AT510998B1

AT510998B1 - Test- und Prüfstandssystem für zumindest teilelektrifizierte Kraftmaschinen

Info

Publication number: AT510998B1
Application number: AT500862012A
Authority: AT
Inventors: Günter Dr Prochart; Gottfried Dipl Ing Schipfer; Kurt Dr Gschweitl; Stephan Mas Kunzfeld
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2014-08-15
Also published as: AT510998A2; AT510998A3; WO2013135741A1

Abstract

Ein Test- und Prüfstandssystem für zumindest teilelektrifizierte Kraftmaschinen, insbesonderefür Hybrid- oder vollelektrifizierte Fahrzeuge, weist ein Testautomatisierungssystem(1) mit Messtechnik (2) und Schnittstellen, sowie einen Batterieemulator (3) auf, dereine Leistungselektronik ( 4) bzw. einen Elektromotor (5) versorgt und über ein Batteriemodelldie aktuellen Spannungswerte am DC Ausgang (6) zur Leistungselektronik (4) berechnet.Dabei bildet der Batterieemulator (3) das unterschiedliche Lade- und Entladeverhaltenrealer Batterien nach.

Description

österreichisches Patentamt AT510 998B1 2014-08-15

Beschreibung

TEST- UND PRÜFSTANDSSYSTEM FÜR ZUMINDEST TEILELEKTRIFIZIERTE KRAFTMASCHINEN

[0001] Die Erfindung betrifft ein Test- und Prüfstandssystem für zumindest teilelektrifizierte Kraftmaschinen, insbesondere für Hybrid- oder vollelektrifizierte Fahrzeuge, umfassend ein Testautomatisierungssystem mit Messtechnik und Schnittstellen, sowie einem Batterieemulator, der eine Leistungselektronik bzw. einen Elektromotor versorgt und über ein Batteriemodell die aktuellen Spannungswerte am DC Ausgang zur Fahrzeugelektronik berechnet.

[0002] Für die Entwicklung von Hybrid- (HEV) und vollelektrifizierten Fahrzeugen (EV) werden entsprechende Test- und Prüfstandssysteme benötigt. Eine wichtige Komponente eines solchen Test- und Prüfstandssystems stellt die Batterieemulation (auch Batteriesimulation) dar, welches das Verhalten einer realen Batterie (Hochvoltspeichers) nachbildet, damit Testzyklen reproduzierbar sind bzw. dass Tests überhaupt möglich sind, sofern nur Batterieprototypen vorhanden sind, welcher der Entwicklung nicht zur Verfügung stehen. Wichtig sind bei dieser Nachbildung vor allem das elektrische und thermische Verhalten, sowie der Ladezustand (state of Charge). Des Weiteren unterscheidet sich bei einer realen Batterie das Verhalten für Ladung und Entladung.

[0003] Die JP 2012 047 715 A offenbart einen Batteriesimulator mit einer Referenzzelle, an der eine elektrische Last angelegt wird und dabei die Spannung der Referenzzelle erfasst wird. Die Spannung der Referenzzelle wird dann auf die Batterie, die aus einer Anzahl solcher Zellen besteht, hochskaliert und die hochskalierte Spannung wird dann im Batteriesimulator als Nachbildung der realen Batterie erzeugt. Ein solcher Batteriesimulator benötigt kein Modell der Batterie zur Nachbildung des Verhaltens der Batterie. Allerdings können damit auch keine Zellen mit unterschiedlichem Ladezustand oder Gesundheitszustand simuliert werden.

[0004] Aus der DE 10 2010 014 070 A1 geht ein Testsystem für teilelektrifizierte Kraftmaschinen mit einem Batterieemulator hervor, in dem ein Modell der Batterie in Form von in Serie geschalteten RC-Kreisen implementiert ist. Die Parametrisierung des Batteriemodells erfolgt mittels eines komplexen Batteriemodells, das einer mathematischen Modellreduktion unterworfen wird, um die Parameter des einfacheren, im Batterieemulator implementierten Batteriemodells zu erhalten.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Test- und Prüfstandssystem, bei welchem die Tests von insbesondere Traktionsbatterien noch realistischer ablaufen können.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Batterieemulator über das Batteriemodell das unterschiedliche Lade- und Entladeverhalten realer Batterien nachbildet.

[0007] Ein erstes Ausführungsbeispiel dafür ist dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell durch ein elektrotechnisches Ersatzschaltbild definiert ist, dessen Bauteilen für den Lade- bzw. Entladevorgang unterschiedliche Werte zugewiesen sind.

[0008] Es kann auch vorgesehen sein, dass das Batteriemodell für den Lade- bzw. Entladevorgang unterschiedlich parametriert ist bzw. zusätzliche Eigenschaften aufweist.

[0009] Vorteilhafterweise ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell eine Ladezustandsberechnung und/oder ein Modell zur Nachbildung von Temperatureinflüssen enthält.

[0010] Ein erfindungsgemäßes System kann auch die Merkmale beinhalten, dass ein übergeordnetes Automatisierungssystem Prüfzyklen vorgibt, wobei dem Batterieemulator Werte für Ladezustand und Temperatur vorgegeben werden.

[0011] In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert werden.

[0012] Dabei zeigt die [0013] Fig. 1 eine schematische Darstellung für eine Prüfstandstopologie mit Batterieemulator, und [0014] Fig. 2 ist ein Diagramm mit Darstellung des unterschiedlichen Verhaltens einer Batterie für das

Laden bzw. Entladen. 1 /4 österreichisches Patentamt AT510 998B1 2014-08-15 [0015] Ein Test- und Prüfstandssystem gemäß der vorliegenden Erfindung und wie beispielhaft in Fig. 1 dargestellt besteht aus einem Testautomatisierungssystem 1 mit entsprechender Messtechnik 2 und Schnittstellen, sowie dem Batterieemulator 3 mit Anschlussstelle. Der Batterieemulator 3 versorgt die Leistungselektronik (Inverter) 4 bzw. den E-Motor 5 und/oder weitere elektrische bzw. elektronische Lasten, wie durch die symbolische Leitung 5a parallel zum E-Motor 5 dargestellt ist. Ein übergeordnetes Automatisierungssystem kann Prüfzyklen vorgeben, wobei dem Batterieemulator 3 Werte für Ladezustand und Temperatur vorgegeben werden.

[0016] Der Batterieemulator 3 berechnet über ein entsprechendes Batteriemodell die aktuellen Spannungswerte am DC Ausgang 6 zur Leistungselektronik 4. Eine Steuereinheit 7 ist, vorzugsweise über CAN-Bus mit sowohl dem Batterieemulator 3 als auch der Leistungselektronik 4 verbunden.

[0017] Das Batteriemodell besteht im Allgemeinen aus einem elektrotechnischen Ersatzschaltbild mit entsprechenden Bauteilwerten und umfasst weiter vorzugsweise eine Ladezustandsberechnung sowie ein Modell zur Nachbildung von Temperatureinflüssen.

[0018] Das elektrotechnische Ersatzschaltbild im Rahmen des Batteriemodells definiert dabei das Verhalten der nachgebildeten Batterie in Abhängigkeit von der Last, d.h. der aktuellen Belastung durch die Inverter/E-Motor-Kombination 4, 5. Dieses Ersatzschaltbild kann eine unterschiedliche Anzahl von Bauelementen enthalten, im einfachsten Fall einen je nach Stromrichtung unterschiedlich großen Widerstand bzw. für komplexere Nachbildungen eine Reihe von RC-Netzwerken in Serie und ebenfalls in Serie mit wiederum einem je nach Stromrichtung unterschiedlich großen Widerstand. Dabei können prinzipiell auch die Bauteilwerte aller RC-Netzwerke typischenweise für unterschiedliche Stromrichtung unterschiedlich ausgelegt sein. Die Nachbildung kann dabei von Modellen einer Zelle bis hin zu Modellen für ganze Batterie-Module bzw. -Packs gehen.

[0019] Über eine spezielle Auswahl der Bauteile im elektrotechnischen Ersatzschaltbild des Batteriemodells und der erwähnten entsprechenden Festlegung der Bauteilwerte, d.h. Parametrierung für jeweils positiven und negativen Stromfluss, kann das unterschiedliche Verhalten realer Batterien für das Laden bzw. Entladen nachgebildet werden. Dieses Verhalten wird schematisch in Fig. 2 als hystereseartiger Kurvenverlauf der Spannung - wobei die obere Kurve die Gegebenheiten des Ladevorganges und die untere Kurve jene des Entladevorganges darstellt - über dem Lastzustand dargestellt. Im Modell muss dann über die Stromrichtung unterschieden werden, welche Werte zur Berechnung der DC Ausgangsspannung herangezogen werden. 2/4

Claims

österreichisches Patentamt AT510 998B1 2014-08-15 Patentansprüche 1. Test- und Prüfstandssystem für zumindest teilelektrifizierte Kraftmaschinen, insbesondere für Hybrid- oder vollelektrifizierte Fahrzeuge, umfassend ein Testautomatisierungssystem (1) mit Messtechnik (2) und Schnittstellen, sowie einem Batterieemulator (3), der eine Leistungselektronik (4) bzw. einen Elektromotor (5) versorgt und über ein Batteriemodell die aktuellen Spannungswerte am DC Ausgang (6) zur Leistungselektronik (4) berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterieemulator (3) über das Batteriemodell das unterschiedliche Lade- und Entladeverhalten realer Batterien nachbildet.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell durch ein elektrotechnisches Ersatzschaltbild definiert ist, dessen Bauteilen für den Lade- bzw. Entladevorgang unterschiedliche Werte zugewiesen sind.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell für den Lade- bzw. Entladevorgang unterschiedlich parametriert ist bzw. zusätzliche Eigenschaften aufweist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell eine Ladezustandsberechnung und/oder ein Modell zur Nachbildung von Temperatureinflüssen enthält.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein übergeordnetes Automatisierungssystem Prüfzyklen vorgibt, wobei dem Batterieemulator (3) Werte für Ladezustand und Temperatur vorgegeben werden. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/4