer einzelnen Batteriezelle, die die Eigenschaften der Batteriezellen im Batteriesystem repräsentiert durch Messungen zu ermitteln. Darüber hinaus können auch mehrere Batteriezellen in serieller und/oder paralleler Schaltung als Referenz verwendet werden. Hierdurch müssen die Batterieparameter nicht im Vorfeld durch Messungen unter unterschiedlichen Randbedingungen gewonnen werden. Die Messungen können je nach Simulationsbedingungen in definierten zeitlichen Abständen oder aber je nach Bedarf abhängig von der Simulation erfolgen. Die Simulation kann beispielsweise softwareseitig im Rahmen einer Simulationsumgebung auf einem Rechner, hardwareseitig durch elektronische Schaltungen oder als Kombination beider Möglichkeiten realisiert werden. Das gesamte Verfahren zum Nachbilden eines Batteriesystems kann an verschiedene Batteriezellen schnell und flexibel angepasst werden. Als mögliche Batteriezellen können beispielsweise Lithiumionen-Batterien, Lithium-Polymer, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren und dergleichen verwendet werden. Die Simulation kann sowohl in einer Softwareumgebung auf einem Rechner, als auch hardwareseitig durch elektrische Schaltungen erfolgen. To improve the accuracy of battery system emulators, the battery parameters used for the simulation also need to be precisely determined. Since the battery parameters depend on a variety of physical and chemical conditions, all of which can be considered in a software table, it is advantageous that the battery parameters depend directly on the simulation conditions directly from a battery system or a single battery cell, which represents the characteristics of the battery cells in the battery system to be determined by measurements. In addition, several battery cells in serial and / or parallel circuit can be used as a reference. As a result, the battery parameters need not be obtained in advance by measurements under different boundary conditions. Depending on the simulation conditions, the measurements can take place at defined time intervals or, depending on requirements, depending on the simulation. The simulation can be realized on the software side in the context of a simulation environment on a computer, on the hardware side by electronic circuits or as a combination of both possibilities. The entire method for simulating a battery system can be quickly and flexibly adapted to different battery cells. As possible battery cells, for example, lithium ion batteries, lithium polymer, nickel metal hydride storage batteries and the like can be used. The simulation can be done both in a software environment on a computer, as well as on the hardware side by electrical circuits.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die elektrische Energiequelle oder -senke von der software- und/oder hardwareseitigen Simulation gesteuert und geregelt. Hierdurch kann die an die Energiequelle oder -senke angeschlossene Batteriezelle den der Simulation entsprechenden Bedingungen ausgesetzt werden. Somit wird die Batteriezelle hardwareseitig in die Simulation integriert und wirkt als ein Teil des Verfahrens zum Nachbilden des Batteriesystems. According to a further embodiment, the electrical energy source or sink is controlled and regulated by the software and / or hardware-side simulation. Thereby, the battery cell connected to the power source or sink can be exposed to the conditions corresponding to the simulation. Thus, the battery cell is hardware integrated into the simulation and acts as a Part of the method for simulating the battery system.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die an der Batteriezelle messbaren Batterieparameter der software- und/oder hardwareseitigen Simulation zugeführt. Hierdurch kann die Simulation direkt Einfluss auf Messeinrichtungen nehmen, indem diese zwecks Ermittlung von Batterieparametern Messungen veranlasst. Weiterhin können die Messdaten direkt an die software- und/oder hardwareseitige Simulation geleitet und von dieser ausgewertet werden. Die von der Simulation vorgegebenen Simulationsbedingungen können ebenfalls bei der Ermittlung von Batterieparametern berücksichtigt werden. Hierdurch wird die Genauigkeit des Verfahrens erhöht, da die exakt an die Simulationsbedingungen angepassten Messungen zur Ermittlung von Batterieparametern durchgeführt werden. In a further embodiment, the battery parameters that can be measured on the battery cell are supplied to the software and / or hardware simulation. This allows the simulation to have a direct influence on measuring equipment by making measurements to determine battery parameters. Furthermore, the measurement data can be routed directly to the software and / or hardware-side simulation and evaluated by this. The simulation conditions specified by the simulation can also be taken into account when determining battery parameters. As a result, the accuracy of the method is increased, since the measurements exactly adapted to the simulation conditions are carried out for determining battery parameters.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Batterieparameter der Batteriezelle auf das nachzubildende Batteriesystem skaliert. Hierdurch reicht bereits zumindest eine einzelne Batteriezelle aus, um das gesamte, oftmals aus einer Vielzahl an Batteriezellen bestehenden, Batteriesystems nachzubilden. Der Skalierungsvorgang kann sowohl hardware- als auch softwareseitig realisiert werden. Da nur zumindest eine Batteriezelle analysiert wird, können die Kosten gesenkt und die möglichen Gefahren im Umgang mit Elektrochemischen Speichern hoher Energiedichte minimiert werden. According to a further embodiment, the battery parameters of the battery cell are scaled to the battery system to be emulated. As a result, at least one individual battery cell is sufficient to emulate the entire battery system, often consisting of a large number of battery cells. The scaling process can be implemented both on the hardware as well as on the software side. Since only at least one battery cell is analyzed, costs can be reduced and potential dangers associated with high energy density electrochemical storage minimized.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Batteriezelle in einer durch die Simulation geregelten Klimakammer mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt. Durch diese Maßnahme können auch gezielt Umwelteinflüsse, wie beispielsweise warme oder kalte Gebiete mit unterschiedlichen Höhen in der software- und/oder hardwareseitigen Simulation berücksichtigt werden. Die Batteriezelle wird dadurch denselben physikalischen Gegebenheiten ausgesetzt, die durch die Simulation untersucht werden. In a further exemplary embodiment, the battery cell is subjected to pressure and / or temperature in a climate chamber controlled by the simulation. By means of this measure, environmental influences, such as, for example, warm or cold areas with different heights, can also be taken into account deliberately in the software and / or hardware-based simulation. The battery cell is thereby exposed to the same physical conditions that are examined by the simulation.

Eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems hat einen softwareseitigen steuer- und regelbaren Treiber zum Simulieren einer hardwareseitigen elektrischen Energiequelle und/oder -senke, ein hardwareseitiges Messsystem zum Messen von Batterieparametern und einen Rechner zum Ausführen einer softwareseitigen Simulation und/oder einem elektrischen Schaltkreis zum Ausführen einer hardwareseitigen Simulation zum Simulieren des Batteriesystems. Erfindungsgemäß sind die für die Nachbildung des Batteriesystems notwendigen Batterieparameter aus der zumindest einen hardwareseitigen, an den Treiber und das Messsystem angeschlossenen, Batteriezelle in situ messbar. An apparatus for performing a method of simulating a battery system has a software-based controllable driver for simulating a hardware-side electrical energy source and / or sink, a hardware-based measurement system for measuring battery parameters, and a computer for performing a software-side simulation and / or an electrical simulation Circuit for performing a hardware simulation to simulate the battery system. According to the invention, the battery parameters necessary for simulating the battery system can be measured in situ from the at least one hardware-related battery cell connected to the driver and the measuring system.

Hierdurch können die Eigenschaften der Batteriezelle als Referenz für das zu untersuchende Batteriesystem schnell und exakt ermittelt werden. Die Batteriezelle kann durch den regelbaren Treiber mit einer elektrischen Last beaufschlagt werden. Die resultierenden elektrischen und/oder thermischen Reaktionen der Batteriezelle werden in Form von Batterieparametern der software- und/oder hardwareseitigen Simulation wieder zugeführt. Die Batteriezelle mit dem Treiber und dem Messsystem sind dabei hardwareseitige Bestandteile der software- und/oder hardwareseitigen Simulation auf dem Rechner. Da nur eine einzelne oder wenige Batteriezellen für die Simulation benötigt werden, lassen sich die Kosten für die Untersuchung von Batteriezellen und die möglichen Gefahren bei einer Überlastung der Batteriezellen im Vergleich zu einem Batteriesystem minimieren. As a result, the properties of the battery cell can be determined quickly and accurately as a reference for the battery system to be examined. The battery cell can be acted upon by the controllable driver with an electrical load. The resulting electrical and / or thermal reactions of the battery cell are fed back in the form of battery parameters to the software and / or hardware simulation. The battery cell with the driver and the measuring system are hardware components of the software and / or hardware-side simulation on the computer. Since only a single or a few battery cells are needed for the simulation, the costs for the investigation of battery cells and the potential dangers of overloading the battery cells compared to a battery system can be minimized.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems weist die Batteriezelle eine thermische und/oder mechanische Kopplung zu der software- und/oder hardwareseitigen Simulation auf. Hierdurch lassen sich mögliche Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die Batterie untersuchen. Die Genauigkeit der Vorrichtung kann hierdurch erhöht werden. According to one exemplary embodiment of the device for performing a method for simulating a battery system, the battery cell has a thermal and / or mechanical coupling to the software and / or hardware-side simulation. This can be used to investigate possible effects of environmental influences on the battery. The accuracy of the device can thereby be increased.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems steuert und regelt die software- und/oder hardwareseitige Simulation den Treiber. Die reale Batteriezelle wird durch den regelbaren Treiber den Simulationsbedingungen entsprechend angesteuert und somit der Batteriezelle Strom bzw. Spannung zugeführt oder entnommen. Damit können elektrische Lasten oder Quellen emuliert werden. Die hardwareseitige Batteriezelle kann somit mit den durch die Simulation untersuchten elektrischen Lastzyklen beaufschlagt werden. According to a further embodiment of the device for carrying out a method for simulating a battery system, the software and / or hardware-based simulation controls and regulates the driver. The real battery cell is driven by the controllable driver according to the simulation conditions and thus supplied to the battery cell current or voltage or removed. This can be used to emulate electrical loads or sources. The hardware-side battery cell can thus be charged with the electrical load cycles investigated by the simulation.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems führt das Messsystem die in situ messbaren Batterieparameter der softwareseitigen Simulation zu. Dadurch können die ermittelten Batterieparameter direkt von der Simulation weiter verwertet werden. In a further exemplary embodiment of the device for carrying out a method for simulating a battery system, the measuring system supplies the battery parameters that can be measured in situ to the software-side simulation. As a result, the determined battery parameters can be further utilized directly by the simulation.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems skaliert die software- und/oder hardwareseitige Simulation und/oder das Messsystem die in situ messbaren Betriebsparameter auf das Batteriesystem. Hierdurch können die ermittelten Batterieparameter der zumindest einen Batteriezelle auf ein beliebig großes Batteriesystem übertragen und somit Aussagen über das Verhalten späterer Batteriesystem-Prototypen treffen. According to a further exemplary embodiment of the device for carrying out a method for simulating a battery system, the software and / or hardware-side simulation and / or the measuring system scales the operating parameters that can be measured in situ to the battery system. As a result, the determined battery parameters of the at least one battery cell can be transferred to an arbitrarily large battery system and thus make statements about the behavior of later battery system prototypes.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Other advantageous embodiments are the subject of further subclaims.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen: In the following, preferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to greatly simplified schematic illustrations. Show it:

1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und 1 a schematic structure of a device according to the invention according to a first embodiment, and

2 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 2 a schematic structure of a device according to the invention according to a second embodiment.

In 1 ist ein schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. In 1 is a schematic structure of a device according to the invention 1 for carrying out a method according to the invention for simulating a battery system according to a first exemplary embodiment.

Die Vorrichtung 1 hat eine hardwareseitige Batteriezelle 2, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Lithium-Polymer Zelle ist. Die Batteriezelle 2 ist elektrisch mit einem regelbaren Treiber 4 verbunden. The device 1 has a hardware-side battery cell 2 which is a lithium-polymer cell according to this embodiment. The battery cell 2 is electric with a controllable driver 4 connected.

Der Treiber 4 kann hierbei sowohl als Energiequelle als auch Energiesenke funktionieren. Dadurch kann die Batteriezelle 2 mit elektrischer Last beaufschlagt werden, jedoch auch Vorgänge, die elektrische Energie in die Batteriezelle 2 zurückspeisen wie beispielsweise Rekuperation nachgebildet werden. The driver 4 can work both as an energy source and energy sink. This allows the battery cell 2 be subjected to electrical load, but also processes that electrical energy into the battery cell 2 feeding back such as recuperation be simulated.

Der regelbare Treiber 4 ist mit einem Rechner 6 beispielsweise über ein BUS-System oder Netzwerk verbunden, auf dem eine softwareseitige Simulation 6 ablaufen kann. Die Simulation 6 regelt den Treiber 4 und nimmt somit aktiv an der Ansteuerung der Batteriezelle 2 teil. Die Simulation 6 bestimmt damit die Belastung der Batteriezelle 2. The controllable driver 4 is with a calculator 6 For example, connected via a bus system or network on which a software-side simulation 6 can expire. The simulation 6 regulates the driver 4 and thus actively takes on the control of the battery cell 2 part. The simulation 6 determines the load on the battery cell 2 ,

Der regelbare Treiber 4 übersetzt somit die softwareseitig in der Simulation 6 „durchgefahrenen“ Lastzyklen in die hardwareseitige Ebene der Batteriezelle 2. Die Lastzyklen können dabei beispielsweise einer Aneinanderreihung von Strom- und/oder Spannungswerten entsprechen, die von einem Elektromotor oder einem Batteriemanagementsystem benötigt werden. Dies kann zeitlich variabel sein, oder von anderen Faktoren wie Temperatur oder Auslöseereignissen abhängen. The controllable driver 4 thus translates the software in the simulation 6 "Run through" load cycles in the hardware-side level of the battery cell 2 , The load cycles may correspond, for example, to a sequence of current and / or voltage values that are required by an electric motor or a battery management system. This can be variable in time, or depend on other factors such as temperature or triggering events.

Weiterhin ist ein Messsystem 8 zum Ermitteln der für die Simulation 6 benötigten Daten vorhanden. Das Messsystem 8 kann beispielsweise Strom- und Spannungsmesser enthalten. Furthermore, a measuring system 8th for determining the for the simulation 6 required data available. The measuring system 8th may include, for example, current and voltmeter.

Viele Batteriesysteme, insbesondere auf Basis von Lithium, sind in hermetisch verschlossenen Gehäusen verbaut, um eine mögliche exotherme Reaktion mit dem Wassergehalt in der Luft zu unterbinden. Hierbei sind beispielsweise die thermischen Eigenschaften einer Batteriezelle von Interesse, da die unter elektrischer Belastung entstehende Wärme nur schwer abgeführt werden kann. Mit zunehmender Größe des Batteriesystems können darüber hinaus auch einzelne Batteriezellen thermisch isoliert werden, sodass diese überhitzen und Schaden nehmen können. Um diese Aspekte im Vorfeld zu untersuchen kann das Messsystem 8 auch thermische Sensoren zur Messung der Temperaturverteilung auf der Batteriezelle 2 aufweisen. Many battery systems, in particular based on lithium, are installed in hermetically sealed housings in order to prevent a possible exothermic reaction with the water content in the air. Here, for example, the thermal properties of a battery cell are of interest, since the heat generated under electrical load can be dissipated difficult. In addition, with increasing size of the battery system, individual battery cells can also be thermally insulated so that they can overheat and be damaged. To examine these aspects in advance, the measuring system 8th also thermal sensors for measuring the temperature distribution on the battery cell 2 exhibit.

Das Messsystem 8 führt die für die Ermittlung der Batterieparameter benötigten Messungen an der Batteriezelle 2 durch und leitet die Messdaten an die softwareseitige Simulation 6 weiter. Dabei können beispielsweise die Spannung der Batteriezelle 2 als Indikator für den Ladezustand oder der abgegebene maximale Strom für die Leistungsfähigkeit der Batteriezelle 2 dienen. Dabei hängen beispielsweise die an der Batteriezelle 2 anliegende Spannung und der abgegebene Strom von der Temperatur ab. Auch ein Innenwiderstand der Batteriezelle 2 ist temperaturabhängig. Der Innenwiderstand kann hierbei zum Beispiel Aussagen für eine Erwärmung der Batteriezelle 2 unter elektrischer Belastung liefern. The measuring system 8th performs the measurements required for the determination of the battery parameters on the battery cell 2 and forwards the measurement data to the software simulation 6 further. In this case, for example, the voltage of the battery cell 2 as an indicator of the state of charge or the delivered maximum current for the performance of the battery cell 2 serve. For example, these depend on the battery cell 2 applied voltage and the output current from the temperature. Also an internal resistance of the battery cell 2 is temperature dependent. The internal resistance can be, for example, statements for heating the battery cell 2 deliver under electrical stress.

Das Messsystem 8 kann direkt mit dem regelbaren Treiber 4 verbunden sein oder indirekt über die Simulation 6 und somit auch aus dem Treiber 4 Daten wie Strom oder Spannung ermitteln. Damit kann insbesondere die Interaktion zwischen der softwareseitigen Simulation 6 und dem Treiber 4 überprüft werden. The measuring system 8th can directly with the controllable driver 4 be connected or indirectly via the simulation 6 and therefore also from the driver 4 Determine data such as current or voltage. In particular, the interaction between the software-side simulation 6 and the driver 4 be checked.

Die Resultate der Simulation 6 im Anschluss an die Simulation 6 oder kontinuierlich bzw. in definierten zeitlichen Abständen ausgegeben oder weitergeleitet 10. The results of the simulation 6 following the simulation 6 or issued or forwarded continuously or at defined time intervals 10 ,

2 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Insbesondere unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel in der Verwendung einer Klimakammer 12. Dabei ist die Batteriezelle 2 in einer abgeschlossenen Klimakammer 12 angeordnet, sodass die Batteriezelle 2 mit unterschiedlichen Temperaturen und/oder Drücken beaufschlagt werden kann. Dabei können beispielsweise unterschiedliche Umgebungsbedingungen ebenfalls in die Simulation 6 einbezogen werden. Hier lässt sich beispielsweise auch die Verwendung von Batteriesystemen in Flugzeugen bei unterschiedlichen Flughöhen simulieren. 2 shows a schematic structure of a device according to the invention 1 for carrying out a method according to the invention for simulating a battery system according to a second exemplary embodiment. In particular, this embodiment differs from the first embodiment in the use of a climatic chamber 12 , Here is the battery cell 2 in a closed climate chamber 12 arranged so that the battery cell 2 can be acted upon with different temperatures and / or pressures. In this case, for example, different environmental conditions also in the simulation 6 be included. Here, for example, the use of battery systems in aircraft at different altitudes can be simulated.

Die Klimakammer 12 ist hierbei mit dem Messsystem 8 und der Simulation 6 gekoppelt, sodass die Simulation 6 Einfluss auf die physikalischen Bedingungen der Batteriezelle 2 nehmen kann. The climate chamber 12 is here with the measuring system 8th and the simulation 6 coupled, so the simulation 6 Influence on the physical conditions of the battery cell 2 can take.

Im Folgenden wird das Verfahren verdeutlicht. Die Simulation 6, die in einer Simulationsumgebung auf einem Rechner 6 läuft dient beispielsweise einer Untersuchung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs während einer Fahrt zur Arbeit. Gemäß den aufgeführten Ausführungsbeispielen ist die Simulation in Form einer Software auf einem Rechner ausgeführt, jedoch kann diese auch hardwarebasiert erfolgen. Dabei setzt sich der Weg aus Überlandfahrt, Autobahnfahrt und Stadtfahrt zusammen. Während der Überlandfahrt hat das Batteriesystem dieselbe Temperatur wie die Umgebung. Die elektrische Belastung des Batteriesystems ist gering. Während der Autobahnfahrt wird viel Leistung benötigt, sodass die elektrische Belastung des Batteriesystems sehr hoch ist und sich anschließend während der Stadtfahrt wieder reduziert. The following clarifies the procedure. The simulation 6 working in a simulation environment on a calculator 6 running, for example, a study of an electrically powered vehicle during a trip to work. According to the listed embodiments, the simulation is executed in the form of software on a computer, but this can also be done based on hardware. The route consists of overland travel, highway travel and city driving together. During overland travel, the battery system has the same temperature as the environment. The electrical load on the battery system is low. During the motorway journey, a lot of power is needed, so that the electrical load on the battery system is very high and then reduced again during the city trip.

Wird dieses Szenario simuliert, liegen die verschiedenen Geschwindigkeitsprofile als eine zeitlich diskrete Abfolge an Strom- und Spannungswerten, die das Batteriesystem zur Verfügung stellen soll. If this scenario is simulated, the various velocity profiles are a time-discrete sequence of current and voltage values that the battery system should provide.

Wird die Simulation 6 ausgeführt, steuert diese den regelbaren Treiber 4 an, sodass dieser die an ihm angeschlossene Batteriezelle 2 mit der zeitlich diskreten Abfolge an Strom- und Spannung beaufschlagt. Dabei werden die Werte entsprechend einer einzelnen Zelle im Batteriesystem verwendet. Die Batteriezelle 2 wird demnach wie ein tatsächliches Batteriesystem genutzt. Wenn im Batteriesystem einige Batteriezellen parallel geschaltet sind um die Kapazität zu erhöhen, so kann die Batteriezelle 2 ebenfalls als eine Parallelschaltung aus mehreren Batteriezellen bestehen. Will the simulation 6 executed, this controls the controllable driver 4 so that this is the battery cell connected to it 2 subjected to the temporally discrete sequence of current and voltage. The values corresponding to a single cell in the battery system are used. The battery cell 2 is therefore used as an actual battery system. If some battery cells are connected in parallel in the battery system to increase the capacity, then the battery cell can 2 also exist as a parallel circuit of several battery cells.

Im Verlauf der Simulation 6 wird die Batteriezelle 2 unterschiedlich stark belastet. So kann beispielsweise in Echtzeit untersucht werden, wann die Batteriezelle 2 nicht mehr nutzbar ist und geladen werden muss, oder wie stark sie thermisch beansprucht wird. Das Messsystem 8 ermittelt als diese Werte. In the course of the simulation 6 becomes the battery cell 2 burdened differently. For example, it is possible to investigate in real time when the battery cell 2 is no longer usable and must be charged, or how much it is thermally stressed. The measuring system 8th determined as these values.

Hierbei lassen sich beispielsweise entweder die Batterieparameter wie Ladezustand oder Innenwiderstand entweder in zeitlichen Abständen ermitteln. Es kann alternativ auch auf die Ermittlung der Batterieparameter verzichtet werden, da die Batteriezelle 2 direkt die benötigten Werte wie beispielsweise Temperatur oder Klemmspannung direkt als Reaktion auf die elektrische Last messbar bereitstellt. Here, for example, either the battery parameters such as state of charge or internal resistance can be determined either at intervals. It may alternatively be dispensed with the determination of the battery parameters, since the battery cell 2 directly provides the required values such as temperature or clamping voltage directly in response to the electrical load measurable.

Die so ermittelten Zwischenergebnisse lassen sich nun beispielsweise durch die Simulation 6 auf das gesamte zu untersuchende Batteriesystem des Fahrzeugs hoch skalieren. The intermediate results thus obtained can now be determined, for example, by simulation 6 scale up to the entire battery system of the vehicle to be examined.

Zum Schluss wird das Ergebnis ausgegeben 10 und steht bereit für beispielsweise weitere Auswertungen. Finally, the result is output 10 and is ready for, for example, further evaluations.

Offenbart ist ein Verfahren zum Nachbilden eines Batteriesystems, wobei eine hardwareseitige Batteriezelle 2 mit einer hardwareseitigen steuer- und regelbaren elektrischen Energiequelle und/oder -senke elektrisch verbunden wird und eine software- und/oder hardwareseitige Simulation 6 des Batteriesystems durchgeführt wird, und wobei Batterieparameter in situ an der zumindest einen hardwareseitigen Batteriezelle 2 gemessen werden. Weiterhin ist eine Vorrichtung 1 zum Durchführen des Verfahrens offenbart. Disclosed is a method for simulating a battery system, wherein a hardware-side battery cell 2 is electrically connected to a hardware-controlled and controllable electrical energy source and / or sink and a software and / or hardware-side simulation 6 the battery system is performed, and wherein battery parameters in situ on the at least one hardware-side battery cell 2 be measured. Furthermore, a device 1 disclosed for performing the method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Vorrichtung contraption
2 2
hardwareseitige Batteriezelle hardware-side battery cell
4 4
regelbarer Treiber controllable driver
6 6
softwareseitige Simulation auf einem Rechner / hardwareseitige Simulation beispielsweise durch elektrische SchaltungSoftware-side simulation on a computer / hardware-side simulation, for example, by electrical circuit
8 8th
Messsystem measuring system
10 10
Ausgabe output
12 12
Klimakammer climatic chamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010062838 A1 [0003] DE 102010062838 A1 [0003]
  • US 8749091 B2 [0005] US 8749091 B2 [0005]

Claims (10)

Verfahren zum Nachbilden eines Batteriesystems, wobei eine hardwareseitige Batteriezelle (2) mit einer hardwareseitigen steuer- und regelbaren elektrischen Energiequelle und/oder -senke (4) elektrisch verbunden wird und eine software- und/oder hardwareseitige Simulation (6) des Batteriesystems durchgeführt wird, und wobei Batterieparameter in situ an der zumindest einen hardwareseitigen Batteriezelle (2) gemessen werden. A method for simulating a battery system, wherein a hardware-side battery cell ( 2 ) with a hardware-controlled and controllable electrical energy source and / or sink ( 4 ) and a software and / or hardware simulation ( 6 ) of the battery system, and wherein battery parameters in situ on the at least one hardware-side battery cell ( 2 ) are measured. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Energiequelle oder -senke (4) von der software- und/oder hardwareseitigen Simulation (6) gesteuert und geregelt wird. Method according to claim 1, wherein the electrical energy source or sink ( 4 ) from the software and / or hardware simulation ( 6 ) is controlled and regulated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die an der Batteriezelle (2) messbaren Batterieparameter der software- und/oder hardwareseitigen Simulation (6) zugeführt werden. The method of claim 1 or 2, wherein the at the battery cell ( 2 ) measurable battery parameters of the software and / or hardware simulation ( 6 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Batterieparameter der Batteriezelle (2) auf das nachzubildende Batteriesystem skaliert werden. Method according to one of claims 1 to 3, wherein the battery parameters of the battery cell ( 2 ) to the imitated battery system. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Batteriezelle (2) in einer durch die Simulation (6) geregelten Klimakammer (12) mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt wird. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the battery cell ( 2 ) in one by the simulation ( 6 ) controlled climate chamber ( 12 ) is subjected to pressure and / or temperature. Vorrichtung (1) zum Durchführen eines Verfahrens zum Nachbilden eines Batteriesystems, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, mit einem softwareseitigen steuer- und regelbaren Treiber (4) zum Simulieren (6) einer hardwareseitigen elektrischen Energiequelle und/oder -senke, mit einem hardwareseitigen Messsystem (8) zum Messen von Batterieparametern und einem Rechner (6) oder einer elektrischen Schaltung (6) zum Ausführen einer software- und/oder hardwareseitigen Simulation (6) zum Simulieren des Batteriesystems, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Nachbildung des Batteriesystems notwendigen Batterieparameter an der zumindest einen hardwareseitigen, an den Treiber (4) und das Messsystem (8) angeschlossenen, Batteriezelle (2) in situ messbar sind. Contraption ( 1 ) for carrying out a method for simulating a battery system, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims 1 to 5, with a software-side controllable driver ( 4 ) for simulating ( 6 ) of a hardware-side electrical energy source and / or sink, with a hardware-based measuring system ( 8th ) for measuring battery parameters and a computer ( 6 ) or an electrical circuit ( 6 ) for performing a software and / or hardware simulation ( 6 ) for simulating the battery system, characterized in that the battery parameters necessary for the simulation of the battery system at the at least one hardware-side, to the driver ( 4 ) and the measuring system ( 8th ), battery cell ( 2 ) are measurable in situ. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Batteriezelle (2) eine thermische und/oder mechanische Kopplung zu der software- und/oder hardwareseitigen Simulation (6) aufweist. Apparatus according to claim 6, wherein the battery cell ( 2 ) a thermal and / or mechanical coupling to the software and / or hardware-side simulation ( 6 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die software- und/oder hardwareseitige Simulation (6) den Treiber (4) steuert und regelt. Apparatus according to claim 6 or 7, wherein the software and / or hardware-side simulation ( 6 ) the driver ( 4 ) controls and regulates. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Messsystem (8) die in situ messbaren Batterieparameter der software- und/oder hardwareseitigen Simulation (6) zuführt. Device according to one of claims 6 to 8, wherein the measuring system ( 8th ) the in-situ measurable battery parameters of the software and / or hardware simulation ( 6 ) feeds. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die software- und/oder hardwareseitige Simulation (6) und/oder das Messsystem (8) die in situ messbaren Betriebsparameter auf das Batteriesystem skaliert. Device according to one of claims 6 to 9, wherein the software and / or hardware-side simulation ( 6 ) and / or the measuring system ( 8th ) scales the in situ measurable operating parameters to the battery system.
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