DE102010014070A1

DE102010014070A1 - Method and test bench for testing hybrid propulsion systems or subcomponents thereof

Info

Publication number: DE102010014070A1
Application number: DE102010014070A
Authority: DE
Inventors: Anton Tonchev; Stefan Dr. Jakubek
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2030-04-08
Also published as: DE102010014070B4; AT10763U2; AT10763U3; JP2010266439A; JP5132713B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Prüfen von Hybrid-Antriebssystemen wird das Prüfstandsystem über einen Batteriesimulator mit einer Gleichspannung versorgt. Der Batteriesimulator liefert dabei zu jedem Laststrom entsprechend einem Batteriemodell die zugehörige Gleichspannung. Um die Prüfläufe unter stabiler, genauer und in ihrer Genauigkeit auch kontrollierbarer Echtzeit-Simulation von hochkomplexen Energiespeichersystemen durchführen zu können, wird ein durch zwei in Serie geschaltete RC-Kreise in Serie mit einem weiteren Widerstand definiertes Batteriemodell verwendet und wird der Batteriesimulator mit konkreten Werten für diese Elemente parametriert. Auch die physikalische Interpretierbarkeit des Simulationsmodells wird erleichtert. Ein Prüfstand zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Batteriesimulator (8) mit einem Echtzeitrechner (14), in dem ein durch zwei in Serie geschaltete RC-Kreise (11) in Serie mit einem weiteren Widerstand (12) definiertes Batteriemodell (15) abgelegt ist. Vorteilhafterweise wird ein hochkomplexes Batteriemodell parametriert und anschließend einer mathematischen Modellreduktion, vorzugsweise durch "balanced truncation" unterzogen, um äquivalente Werte für das einfachere im Batteriesimulator aktivierte Batteriemodell zu ermitteln.In a method for testing hybrid drive systems, the test bench system is supplied with a DC voltage via a battery simulator. The battery simulator supplies the associated DC voltage for each load current in accordance with a battery model. In order to be able to carry out the test runs under stable, precise and controllable real-time simulation of highly complex energy storage systems, a battery model defined by two RC circuits connected in series with another resistor is used and the battery simulator with specific values for parameterized these elements. The physical interpretability of the simulation model is also made easier. A test bench for carrying out the method comprises a battery simulator (8) with a real-time computer (14) in which a battery model (15) defined by two RC circuits (11) connected in series with a further resistor (12) is stored. A highly complex battery model is advantageously parameterized and then subjected to a mathematical model reduction, preferably by "balanced truncation", in order to determine equivalent values for the simpler battery model activated in the battery simulator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Hybrid-Antriebssystemen oder Teilkomponenten davon, wobei das Prüfstandsystem über einen Batteriesimulator mit einer veränderlichen Gleichspannung U(t) versorgt wird, und wobei der Batteriesimulator zu jedem Laststrom i(t) entsprechend einem vorgegebenen Batteriemodell die zugehörige Gleichspannung liefert, sowie einen Prüfstand für Hybrid-Antriebssysteme oder Teilkomponenten davon, umfassend Antriebs- bzw. Belastungseinheiten für das Antriebssystem oder dessen Teilkomponenten, eine hochdynamisch regelbare Gleichspannungsquelle und eine Steuer- und Regeleinrichtung mit einem Echtzeitrechner, in welchem ein Batteriemodell abgelegt ist, das zu jedem Laststrom die zugehörige Spannung liefert.The invention relates to a method for testing hybrid drive systems or subcomponents thereof, wherein the test bed system is supplied via a battery simulator with a variable DC voltage U (t), and wherein the battery simulator for each load current i (t) according to a predetermined battery model, the associated DC voltage supplies, as well as a test bench for hybrid drive systems or subcomponents thereof, comprising drive or load units for the drive system or its subcomponents, a highly dynamically controllable DC voltage source and a control and regulating device with a real-time computer, in which a battery model is stored, to each Load current supplies the associated voltage.

Hybridfahrzeuge stellen eine Kombination aus mechanischen, elektrischen und steuernden Komponenten dar. Bei Prüfverfahren für Fahrzeuge ist es üblich, reale Komponenten durch simulierte Komponenten zu ersetzen. So besteht nun auch die Anforderung, für Prüfvorgänge bei Hybridfahrzeugen natürlich auch die elektrischen Komponenten simulieren zu können. So soll auch die Möglichkeit gegeben sein, die Aufgaben eines Hardware-in-the-loop-Prüfstands für Steuereinheiten mit dem hochdynamischen Prüfen der mechanischen und elektrischen Antriebskomponenten unter Betriebsbedingungen zu kombinieren.Hybrid vehicles represent a combination of mechanical, electrical and controlling components. In testing processes for vehicles, it is common to replace real components with simulated components. So now there is also the requirement to be able to simulate the electrical components for testing processes in hybrid vehicles, of course. So should also be given the opportunity to combine the tasks of a hardware-in-the-loop test bench for control units with the highly dynamic testing of the mechanical and electrical drive components under operating conditions.

An einem Prüfstand für elektronische Steuereinheiten verknüpft man eine einzelne Einheit oder mehrere Einheiten mit den entsprechenden Simulationsmodellen, so dass eine Validation der einzelnen Funktionen und der Kommunikation im Netzwerk der Steuereinheiten sowie die Überprüfung der Diagnose und eine grundlegende Anwendung ermöglicht werden. An Prüfständen für Antriebssysteme werden mehrere Teilsysteme, wie zum Beispiel ein Verbrennungsmotor, ein Getriebe und ein Differential, montiert. Auf diese Weise können die Batteriesysteme in den Fahrzeugen durch einen Batteriesimulator ersetzt werden, so dass verschiedene Strategien für das Energiemanagement getestet werden können. Daher wurden bereits Batteriesimulatoren entwickelt, welche das Verhalten von verschiedensten Arten und Konfigurationen von Energiespeichersystemen (Batterien, Supercaps, etc.) mit Hilfe von darin implementierten Echtzeit-Batteriemodellen nachbilden, welche Modelle die realen Energiespeicher durch vereinfachte Modelle nachbilden. Diese vereinfachten Batterie- oder Supercapmodelle werden am Batteriesimulator in Echtzeit, d. h. mit interner Taktung der Berechnung der Batteriemodelle des Batteriesimulators von größer oder gleich 10 kHz, ausgeführt. Eingelesen wird der aktuelle Laststrom und ausgegeben werden Sollwerte für die Klemmenspannung der simulierten Batterie. Der Batteriesimulator verfügt dazu über einen Echtzeitrechner und emuliert somit das Verhalten (die Impedanz) einer echten Batterie oder eines Supercaps unter den Bedingungen, die durch den Versuchsaufbau und die Vorgaben am Prüfstand auftreten.An electronic control unit test bench combines a single unit or multiple units with the corresponding simulation models to enable validation of the individual functions and communication in the network of control units as well as verification of the diagnosis and a basic application. On test stands for propulsion systems several subsystems, such as an internal combustion engine, a gearbox and a differential, mounted. In this way, the battery systems in the vehicles can be replaced by a battery simulator so that different energy management strategies can be tested. Therefore, battery simulators have been developed, which simulate the behavior of various types and configurations of energy storage systems (batteries, supercaps, etc.) using real-time battery models implemented therein, which models simulate the real energy storage through simplified models. These simplified battery or supercap models are displayed on the battery simulator in real time, i. H. with internal clocking of the battery model of the battery simulator greater than or equal to 10 kHz. The current load current is read in and nominal values for the terminal voltage of the simulated battery are output. The battery simulator has a real-time computer for this purpose and thus emulates the behavior (impedance) of a real battery or a supercap under the conditions that arise through the test setup and the specifications on the test bench.

Bislang bilden jedoch die eingesetzten Batteriemodelle die realen Energiespeichersysteme nicht ausreichend genau ab, wenn sie so einfach gestaltet sind, dass sie auf einem Echtzeitrechner stabil laufen. Auch ist kaum eine Aussage zu treffen, mit welcher Genauigkeit die Modelle die Realität abbilden. Batteriemodelle, die den komplexen Aufbau von Energiespeichersystemen wie beispielsweise Supercaps möglichst exakt widerspiegeln, sind hingegen sehr aufwendig in der Simulationsrechnung und für Prüfstandsanwendungen in Echtzeit nicht geeignet.So far, however, the battery models used do not adequately depict the real energy storage systems if they are so simple that they run stably on a real-time computer. It is also difficult to say what accuracy the models use to represent reality. Battery models that reflect the complex structure of energy storage systems such as supercaps as accurately as possible, however, are very expensive in the simulation calculation and not suitable for test bench applications in real time.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung waren daher ein Verfahren und ein Prüfstand, bei welchen Prüfläufe mit einem Batteriesimulator unter möglichst stabiler, genauer und in ihrer Genauigkeit auch kontrollierbarer Echtzeit-Simulation von hochkomplexen Energiespeichersystemen durchgeführt werden können. Auch die physikalische Interpretierbarkeit des angewendeten Simulationsmodells soll erleichtert werden.The object of the present invention was therefore a method and a test bench in which test runs can be carried out with a battery simulator under the most stable, more accurate and in their accuracy also controllable real-time simulation of highly complex energy storage systems. The physical interpretability of the applied simulation model should also be facilitated.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs definierte Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Batteriesimulator ein durch zwei in Serie geschaltete RC-Kreise in Serie mit einem weiteren Widerstand definiertes Batteriemodell aktiviert und der Batteriesimulator mit konkreten Werten für die Elemente dieses Batteriemodells parametriert wird. Ein derartiges Modell ist auch in Echtzeit gut berechenbar und liefert eine gute Simulation realer Energiespeichersysteme. Überdies ist es durch den Ersatz komplexer Konfigurationen durch eine einfachere Schaltung gut physikalisch interpretierbar, was für die Beurteilung der stabilen Anwendung im Batteriesimulator wichtig ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für die Simulation aller Energiespeichersysteme, die über ein Impedanzmodell mit entsprechendem Schaltplan dargestellt werden können.To achieve this object, the method defined at the beginning is characterized in that in the battery simulator a battery model defined by two series-connected RC circuits in series with another resistor is activated and the battery simulator is parameterized with concrete values for the elements of this battery model. Such a model can also be calculated well in real time and provides a good simulation of real energy storage systems. Moreover, by replacing complex configurations with a simpler circuit, it is well-physically interpretable, which is important for assessing stable application in the battery simulator. The inventive method is suitable for the simulation of all energy storage systems that can be represented via an impedance model with a corresponding circuit diagram.

Gemäß einer vorteilhaften Variante dieses Verfahrens ist vorgesehen, dass ein hochkomplexes Batteriemodell mit Werten für die dieses Modell definierenden Bauteile parametriert und anschließend einer mathematischen Modellreduktion unterzogen wird, wobei automatisch äquivalente Werte für zwei in Serie geschaltete RC-Kreise und einen damit in Serie geschalteten weiteren Widerstand ermittelt und das im Batteriesimulator aktivierte Batteriemodell mit diesen Werten parametriert wird. Damit kann das Verhalten selbst komplexer Energiespeichersysteme, insbesondere Supercaps, mit kontrollierbarer Genauigkeit im Batteriesimulator in Echtzeit nachgebildet werden.According to an advantageous variant of this method, it is provided that a highly complex battery model is parameterized with values for the components defining this model and then subjected to a mathematical model reduction, wherein automatically equivalent values for two RC circuits connected in series and a further resistor connected in series therewith determined and the battery model activated in the battery simulator is parameterized with these values. This allows the behavior of even complex energy storage systems, in particular supercaps, to be controlled Accuracy in the battery simulator can be simulated in real time.

Vorzugsweise wird das hochkomplexe Batteriemodell einer Modellreduktion durch balanced truncation unterzogen. Diese Methode ermöglicht eine stabile Modellreduktion, sodass aus den hochkomplexen Batteriemodellen mit kontrollierbarer Genauigkeit und Stabilität einfachere Modelle erzeugt werden, welche durch ihre Repräsentation in Form von nachvollziehbaren Ersatzschaltungen mit Widerständen und Kapazitäten gut physikalisch interpretierbar sind, was wiederum für die Beurteilung der stabilen Anwendung im Batteriesimulator wichtig ist.Preferably, the highly complex battery model is subjected to a model reduction by balanced truncation. This method allows for robust model reduction, resulting in the creation of simpler models of highly complex battery models with controllable accuracy and stability that are well physically interpretable through their representation in the form of traceable equivalent resistive and capacitive equivalent circuits, again for the assessment of stable battery simulator application important is.

Um sich allenfalls sehr rasch verändernde Zustände des komplexen Energiespeichersystems berücksichtigen zu können, beispielsweise in assoziierten Anwendungen wie etwa dem ”Battery Stressing”, ist vorgesehen, dass mehrere Konfigurationen einer realen Batterie durch jeweils ein diskretes hochkomplexes Batteriemodell definiert werden, wobei jedes Batteriemodell der mathematischen Modellreduktion unterzogen und in einer Modellbibliothek abgelegt wird. So werden beispielsweise unterschiedliche Ausfallszenarien als separate Modelle in einer Modellbibliothek hinterlegt. Eine derartige Bibliothek von Modellen kann auch für unterschiedliche Arbeits- und/oder Umgebungstemperaturen des Energiespeichersystems erstellt werden, wobei ein reduziertes Modell mit physikalisch interpretierbaren Parametern in diesem Fall auch eine Interpolation für Zwischentemperaturen gestattet.In order to be able to take into account very rapidly changing conditions of the complex energy storage system, for example in associated applications such as "battery stressing", it is envisaged that several configurations of a real battery are defined by a discrete, highly complex battery model, each battery model of mathematical model reduction and stored in a model library. For example, different failure scenarios are stored as separate models in a model library. Such a library of models can also be created for different working and / or ambient temperatures of the energy storage system, whereby a reduced model with physically interpretable parameters in this case also permits interpolation for intermediate temperatures.

Je nach Komplexität des anfänglichen Batteriemodells bzw. Leistungsfähigkeit des Rechners kann die Bestimmung der Werte für das Batteriemodell vor oder parallel zur Simulation der Batterie im Batteriesimulator durchgeführt werden.Depending on the complexity of the initial battery model or performance of the computer, the determination of the values for the battery model may be performed prior to or in parallel with the simulation of the battery in the battery simulator.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch gelöst durch einen Prüfstand für Hybrid-Antriebssysteme oder Teilkomponenten davon, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass im Echtzeitrechner ein Batteriemodell abgelegt ist, das durch zwei in Serie geschaltete RC-Kreise in Serie mit einem weiteren Widerstand definiert ist.The object stated at the outset is also achieved by a test stand for hybrid drive systems or subcomponents thereof, which is inventively characterized in that a battery model is stored in the real-time computer, which is defined by two series-connected RC circuits in series with another resistor.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines derartigen Prüfstandes ist dadurch gekennzeichnet, dass im Echtzeitrechner ein Algorithmus für eine mathematische Modellreduktion eines hochkomplexen Batteriemodells abgelegt ist, das aus einem komplexen Schaltplan durch Modelreduktion äquivalente Werte für zwei in Serie geschaltete RC-Kreise und einen damit in Serie geschalteten weiteren Widerstand liefert.An advantageous embodiment of such a test stand is characterized in that an algorithm for a mathematical model reduction of a highly complex battery model is stored in the real-time computer, which consists of a complex circuit diagram by model reduction equivalent values for two series-connected RC circuits and a further connected in series further resistance supplies.

Dabei kann ein mit dem Echtzeitrechner gekoppelter Präprozessor vorgesehen sein, in welchem ein Algorithmus für eine mathematische Modellreduktion eines hochkomplexen Batteriemodells abgelegt ist, der aus einem komplexen Schaltplan die äquivalenten Werte für zwei in Serie geschaltete RC-Kreise und einen damit in Serie geschalteten weiteren Widerstand liefert und dem Echtzeitrechner zur Verfügung stellt.In this case, a preprocessor coupled to the real-time computer can be provided, in which an algorithm for a mathematical model reduction of a highly complex battery model is stored, which supplies the equivalent values for two RC series connected in series and a further resistor connected in series from a complex circuit diagram and the real-time computer.

Um eine einfache, stabile und physikalisch gut interpretierbare Modellreduktion zu erhalten, ist im Echtzeitrechner bzw. dem Präprozessor ein Algorithmus implementiert, der das hochkomplexe Batteriemodell einer Modellreduktion durch balanced truncation unterzieht.In order to obtain a simple, stable and physically well-interpretable model reduction, an algorithm is implemented in the real-time computer or the preprocessor, which subjects the highly complex battery model to a model reduction by balanced truncation.

Wenn gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Prüfstandes im Echtzeitrechner oder einer damit gekoppelten Speichereinrichtung eine Bibliothek mit mehreren Batteriemodellen implementiert ist, welche durch mathematische Modellreduktion von mehreren diskreten hochkomplexen Batteriemodellen einer realen Batterie erzeugt worden sind, können sich allenfalls sehr rasch verändernde Zustände des komplexen Energiespeichersystems berücksichtigt werden.If according to a further embodiment of the test bench in the real-time computer or a storage device coupled thereto a library with several battery models is implemented, which have been generated by mathematical model reduction of several discrete highly complex battery models of a real battery, possibly very rapidly changing states of the complex energy storage system can be considered ,

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden.In the following description, the invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

Dabei zeigt die 1 ein Schema eines Prüfstandes für Komponenten eines Hybridfahrzeuges, 2 ist ein einfaches Schaltbild eines bislang in Batteriesimulatoren bei Prüfständen entsprechend 1 eingesetzten Batteriemodells, die 3 ist ein Schaltbild eines verbesserten Batteriemodells, welchem beim erfindungsgemäßen Verfahren und Prüfstand zum Einsatz kommt, 4 zeigt ein Schaltbild eines Supercaps als Beispiel eines hochkomplexen Energiespeichersystems, 5 ist ein Schema eines erfindungsgemäßen Systems am Prüfstand gemäß einer ersten Ausführungsform mit Modellreduktion vor der Batteriesimulation, und 6 zeigt ein Schema eines erfindungsgemäßen Systems am Prüfstand gemäß einer weiteren Ausführungsform mit paralleler Modellreduktion und Batteriesimulation.It shows the 1 a schematic of a test bench for components of a hybrid vehicle, 2 is a simple circuit diagram of a battery simulators so far in test benches accordingly 1 used battery model, the 3 is a circuit diagram of an improved battery model, which is used in the method and test stand according to the invention, 4 shows a circuit diagram of a supercaps as an example of a highly complex energy storage system, 5 is a schematic of a system according to the invention on the test bench according to a first embodiment with model reduction before the battery simulation, and 6 shows a schematic of a system according to the invention on the test bench according to another embodiment with parallel model reduction and battery simulation.

Beim Prüfstand gemäß 1 ist die Motor-Getriebe-Einheit 1 eines Hybridfahrzeuges mit elektrischen Antriebs- bzw. Belastungsmaschinen 2 gekoppelt, welche die im realen Betrieb auf die Motor-Getriebe-Einheit 1 wirkenden Momente nachbilden. Dazu werden die Antriebs- und Belastungsmaschinen 2 über die Prüfstandssteuerung und -automatisierung 3 angesteuert. Ebenfalls mit der Prüfstandssteuerung und -automatisierung 3 gekoppelt sind in bekannter Weise das Motorsteuergerät 4, das Fahrzeugsteuergerät 5 und das Hybridsteuergerät 6, welche an einem Bussystem 7 angeschlossen und damit untereinander und mit der Prüfstandssteuerung und -automatisierung 3 verbunden sind. Weiters wird von der Prüfstandssteuerung und -automatisierung 3 der Batteriesimulator 8 angesteuert, der das Verhalten des jeweils vorgesehenen Energiespeichersystems und dessen aktuellen Zustand nachbildet und nach Einlesen des aktuellen Laststroms einen Sollwert für die Klemmenspannung des Energiespeichersystems ausgibt.At the test bench according to 1 is the engine-transmission unit 1 a hybrid vehicle with electric drive or loading machines 2 coupled, which in real operation to the engine-transmission unit 1 imitate acting moments. These are the drive and loading machines 2 about the test bench control and automation 3 driven. Also with the test bench control and automation 3 are coupled in a known manner, the engine control unit 4 , the vehicle control unit 5 and the hybrid controller 6 which are connected to a bus system 7 connected and thus with each other and with the test rig control and automation 3 are connected. Furthermore, the test bench control and automation 3 the battery simulator 8th controlled, which simulates the behavior of the respective envisaged energy storage system and its current state and outputs a setpoint for the terminal voltage of the energy storage system after reading the current load current.

Die 2 zeigt das Schaltbild eines bislang häufig angewendeten Batteriemodells, welches mittels einer Konstantspannungsquelle 9 und eines einstellbaren Widerstandes 10 die Klemmenspannung UBat entsprechend dem vorgegebenen Laststrom einstellt. Derartige Modelle bilden jedoch die realen Energiespeichersysteme nicht ausreichend genau ab. Überdies ist kaum eine Aussage zu treffen, mit welcher Genauigkeit diese Modelle die Realität abbilden.The 2 shows the circuit diagram of a hitherto frequently applied battery model, which by means of a constant voltage source 9 and an adjustable resistor 10 Sets the terminal voltage UBat according to the given load current. However, such models do not adequately depict the real energy storage systems. Moreover, it is difficult to say what accuracy these models represent the reality.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für eine in Echtzeit gut berechenbare und möglichst genaue Simulationen realer Energiespeichersysteme im Batteriesimulator 8 ein Modell gemäß 3 verwendet. Dieses Modell bildet die realen Systeme durch ein Ersatzschaltbild mit zwei in Serie geschalteten RC-Kreisen 11 in Serie mit einem weiteren Widerstand 12 ab, mit welchen dieses Batteriemodell für die Simulation parametriert wird. Dies kann durch Eingabe der konkreten Werte über ein entsprechendes Parametrierwerkzeug der Prüfstandsautomatisierung und -steuerung geschehen. Die einfache Schaltung der 3 ist gut physikalisch interpretierbar und damit gut beurteilbar, was die stabile Anwendung im Batteriesimulator 8 betrifft.In accordance with the present invention, real-time energy storage systems in the battery simulator are realizable for real-time, highly predictable and accurate simulations 8th a model according to 3 used. This model forms the real systems by an equivalent circuit diagram with two RC circuits connected in series 11 in series with another resistor 12 with which this battery model is parameterized for the simulation. This can be done by entering the concrete values via a corresponding parameterization tool of the test bed automation and control. The simple circuit of 3 is well physically interpretable and therefore easily assessable, which is the stable application in the battery simulator 8th concerns.

Die Werte für das Batteriemodell der 3 können vorzugsweise aber auch dadurch ermittelt werden, dass ein hochkomplexes Batteriemodell, ein Beispiel dafür ist in 4 dargestellt, mit Werten für die dieses komplexe Modell definierenden Bauteile parametriert und anschließend einer mathematischen Modellreduktion unterzogen wird. Aus dieser Modellreduktion werden dann automatisch äquivalente Werte für die zwei in Serie geschalteten RC-Kreise 11 und den einen damit in Serie geschalteten weiteren Widerstand 12 ermittelt. Diese Werte werden dann für das im Batteriesimulator 8 aktivierte Batteriemodell übernommen. Eine bevorzugte Methode für die Modellreduktion ist das Verfahren zur „balanced truncation”. Diese spezielle Methode hat den Vorteil, dass eine quantitative Diagnose der erzielten Genauigkeit des reduzierten Modells möglich ist. Überdies liefert dieses Modell auch die Dissipationsleistung der virtuellen Batterie, welche einer vorzugsweise separat berechneten Simulation der Temperatur der Batterie zugeführt wird. Die über die Temperatursimulation ermittelten Wert können aber umgekehrt dazu verwendet werden, um das zugrundeliegende hochkomplexe Modell zu parametrieren, was dann nach einer Modellreduktion das im Batteriesimulator 8 aktivierte Modell beeinflusst.The values for the battery model of the 3 However, they can preferably also be determined by the fact that a highly complex battery model is an example of this 4 is parameterized with values for the components defining this complex model and then subjected to a mathematical model reduction. From this model reduction then automatically equivalent values for the two series RC circuits 11 and the one connected in series further resistance 12 determined. These values are then used for the battery simulator 8th Activated battery model adopted. A preferred method for model reduction is the method of "balanced truncation". This special method has the advantage that a quantitative diagnosis of the achieved accuracy of the reduced model is possible. Moreover, this model also provides the dissipation performance of the virtual battery, which is supplied to a preferably separately calculated simulation of the temperature of the battery. Conversely, the values determined by the temperature simulation can be used to parameterize the underlying highly complex model, which then, after a model reduction, in the battery simulator 8th activated model influenced.

Am Prüfstand, wie etwa in 1 dargestellt, ergibt sich aufgrund der oben erläuterten Vorgangsweise ein Ablauf wie in 5 dargestellt. Das Hybridsystem 1 stellt am Prüfstand für den Batteriesimulator 8 allgemein eine elektrische Last dar. Der Batteriesimulator 8 umfasst eine hochdynamisch regelbare Gleichspannungsquelle 13 und einen Echtzeitrechner 14, in welchem ein Batteriemodell 15 – entsprechend jenem der 3 – abgelegt ist. Zu jedem vom der elektrischen Last aufgenommenen Laststrom berechnet der Echtzeitrechner mit einer internen Taktung von gleich oder größer 10 kHz die zugehörige Sollspannung U_Soll und steuert die Gleichspannungsquelle an, dass diese die Spannung U_Soll einregelt.On the test bench, such as in 1 shown, results due to the procedure described above, a procedure as in 5 shown. The hybrid system 1 puts on the test bench for the battery simulator 8th generally an electrical load. The battery simulator 8th includes a highly dynamically adjustable DC voltage source 13 and a real-time calculator 14 in which a battery model 15 - according to that of 3 - is stored. For each load current absorbed by the electrical load, the real-time computer calculates the associated setpoint voltage U_setpoint with an internal clocking equal to or greater than 10 kHz and controls the DC voltage source so that it regulates the voltage U_setpoint.

Die Werte für die Parametrierung des Batteriemodells des Echtzeitrechners 14 werden im Beispiel der 5 durch einen vorgeschalteten Präprozessor 16 geliefert, der mit Werten für ein hochkomplexes Modell (4) für das Energiespeichersystem parametriert wird und über einen Algorithmus für eine mathematische Modellreduktion, vorzugsweise einer Modellreduktion durch „balanced truncation” äquivalente Werte die Bauteile entsprechend dem vereinfachten Batteriemodell 15 im Echtzeitrechner 14 liefert.The values for the parameterization of the battery model of the real-time computer 14 in the example of the 5 through an upstream preprocessor 16 delivered with values for a highly complex model ( 4 ) is parameterized for the energy storage system and, via an algorithm for a mathematical model reduction, preferably a model reduction by "balanced truncation" equivalent values, the components according to the simplified battery model 15 in the real-time computer 14 supplies.

Dabei kann der Präprozessor 16 vor Beginn oder parallel mit der Simulation auch mehrere Konfigurationen einer realen Batterie durch jeweils ein diskretes hochkomplexes Batteriemodell in die zugehörigen Werte für das im Echtzeitrechner 14 des Batteriesimulators 8 umrechnen und vorzugsweise in einer dem Echtzeitrechner 14 vorgeschalteten Modellbibliothek 17 ablegen. So können unterschiedliche Modellvarianten abgelegt werden, z. B. solche, in denen bestimmte Zellen der Batterie fehlerhaft sind. Solche Varianten werden ebenfalls durch Modellreduktion vereinfacht. Durch Wechsel von einem ”Nominalmodell” in eine solche Modellvariante kann der Batteriesimulator 8 das Auftreten von fehlerhaften Batteriezellen in Echtzeit abbilden. Auch können in einer solchen Bibliothek von Modellen unterschiedliche Ladungszustände und/oder Temperaturen des Energiespeichersystems abgebildet werden. In jedem Fall wird der ohmsche Innenwiderstand des komplexen Batteriemodells (R1 in 4), d. h. der Realteil der Impedanz, immer direkt und korrekt auf das reduzierte Modell (R0 in 3, 5 und 6) abgebildet. Dazu wird beispielsweise bei der balanced truncation als Nebenbedingung gleiche DC-Verstärkung gefordert.The preprocessor can do this 16 before the start or in parallel with the simulation also several configurations of a real battery by a discrete highly complex battery model into the corresponding values for the real-time computer 14 of the battery simulator 8th and preferably in a real-time computer 14 upstream model library 17 lay down. So different model variants can be stored, z. For example, those in which certain cells of the battery are faulty. Such variants are also simplified by model reduction. By changing from a "nominal model" into such a model variant, the battery simulator 8th Imaging the occurrence of faulty battery cells in real time. Also, different charge states and / or temperatures of the energy storage system can be mapped in such a library of models. In any case, the ohmic internal resistance of the complex battery model (R1 in 4 ), ie the real part of the impedance, always directly and correctly on the reduced model (R0 in 3 . 5 and 6 ). For this purpose, the same DC gain is required as a secondary condition in balanced truncation, for example.

In 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Bestimmung der Werte für das vereinfachte Batteriemodell 15 im Echtzeitrechner 14 selbst vor und vorzugsweise auch parallel zur Simulation der Batterie im Batteriesimulator 8 durchgeführt wird. Dazu erfolgt die Modellreduktion vom hochkomplexen Batteriemodell 18 (entsprechend der 4) auf die äquivalenten Werte von R und C für das Batteriemodell 15 unmittelbar im Echtzeitrechner 14.In 6 an embodiment is shown in which the determination of the values for the simplified battery model 15 in the real-time computer 14 even before and preferably also parallel to the simulation of the battery in the battery simulator 8th is carried out. For this, the model reduction of the highly complex battery model takes place 18 (according to the 4 ) to the equivalent values of R and C for the battery model 15 directly in the real-time computer 14 ,

Über Vergleiche des komplexen Ausgangsmodells (4) mit dem reduzierten Modell (3) durch Vergleich der Sprungantworten (Laststrom) bzw. über deren Bode-Diagramm (die sinnvolle obere Grenzfrequenz wird durch die Bandbreite des Batteriesimulators festgelegt) konnte verifiziert werden, dass über die Modellreduktion ein genaues und echtzeitfähiges Batteriemodell erhalten werden kann. Das reduzierte Batteriemodell wird in seiner Bandbreite an jene des Batteriesimulators 8 angepasst, wodurch sich eine optimale Nutzung der Rechenleistung des Echtzeitrechners 14 und eine Verbesserung der Stabilität des Regelkreises ergibt, da das Batteriemodell den Regelkreis des Batteriesimulators 8 nicht oder nur in vernachlässigbarem Ausmaß verstimmt.Comparisons of the complex initial model ( 4 ) with the reduced model ( 3 ) by comparing the step responses (load current) or via their Bode diagram (the meaningful upper limit frequency is determined by the bandwidth of the battery simulator) was able to verify that the model reduction an accurate and real-time battery model can be obtained. The reduced battery model will be similar in bandwidth to that of the battery simulator 8th adapted, resulting in an optimal use of the computing power of the real-time computer 14 and an improvement in the stability of the control loop, since the battery model is the control loop of the battery simulator 8th not or only to a negligible extent detuned.

Claims

Method for testing hybrid propulsion systems or subcomponents thereof, wherein the test bed system is supplied with a variable DC voltage U (t) via a battery simulator, and wherein the battery simulator supplies the associated DC voltage to each load current i (t) according to a predetermined battery model, characterized in that in the battery simulator a battery model defined by two series-connected RC circuits in series with another resistor is activated and the battery simulator is parameterized with concrete values for the elements of this battery model.

A method according to claim 1, characterized in that a highly complex battery model is parameterized with values for the components defining this model and then subjected to a mathematical model reduction, automatically determining equivalent values for two RC series connected in series and a further resistor connected in series therewith and the battery model activated in the battery simulator is parameterized with these values.

A method according to claim 2, characterized in that the highly complex battery model is subjected to a model reduction by balanced truncation.

A method according to claim 2 or 3, characterized in that a plurality of configurations of a real battery are defined by a respective discrete, highly complex battery model, wherein each battery model is subjected to the mathematical model reduction and stored in a model library.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the determination of the values for the battery model is carried out before or in parallel to the simulation of the battery in the battery simulator.

Test bench for hybrid drive systems or subcomponents thereof, comprising drive or load units ( 2 ) for the drive system or its subcomponents ( 1 ), a highly dynamically controllable DC voltage source ( 13 ), a control device ( 3 ) and a battery simulator ( 8th ) with a real-time computer ( 14 ), in which a battery model is stored, which supplies the associated voltage U (t) for each load current i (t), characterized in that in the real-time computer ( 14 ) a battery model ( 15 ), which is controlled by two series-connected RC circuits ( 11 ) in series with another resistor ( 12 ) is defined.

Test stand according to claim 6, characterized in that in the real-time computer ( 14 ) an algorithm for a mathematical model reduction of a highly complex battery model ( 18 ), from a complex circuit diagram model-equivalent values for two series-connected RC circuits ( 11 ) and a further resistor connected in series therewith ( 12 ).

Test stand according to claim 6, characterized in that a with the real-time computer ( 14 ) coupled preprocessor ( 16 ), in which an algorithm for a mathematical model reduction of a highly complex battery model ( 18 ), from a complex circuit diagram, the equivalent values for two series-connected RC circuits ( 11 ) and a further resistor connected in series therewith ( 12 ) and the real-time computer ( 14 ).

Test stand according to claim 7 or 8, characterized in that in the real-time computer ( 14 ) or the preprocessor ( 16 ) an algorithm is implemented, which is the highly complex battery model ( 18 ) undergoes a model reduction by balanced truncation.

Test stand according to one of claims 6 to 9, characterized in that in the real-time computer ( 14 ) or a memory device coupled thereto ( 17 ) a library of multiple battery models is implemented, which can be modeled mathematically by multiple discrete highly complex battery models ( 18 ) of a real battery have been generated.