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www designelektronik de DESIGN&ELEKTRONIK 03 2021 15 Mögliche Tests an BMS-Systemen ■ Test des Zellen-Balancing durch Einstellen unterschiedlicher Zellspannungen ■ Test des Fuel Gauging über mehrere Ladeund Entladezyklen ■ Verhalten des BMS bei Zellenüberund -unterspannung ■ Simulation von Zellenausfällen ■ Verhalten des BMS bei Übertemperatur von Batteriezellen ■ Simulation unterschiedlicher Alterung von Zellen ■ Test der Erkennung von Last und Ladevorrichtung und ■ Test von Abschaltvorrichtungen durch Simulation von Fehlfunktionen in der Ladevorrichtung Überspannung und Last erhöhte Stromaufnahme bzw Kurzschluss Standardmultimeter ist die Messerfassung während der Bereichsumschaltung blind Aus diesen Gründen müssen geeignete Geräte den Spannungsabfall kompensieren und eine lückenlose Bereichsumschaltung bis in den fA-Bereich bieten Hierdurch können selbst hohe und kurze Stromspitzen während eines niedrigen StandbyStroms korrekt gemessen werden ■ Was für Batteriesimulation wichtig ist Für die Integration in ein Testsystem müssen sich alle Funktionen uneingeschränkt fernsteuern lassen Befehlsverarbeitungszeiten müssen hinreichen kurz sein zum Beispiel weniger als 6 ms Zusätzlich ist es vorteilhaft wenn mehrere Kanäle mit einem Befehl angesprochen werden können Dadurch vereinfacht sich die Programmierung der Geräte und die simulierten Batteriezellen lassen sich synchron steuern Besteht der Testaufbau aus mehreren Geräten können diese auch über digitale Steuersignale zwischen den Geräten synchronisiert werden Da jede Batteriezelle ein anderes Verhalten zeigt ist es nötig diese regelmäßig zu charakterisieren Daten für die Simulation individueller Zellen zum Beispiel in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen und Alterung lassen sich durch Entladeund Ladeversuche gewinnen die ebenfalls mit Netzgeräten durchgeführt werden können Mittels einer eingebauten Arbiträrfunktion kann ein gepulster Entladeoder Ladevorgang gesteuert werden Die Zellenspannung wird mit einer ebenfalls eingebauten Logging-Funktion während des gesamten Vorgangs aufgezeichnet Aus den Zellenspannungen mit und ohne Last und dem Laststrom kann sowohl die Leerlaufspannung als auch der Innenwiderstand für jeden Zyklus von Last beziehungsweise Ladung und Leerlauf bestimmt werden Die Batterieladung erhält man durch Integration des geflossenen Stromes über der Zeit Aus diesen gemessenen Eigenschaften einer realen Batterie lässt sich automatisch eine Konfigurationsdatei für Batteriesimulationen erzeugen Mit diesen Funktionen lassen sich die Batterieeigenschaften mit hoher Präzision und Zeitauflösung simulieren und über der Zeit variieren Für kleine und mittelgroße Batterien kann der Zellenstrom direkt aus den Netzgeräten gezogen werden Bei größeren Batterien wie sie beispielsweise in Automotive-Anwendungen zum Einsatz kommen müssen die Ladeund Entladeströme für die BMS-Tests nicht physikalisch fließen Strommessergebnisse abgeleitet beispielsweise aus Spannungen über Shunt-Widerstände werden gegenüber dem BMS simuliert und die Netzgeräte bestimmen die Spannungen der einzelnen Zellen und liefern die Balancing-Ströme Netzgeräte von Rohde & Schwarz bieten neben der optionalen Batteriesimulation eine sehr hohe Messgenauigkeit und eine schnelle Aufzeichnung von Strömen und Spannungen mit einer Zeitauflösung bis in den Mikrosekundenbereich bei Bedarf mit einer endlosen Übertragung an den Steuercomputer Auch bei kleineren Übertragungsraten erfolgt die Messung immer mit der vollen Zeitauflösung und Genauigkeit Damit erfasst die schnelle Protokollierungsfunktion auch Nadelimpulse und Störspitzen bei Strom und Spannung kv Komplette NetzgeräteFamilie von Rohde & Schwarz Das Portfolio reicht von kompakten Standardgeräten bis hin zu Performance-Netzgeräten Die Netzgeräte R&S NGL200 und R&S NGM200 bieten neben dem Zwei-Quadranten-Betrieb und kurzen Einstellzeiten auch eine hochgenaue Stromund Spannungs-Messfunktion und sind somit prädestiniert für den Test von Batteriemanagementsystemen Die einzelnen Kanäle sind gegenüber dem Schutzleiter isoliert und für eine relative Spannung von bis zu 250 Vausgelegt was für eine Reihenschaltung von etwa 50 Lithium-Ionen-Zellen ausreichend ist In der zweikanaligen Version R&S NGL202 bzw R&S NGM202 ermöglichen sie einen platzsparenden Aufbau auch für die Simulation einer großen Anzahl von Zellen Das R&S NGM200 bietet gegenüber dem R&S NGL200 neben einer erhöhten Messgenauigkeit für Spannung und Strom durch Messbereichsumschaltung und einer genaueren Nachbildung des Innenwiderstands auch eine Option zur direkten Simulation von Batteriezellen Der Verlauf der Zellenspannung und des Innenwiderstands in Abhängigkeit vom Ladezustand kann durch Textdateien definiert werden Für die gebräuchlichsten Batteriesysteme sind solche Beschreibungen ab Werk bereits vorhanden Darüber hinaus können mit dem R&S NGM200 die gemessenen Verläufe von Spannung und Strom für eine detaillierte Analyse mit bis zu 500 000 Werten pro Sekunde erfasst werden Mit zwei neuen Source Measure Units SMU tritt Rohde & Schwarz in einen neuen Markt ein Die neuen R&S NGU201 und R&S NGU401 Source Measure Units Bild haben im Vergleich zu den zuvor genannten Geräten eine noch höhere Genauigkeit und Auflösung Das Zweiquadrantenmodell R&S NGU201 ist für Batterietests an Wireless-Geräten vorgesehen und arbeitet bei positiven Spannungen im Quelloder Lastbetrieb mit automatischer Umschaltung Das Vierquadrantenmodell R&S NGU401 kann positive oder negative Spannungen Ströme erzeugen und auch als Senke in beiden Polaritäten agieren Es unterstützt damit Versorgungsmessungen für Anwendungen unterschiedlichster Art Mehr unter www rohdeschwarz com powersupplies