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42 DESIGN&ELEKTRONIK 11 2020 www designelektronik de rum modellieren und die BMS-Algorithmen für verschiedene Betriebsbereiche und unter verschiedenen Fehlerbedingungen validieren Die Last am Batteriepack kann modelliert und simuliert werden zum Beispiel ein Synchronmotor PMSM in einem Elektrofahrzeug das mehrere Fahrzyklen durchläuft Modelle aktiver und passiver elektrischer Komponenten wie das analoge Front-End für das Balancing bilden den Ausgleich eines kompletten Batteriesystems Entwicklung von Algorithmen zur Überwachungsregelung Ingenieure entwickeln Algorithmen zur Überwachungsregelung indem sie Zustandsautomaten und Flussdiagramme verwenden um eine kombinatorische und sequenzielle Entscheidungslogik für Fehlererkennung und -management Begrenzung von Ladeund Entladeleistung Temperatursteuerung und Balancing zu modellieren Das BMS überwacht wie das Batteriesystem auf Ereignisse zeitbasierte Bedingungen und externe Eingangssignale reagiert Beispielsweise lässt sich für das Laden mit konstantem Strom und konstanter Spannung Constant Current Constant Voltage CCCV jene Logik entwickeln und testen die bestimmt wann die Zelle vom StromLademodus in den Spannungs-Lademodus übergeht Schätzung des Ladezustands Es gibt traditionelle Ansätze zur SOC-Schätzung wie das Messen der Leerlaufspannung Open-Circuit Voltage OCV und die Integration des Strom Coulomb-Zählung Die Schätzung des SOC für moderne Batteriechemien mit flachen OCV-SOCEntlade-Signaturen erfordert jedoch einen anderen Ansatz Die erweiterte Kalman-Filterung EKF ist ein solcher der nachweislich genaue Ergebnisse bei angemessenem Rechenaufwand liefert Diese Technik umfasst normalerweise ein Modell des nichtlinearen Systems von Interesse die Batterie das den von der Zelle gemessenen Strom und die Spannung als Eingangsgrößen verwendet sowie einen rekursiven Algorithmus der die internen Zustände des Systems darunter den SOC auf der Grundlage eines zweistufigen Subsysteme Software für Batteriemanagementsysteme Vorhersage-Aktualisierungsprozesses berechnet Schätzung des Alterungszustands Alle Batterien verschlechtern sich aufgrund der kalendarischen Lebensdauer und der Nutzungszyklen Ihre Restkapazität sinkt allmählich während der Innenwiderstand ansteigt Während sich der Innenwiderstand relativ einfach anhand von Kurzzeitmessungen abschätzen lässt erfordert die Restkapazität für eine genaue Berechnung eine vollständige Ladungoder Entladung Dies ist nicht immer praktikabel Diese Herausforderung hat dazu geführt dass das Interesse an Schätzungen des Alterszustands zunimmt Anders als bei der SOCSchätzung gibt es keine allgemeine Übereinkunft darüber wie SOH zu definieren ist Üblicherweise werden benutzerdefinierte SOH-Schätzungsalgorithmen entwickelt und simuliert die mit der spezifischen Interpretation der Batteriealterung in der anwendenden Organisation übereinstimmen Testen mit Desktop-Simulation Mit der Desktop-Simulation lassen sich Testfälle ausführen um das BMS entlang aller Bild 3 BMS-Algorithmen und Anlagendynamik einschließlich Batteriepack Schütz Wechselrichter und Ladegerät modelliert in Simulink