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Simulationsmodell für elektrisches und thermisches Verhalten von Batteriezellen

18. August 2023 - Das Software- und Systemhaus MicroNova bietet ein individuell konfigurierbares, echtzeitfähiges Simulationsmodell für Batteriezellen an. Dieses am Markt neue „MicroNova Battery Model“ bildet das elektrische und thermische Verhalten der Batteriezellen genau nach – ohne, dass diese direkt mit einer Batterie verbunden sein müssen. Das Simulationsmodell eignet sich somit ideal für den Einsatz in Hardware-in-the-Loop(HiL)-Systemen zur Validierung von Batteriesteuergeräten.

Entwicklung und Tests von Batteriesteuergeräten (Battery Management Systems, BMS) erfordern leistungsfähige und sehr präzise Modelle. Während die Modellierung bisher meist projektspezifisch erfolgt, steht Automobilherstellern und -zulieferern nun mit dem „MicroNova Battery Model“ ein abstrahiertes universelles Batteriemodell zur Verfügung, das gleichzeitig viele detaillierte Anpassungsmöglichkeiten für einen qualitativ hochwertigen Batterietest bietet.

Kürzere Entwicklungszeiten mit dem Batteriemodell Out-of-the-Box

Um mehr Individualisierbarkeit zu ermöglichen, hat MicroNova einzelne Bestandteile seines Batteriemodells gekapselt, um diese als Bibliotheksbausteine zu verwenden. Somit können Anwender kleine Änderungen nun selbst durchführen und damit das Modell im Rahmen seiner Konfigurationsmöglichkeiten für verschiedene Testprojekte anpassen. Dieses Vorgehen reduziert Kosten und Projektzeiten.

Das „MicroNova Battery Model“ ist als konfigurierbares MATLAB/Simulink-Modell verfügbar. Es handelt sich um ein offenes Modell, das beliebig erweitert und an individuelle Anforderungen angepasst werden kann. Das Simulationsmodell ist für den Einsatz auf der NovaCarts-Hardware von MicroNova optimiert, eignet sich aber ebenso für die Verwendung auf anderen Zielsystemen.

Funktionsweise und Konfiguration

Der Hauptteil des Modells berücksichtigt eine hohe Anzahl an physikalischen Mechanismen, die während der Lade- und Entladezyklen innerhalb der einzelnen Batteriezellen ablaufen. Als Basis zahlreicher Berechnungen innerhalb dieses Kernmodells dienen die Kenndaten der zuvor vom Testingenieur ausgewählten Batteriezelle. Diese Tool-gestützte Modellierung einer spezifischen Batterie erfolgt über einen Generator mit grafischer Bedienoberfläche. Sie ermöglicht innerhalb von MATLAB/Simulink die Auswahl zwischen verschiedenen Batteriekonfigurationen und Batteriezellenherstellern. Um das gesamte Spektrum der jeweiligen Kennlinien abzubilden, stehen während der Laufzeit des Tests verschiedene Interpolationsmethoden zur Wahl.

Je nach Definition der verschiedenen Konfigurationsparameter erzeugt das „MicroNova Battery Model“ auf Basis eines Referenzmodells das gewünschte Batteriemodell mit bis zu 17 Zell-Controllern und 16 Zellen je Controller. Da dieses maßgeschneiderte Modell ausschließlich die für die jeweiligen Konfigurationen erforderlichen Blöcke enthält, steigt sowohl seine Performance auf einem Simulationsknotenpunkt als auch die Übersichtlichkeit bei der Bearbeitung in MATLAB/Simulink. Der Generator ist bei Bedarf auf beliebig große Batterien erweiterbar und liefert MATLAB/Simulink-Basismodelle, die in das Gesamtmodell integriert werden.

Zeit- und Kostenersparnis für Hersteller

„Die gesetzlichen Vorgaben für moderne Fahrzeugbatterien werden bezüglich Sicherheit und Entwicklung immer umfangreicher. Das hat natürlich Auswirkungen auf die Absicherung des zugehörigen Steuergeräts,“ erklärt Dr. Klaus Eder, Vorstand bei MicroNova. „Für zuverlässige und gleichzeitig effiziente Tests müssen die Funktionen im Simulationsmodell präzise auf die des BMS angepasst sein. Immer mehr Kunden wünschen sich daher die Möglichkeit, eigene Anteile für ein entsprechend individualisiertes Modell einfließen zu lassen – diesen Wunsch haben wir mit dem MicroNova Battery Model erfüllt.“

Neben Ressourcenbedarf und Kosten reduziert dieses Vorgehen auch die Entwicklungszeit für Hersteller von BMS. Anpassungen am Batteriemodell lassen sich komfortabel und zügig vom Anwender selbst durchführen und an den Entwicklungsstand des jeweiligen „Device Under Test“ anpassen. Bei tiefergehenden Änderungen oder spezifischen Anpassungen an den Bibliotheksbausteinen sowie individuellen Entwicklungen unterstützen die Consultants von MicroNova. Die erfahrenen Mitarbeiter ermitteln gemeinsam mit dem Auftraggeber den konkreten Bedarf und entwickeln auf Basis der identifizierten Anforderungen konkrete Lösungen.

www.micronova.de/