Toolbox Speichersysteme

Auslegung, Simulation und Test von elektrischen Energiespeichern

Toolbox Speichersysteme ist eine neue Entwicklungsumgebung für die Simulation elektrischer Energiespeicher. Die von dSPACE und dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen entwickelte Lösung unterstützt ein besonders breites Spektrum physikalischer Batterieeigenschaften: Mit Toolbox Speichersysteme können das elektrische und das thermische Verhalten von verschiedenen Batterien, Superkondensatoren und weiteren elektrischen Energiespeichern in Abhängigkeit von ihrer Bauform und Kühlung realitätsnah simuliert werden. Eine intuitive grafische Benutzeroberfläche bietet hohen Komfort bei der Konfiguration und Parametrierung der virtuellen Speichersysteme.

Flexible Parametrierung
Mit Blick auf die im Bereich der Elektromobilität immer wichtiger werdende Lithium-Ionen-Batterietechnik bietet die Simulationsumgebung den Entwicklern vielfältige Einstellmöglichkeiten. Diese umfassen Aspekte wie die Batterietechnologie, die geometrische Form der Batterie, die Anzahl und Anordnung ihrer Speicherzellen, beliebige Verschaltungstopologien oder die Kühlperipherie. Ein Simulationsmodell berechnet daraus das thermische und elektrische Verhalten einer definierten Batterie auf der Zell- sowie auf der Gesamtsystemebene in Echtzeit und stellt thermische Effekte mit hoher Ortsauflösung dar. So können beispielsweise Kühlstrategien untersucht und mögliche Überhitzungszonen (Hotspots) identifiziert werden, die sich beim Betrieb des Batteriesystems ergeben würden.

Effizienter Entwicklungsprozess
Toolbox Speichersysteme zielt auf den modellbasierten Entwicklungsprozess von Energiespeichern und Batteriemanagementsystemen (BMS) ab. Ein solcher Prozess findet beispielsweise im Automobilbereich bei elektrischen Antriebssystemen oder elektrifizierten Antriebssträngen Verwendung. Die neu geschaffene Simulationsumgebung unterstützt den vollständigen Prozess von der virtuellen Auslegung einer Batterie über die Simulation im Gesamtfahrzeug bis hin zum Test des BMS-Steuergerätes. Dabei kann das Simulationsmodell alleine durch Parametrierung grundlegend konfiguriert werden. Beispielsweise lassen sich Batterietopologie, Batteriebauform und elektrische Eigenschaften sowie der Detailierungsgrad durch Parameter definieren und unmittelbar in der Simulation anwenden. Neben Traktionsanwendungen ergeben sich weitere Einsatzfelder im Bereich der Energieversorgung sowie in der Industrie- und Haustechnik.

Durchgängige Werkzeugkette
Toolbox Speichersysteme ist in die Werkzeugkette von dSPACE integriert, so dass Batteriesimulationen offline auf einer PC-Plattform erfolgen oder zum Echtzeittest eines BMS-Steuergerätes auf einem Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulator ausgeführt werden können. Dabei werden elementare Methoden wie die Automatisierung und das Datenmanagement unterstützt. So ist ein durchgängiger Entwicklungsprozess von der Batteriesystemauslegung bis zum Steuergeräte-Test gewährleistet. Toolbox Speichersysteme konnte bereits im Rahmen eines Industrieprojektes validiert werden und steht nun als erprobte Lösung für den Einsatz in Entwicklungsprojekten zur Verfügung.

Toolbox Speichersysteme entstand im Rahmen eines Forschungsprojektes, das von der Europäischen Union und vom Land Nordrhein-Westfalen gefördert wurde.