Aufbau und Regelung eines Batteriesimulators für automotive Anwendungen

Abstract

Die Elektrifizierung des Antriebsstranges bei Fahrzeugen hat in den vergangen Jahren immer mehr zugenommen und wird in Zukunft noch weiter ansteigen. Dieser Trend geht nicht nur in Richtung reiner Elektrofahrzeuge, sondern auch hin zu Hybridfahrzeugen. Durch diese Elektrifizierung steigt das Erfordernis, die Systeme entsprechend zu testen. Gerade in der frühen Testphase wird der Punkt, wo nur einzelne Komponenten getestet werden können schnell erreicht. Speziell die Traktionsbatterie ist dabei oft noch nicht verwendbar oder zu unhandlich für einen Prüfstandsaufbau. Deswegen wird als Ersatz für die Batterie bei solchen Prüfständen ein Batteriesimulator verwendet, welcher die eigentliche Traktionsbatterie ersetzt und so den Test eines Elektromotors ermöglicht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau eines solchen Batteriesimulators für automotive Anwendungen. Dieser Simulator stellt eine Erweiterung eines vorhandenen Motorprüfstandes dar. Es wird dabei der Prüfstand für Tests an elektrifizierten Fahrzeugantriebssträngen erweitert, wie zum Beispiel Tests von Einzelkomponenten oder auch das Zusammenspiel bei Hybridantriebsmodulen. In der Arbeit wird der Entwicklungsvorgang des Aufbaus eines Batteriesimulators dargestellt, welcher von Grund auf beginnt und beim fertigen Schaltschrank endet. Außerdem enthalten sind verschiedene Konzepte und die Auswahl der finalen Variante, die auch umgesetzt wurde. Es wird auch das Regelkonzept vorgestellt, mit dem schnell auf Lastsprünge reagiert werden kann. Abschluss der Arbeit sind die Messungen bei Belastung sowie die Identifikation der Kennwerte des Batteriesimulators sowie eine Diskussion der Ergebnisse.

The electrification of the powertrain of vehicles has risen the last years and will rise even more in the future. This trend is not only towards pure electric cars but also to hybrid cars. According to this electrification there will be also a growing need for a decent testing of this powertrains. In the early stage of testing, most likely only individual components could be tested. Especially the traction battery is often not ready to use at this point or too inconvenient for the test bench. That is why as a substitute for this traction battery a battery simulator will be used for testing of electric motors or hybrid modules. This thesis contains the design and implementation of such a battery simulator for automotive applications. This simulator is an extension for an existing engine test bench. It extends the test bench for tests on electrified vehicle powertrains, for example individual components testing and the interaction of hybrid modules. The development progress of the battery simulator will be shown from the scratch. The thesis contains some concepts to realize such simulators and the implementation of the final method. Also the concept of a control system to react on fast load transients is given. At the end of this thesis the resulting measurements under load as well as the identifying parameters of the simulator are demonstrated and also a discussion of the results is given.