Seitl, C. (2014). Development and implementation of a battery emulator for power hardware-in-the-loop simulations [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2014.22047
Im Stromnetz der Zukunft wird Erneuerbare Energie eine große Rolle spielen, um dem Klimawandel entgegen zu wirken und die Emission von Treibhausgasen zu reduzieren. Mit dem vermehrten Einsatz von volatilen Energieträgern wie Wind und Photovoltaik steigt auch der Bedarf an Speichersystemen. Neben effizienteren und kostengünstigeren Batterien ist auch die Entwicklung von dazugehöriger Leistungselektronik, wie zum Beispiel Batteriewechselrichter, essentiell. Das Testen solcher Leistungselektronik ist zeitintensiv und teuer. Batterien müssen zwischen Experimenten langwierig ge- bzw. entladen werden, was Laborzeit beansprucht und dadurch Geld kostet. Außerdem sind oft unterschiedliche Batterietypen, -spannungen und -kapazitäten notwendig. Eine Lösung dieses Problems ist es, echte Batterien durch emulierte zu ersetzen. Diese bestehen aus einem Echtzeitcomputer, der das Verhalten der Batterie anhand eines internen Batteriemodells berechnet, sowie aus einem Leistungsverstärker, der die berechnete Batteriespannung in eine reale Spannung umwandelt. Damit können verschiedene Batterietypen modelliert, bzw. deren Spannung, Kapazität und der Ladezustand beliebig vorgegeben werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines solchen Batterie-Emulators. Hierfür wird ein passendes Batteriemodell entwickelt, dessen Parametrisierung zuerst diskutiert und danach mithilfe realer Messungen aus einem standardisierten Fahrzyklus validiert. Anschließend wird das Batteriemodell auf ein Echtzeitsystem portiert und der Batterie-Emulator implementiert. Mithilfe einer Kombination aus konstanter Last und programmierbarer Stromquelle werden die Messungen des Fahrzyklus reproduziert und so der Batterie-Emulator verifiziert. Dabei erreicht der Batterie-Emulator eine Übereinstimmung von 95% im Vergleich zu den Messungen. Der entwickelte Batterie-Emulator kommt am Forschungsprüfstand des Austrian Institute of Technology zum Einsatz und ermöglicht dort schnellere und reproduzierbare Tests von Batteriewechselrichtern, Ladesäulen von Elektrofahrzeugen u.v.m., ohne die jeweilige Batterie kaufen zu müssen.
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Renewable energy will play an important role in the grid of the future in order to fight climate change and reduce greenhouse gas emissions. The increased use of volatile energy sources like wind and photovoltaic goes along with an enlarged demand of battery energy storage systems. Besides more efficient and cost-effective batteries, the development of battery related power electronics like battery inverters is vital. The test of such power electronics is time-consuming and expensive. Batteries have to be charged and discharged between experiment, a protracted procedure that costs time and hence also money. Furthermore, various battery types with different voltages and capacities are necessary. A solution to this problem is replacing a real with an emulated battery. These consist of a real time system that computes the behavior of the battery on the basis of an internal battery model, and of a power amplifier that converts the calculated battery voltage into a real voltage. That way various battery types can be modeled, as well as whose voltage, capacity and state of charge can be set arbitrary. This work deals with the development of such a battery emulator. Therefore a suitable battery model is developed, its parametrization discussed and afterwards validated by means of measurements form a standardized driving cycle. Then, the battery model is ported onto a real time system and the battery emulator is implemented. The measurements of the driving cycle are reproduced with a combination of a constant load and a programmable current source in order to verify the battery emulator. Here, the battery emulator achieves accuracy of 95% in comparison to the measurements. The developed battery emulator is deployed at the research test bed of the Austrian Institute of Technology and makes faster, more cost-effective and reproducible tests of battery related power electronics possible without the need of buying the particular batteries
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Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Zsfassung in dt. Sprache
