DE102017203374A1 - Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle - Google Patents

Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle Download PDF

Info

Publication number
DE102017203374A1
DE102017203374A1 DE102017203374.6A DE102017203374A DE102017203374A1 DE 102017203374 A1 DE102017203374 A1 DE 102017203374A1 DE 102017203374 A DE102017203374 A DE 102017203374A DE 102017203374 A1 DE102017203374 A1 DE 102017203374A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
module
simulation
voltage source
partial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017203374.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Steffen Rothe
Rondehl Slater
Jens Leickert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102017203374.6A priority Critical patent/DE102017203374A1/de
Priority to CN201880014880.4A priority patent/CN110383096B/zh
Priority to PCT/EP2018/054484 priority patent/WO2018158146A1/de
Publication of DE102017203374A1 publication Critical patent/DE102017203374A1/de
Priority to US16/557,233 priority patent/US20190384881A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30Circuit design
    • G06F30/36Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2832Specific tests of electronic circuits not provided for elsewhere
    • G01R31/2836Fault-finding or characterising
    • G01R31/2846Fault-finding or characterising using hard- or software simulation or using knowledge-based systems, e.g. expert systems, artificial intelligence or interactive algorithms
    • G01R31/2848Fault-finding or characterising using hard- or software simulation or using knowledge-based systems, e.g. expert systems, artificial intelligence or interactive algorithms using simulation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L8/00Electric propulsion with power supply from forces of nature, e.g. sun or wind
    • B60L8/003Converting light into electric energy, e.g. by using photo-voltaic systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/46Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/625Regulating voltage or current wherein it is irrelevant whether the variable actually regulated is ac or dc
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00Operating Modes
    • B60L2260/40Control modes
    • B60L2260/44Control modes by parameter estimation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

Es wird eine Simulationsvorrichtung (110) zur Simulation einer Gleichspannungsquelle mit einer Vielzahl von Teilspannungsquellen beschrieben. Die Simulationsvorrichtung (110) umfasst zumindest ein Simulationsmodul (200), mit einer Modulspannungsquelle (201), die eingerichtet ist, an zwei äußeren Messpunkten (207) des Simulationsmoduls (200) eine Modulspannung (211) bereitzustellen. Außerdem umfasst das Simulationsmodul (200) einen Spannungsteiler (202), der eingerichtet ist, die Modulspannung (211) in N-1 Zwischenpotentiale an N-1 Zwischenpunkten (206) zu unterteilen, mit N>1. Das Simulationsmodul (200) umfasst weiter N-1 Operationsverstärker (204), die eingerichtet sind, die N-1 Zwischenpotentiale in N-1 Teilpotentiale an N-1 inneren Messpunkten (205) des Simulationsmoduls (200) zu überführen. Dabei werden die N-1 inneren Messpunkte (205) durch die zwei äußeren Messpunkte (207) umschlossen, um zwischen N Paaren von benachbarten Messpunkten (205, 207) der N+1 Messpunkte (205, 207) N Teilspannungen (212) zur Simulation von N Teilspannungsquellen bereitzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Simulation von modularen Gleichspannungsquellen, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Teilspannungsquellen umfassen.
  • Modulare Gleichspannungsquellen werden für die Energieversorgung in diversen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise werden Batterien mit einer Vielzahl von Speicherzellen dazu verwendet, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs zu speichern. Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen können dazu verwendet werden, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs zu generieren. Des Weiteren kann eine Solarvorrichtung mit einer Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Solarmodulen dazu verwendet werden, elektrische Energie zu erzeugen. Derartige Systeme werden in diesem Dokument als modulare Gleichspannungsquellen mit einer Reihenschaltung von Teilspannungsquellen bezeichnet.
  • Eine modulare Gleichspannungsquelle umfasst typischerweise eine Überwachungseinheit (z.B. Spannungsüberwachungselektronik), mit der der Betrieb der einzelnen Teilspannungsquellen überwacht und/oder gesteuert werden kann. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle bereitzustellen, mit der insbesondere die Überwachungseinheit einer modularen Gleichspannungsquelle in effizienter, sicherer und zuverlässiger Weise getestet werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Simulationsvorrichtung zur Simulation einer Gleichspannungsquelle, insbesondere zur Simulation einer elektrochemischen Gleichspannungsquelle, beschrieben. Die Gleichspannungsquelle umfasst dabei eine Vielzahl von Teilspannungsquellen. Beispielsweise umfasst ein elektrischer Energiespeicher typischerweise eine Vielzahl von Batteriezellen als Teilspannungsquellen, wobei jeweils N Batteriezellen in Speichermodule zusammengefasst werden können (z.B. N=8), und wobei ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere ein Hochvoltspeicher für ein Fahrzeug, mehrere in Reihe geschaltete Speichermodule umfassen kann. Alternativ kann ein Brennstoffzellenstapel eine Vielzahl von Brennstoffzellen als Teilspannungsquellen aufweisen.
  • Die Simulationsvorrichtung umfasst zumindest ein Simulationsmodul. Das Simulationsmodul kann dazu verwendet werden, ein oder mehrere Gleichspannungsquellen-Module mit N Teilspannungsquellen zu simulieren (z.B. ein Speichermodul eines elektrischen Energiespeichers mit N Batteriezellen). Ggf. können auch mehrere Simulationsmodule (die z.B. in Reihe zueinander angeordnet sind) verwendet werden, um ein Gleichspannungsquellen-Modul zu simulieren. Das Simulationsmodul umfasst eine Modulspannungsquelle, die eingerichtet ist, an zwei äußeren Messpunkten des Simulationsmoduls eine Modulspannung bereitzustellen. Dabei kann die Modulspannung der Spannung entsprechen, die durch das Gleichspannungsquellen-Modul z.B. als Nennwert bereitgestellt wird.
  • Die Modulspannungsquelle kann eingerichtet sein, eine geregelte Modulspannung bereitzustellen (z.B. mittels eines Spannungsreglers, etwa eines Low Drop Spannungsreglers (LDO)). Des Weiteren kann die Modulspannungsquelle einen Spannungswandler umfassen, der eingerichtet ist, die Modulspannung auf Basis einer Versorgungsspannung (z.B. einer 230V oder einer 130V Netzspannung) zu generieren. Die Modulspannungsquelle kann dabei eine relativ niedrige Ausgangsimpedanz aufweisen, so dass die Modulspannung bis zu einer vordefinierten Stromstärke substantiell unabhängig von dem durch die Modulspannungsquelle bereitgestellten Strom ist.
  • Das Simulationsmodul umfasst ferner einen Spannungsteiler, der eingerichtet ist, die Modulspannung in N-1 Zwischenpotentiale an N-1 Zwischenpunkten zu unterteilen, mit N>1. Typischerweise ist N>3, 5, 7 oder 10 für ein Simulationsmodul. Der Spannungsteiler kann eine Reihenschaltung von N Widerständen umfassen, wobei die Reihenschaltung von N Widerständen parallel zu der Modulspannungsquelle angeordnet ist. Ein Zwischenpunkt des Spannungsteilers kann dann einem Kontaktpunkt zwischen zwei direkt benachbarten Widerständen der N Widerstände entsprechen. Insbesondere können die N-1 Zwischenpunkte den N-1 Kontaktpunkten zwischen den jeweils direkt benachbarten Widerständen entsprechen. Durch einen Spannungsteiler kann die Modulspannung aufgeteilt werden, um Teilspannungen für N zu simulierende Teilspannungsquellen bereitzustellen.
  • Zur Bereitstellung der Teilspannungen für die N zu simulierenden Teilspannungsquellen umfasst das Simulationsmodul N-1 Operationsverstärker bzw. Differenzverstärker, die eingerichtet sind, die N-1 Zwischenpotentiale in entsprechende N-1 Teilpotentiale an N-1 inneren Messpunkten des Simulationsmoduls zu überführen. Die N-1 inneren Messpunkte werden dabei durch die zwei äußeren Messpunkte umschlossen, so dass das Simulationsmodul insgesamt N+1 Messpunkte umfasst. Zwischen N Paaren von (direkt) benachbarten Messpunkten der N+1 Messpunkte können dann N Teilspannungen zur Simulation von N Teilspannungsquellen bereitgestellt werden. Dabei entspricht die Summe der N Teilspannungen typischerweise der Modulspannung. Beispielhaft liegen die Teilspannungen in einem Spannungsbereich zwischen 3V und 5V (z.B. zur Simulation von Batteriezellen, etwa Lithium-Ionen Zellen) bzw. zwischen 0,5V und 6V (z.B. zu Simulation von Solarzellen und/oder elektrochemischen Zellen).
  • Durch die Verwendung einer Modulspannungsquelle in Kombination mit N-1 Operationsverstärkern können in effizienter und zuverlässiger Weise N Teilspannungen zur Simulation der N Teilspannungsquellen eines Gleichspannungsquellen-Moduls bereitgestellt werden. Die N Teilspannungen können einer Überwachungseinheit für die Gleichspannungsquelle bereitgestellt werden, um das Verhalten der Teilspannungsquellen einer realen Gleichspannungsquelle zu simulieren.
  • Ein positiver Eingang eines Operationsverstärkers kann (ggf. direkt) mit einem Zwischenpunkt gekoppelt sein. Des Weiteren kann ein Ausgang des Operationsverstärkers (ggf. direkt) mit einem inneren Messpunkt gekoppelt sein. Außerdem kann der Ausgang des Operationsverstärkers (ggf. direkt) mit einem negativen Eingang des Operationsverstärkers gekoppelt sein. Diese Anordnung kann für die N-1 Operationsverstärker eines Simulationsmoduls verwendet werden. Es können somit in effizienter Weise stabile Teilpotentiale an den N-1 inneren Messpunkten bereitgestellt werden. Insbesondere kann so die Ausgangsimpedanz zwischen den N Paaren von (direkt) benachbarten Messpunkten reduziert werden, um stabile Teilspannungen zur Simulation der Teilspannungsquellen bereitzustellen.
  • Die N-1 Operationsverstärker können durch die Modulspannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt werden, so dass ein effizientes Simulationsmodul bereitgestellt werden kann.
  • Der Spannungsteiler kann eingerichtet sein, die N-1 Zwischenpotentiale zumindest teilweise zu verändern. Insbesondere kann eine Aufteilung der Modulspannung auf die N-1 Zwischenpotentiale verändert werden. Dies kann z.B. durch Verwendung von ein oder mehreren Widerständen mit anpassbaren Widerstandswerten erreicht werden. Durch die Veränderung zumindest eines der N-1 Zwischenpotentiale kann zumindest eine der Teilspannungen verändert werden. So können in flexibler Weise unterschiedliche Zustände (z.B. unterschiedliche Ladezustände) von unterschiedlichen Teilspannungsquellen (z.B. von unterschiedlichen Batteriezellen) simuliert werden.
  • Die Simulationsvorrichtung kann mindestens zwei Simulationsmodule umfassen, die in Reihe geschaltet sind. So können Gleichspannungsquellen mit mehreren Modulen simuliert werden. Zwei (direkt) benachbarte Simulationsmodule können dabei an einem gemeinsamen äußeren Messpunkt miteinander gekoppelt sein. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Potentiale an den äußeren Messpunkten nicht über einen Operationsverstärker, sondern direkt aus der jeweiligen Modulspannungsquelle bereitgestellt werden. Es wird somit durch den in diesem Dokument beschriebenen Aufbau eines Simulationsmoduls eine effiziente Reihenschaltung von Simulationsmodulen ermöglicht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Testanordnung zum Testen einer Überwachungseinheit für eine Gleichspannungsquelle, insbesondere für eine elektrochemische Gleichspannungsquelle, beschrieben. Die Testanordnung umfasst die Überwachungseinheit, die eingerichtet ist, eine Gleichspannungsquelle auf Basis einer Vielzahl von Mess-Spannungen für eine entsprechende Vielzahl von Teilspannungsquellen der Gleichspannungsquelle zu überwachen und/oder zu steuern. Die Überwachungseinheit ist somit eingerichtet, eine Vielzahl von Mess-Spannung bezüglich einer entsprechenden Vielzahl von Teilspannungsquellen zu erfassen.
  • Die Testanordnung umfasst weiter eine in diesem Dokument beschriebene Simulationsvorrichtung zur Bereitstellung einer Vielzahl von Teilspannungen. Außerdem umfasst die Testanordnung Leitungen, die eingerichtet sind, der Überwachungseinheit die Vielzahl von Teilspannungen (als Mess-Spannungen) bereitzustellen. Es wird somit ein zuverlässiger und effizienter Test einer Überwachungseinheit ermöglicht.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1 eine beispielhafte Testanordnung zum Testen der Überwachungseinheit einer modularen Gleichspannungsquelle;
    • 2 ein Simulationsmodul für ein Gleichspannungsquellen-Modul; und
    • 3 eine Simulationsvorrichtung für eine Gleichspannungsquelle mit mehreren in Reihe geschalteten Gleichspannungsquellen-Modulen.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Simulation einer Gleichspannungsquelle, insbesondere um in effizienter und präziser Weise die Überwachungseinheit einer Gleichspannungsquelle testen zu können. In diesem Zusammenhang zeigt 1 eine Testanordnung 100 mit einer Überwachungseinheit 101 und einer Simulationsvorrichtung 110 für eine Gleichspannungsquelle. Im Betrieb ist die Überwachungseinheit 101 über Messleitungen 102 mit unterschiedlichen Messpunkten innerhalb der zu überwachenden und/oder zu steuernden Gleichspannungsquelle verbunden. Über die Messleitungen 102 kann z.B. die Ausgangsspannung der einzelnen Teilspannungsquellen der Gleichspannungsquelle erfasst werden, um den Zustand der einzelnen Teilspannungsquellen überwachen zu können.
  • Die Simulationsvorrichtung 110 kann Messpunkte für die einzelnen Messleitungen 102 aufweisen. Des Weiteren kann die Simulationsvorrichtung 110 eingerichtet sein, simulierte Teilspannungen für einzelne Teilspannungsquellen an den Messpunkten bereitzustellen.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Simulationsmodul 200 für ein Gleichspannungsquellen-Modul mit einer Vielzahl von Teilspannungsquellen. Die Simulationsvorrichtung 110 für eine Gleichspannungsquelle kann ein oder mehrere solcher Simulationsmodule 200 aufweisen. Das Simulationsmodul 200 umfasst eine Modulspannungsquelle 201, die eingerichtet ist, eine (geregelte) Modul- bzw. Gesamtspannung 211 bereitzustellen. Die Modulspannung 211 kann dabei der Nennspannung eines zu simulierenden Gleichspannungsquellen-Moduls entsprechen.
  • Des Weiteren umfasst das Simulationsmodul 200 einen Spannungsteiler 202, der eingerichtet ist, die Modulspannung 211 in eine Mehrzahl von (ungeregelten) Zwischenspannungen aufzuteilen. In dem in 2 dargestellten Beispiel umfasst der Spannungsteiler 202 eine Reihenschaltung von elektrischen Widerständen 203, wobei an den Kontaktpunkten bzw. Zwischenpunkten 206 zwischen zwei Widerständen 203 jeweils ein (ungeregeltes) Zwischenpotential bereitgestellt wird. Bei Verwendung von gleichen Widerstandswerten für die N Widerstände 203 des Spannungsteilers 202 kann die Modulspannung 211 in N-1 gleiche (ungeregelte) Zwischenpotentiale unterteilt werden.
  • Das Simulationsmodul 200 umfasst weiter ein oder mehrere rückgekoppelte Operationsverstärker 204 (insbesondere N-1 Operationsverstärker 204), um basierend auf den (ungeregelten) Zwischenpotentialen an den Zwischenpunkten 206 (geregelte) Teilspannungen 212 zwischen den Messpunkten 205, 207 bereitzustellen. Insbesondere kann jeder Kontaktpunkt 206 zwischen zwei Widerständen 203 über einen Operationsverstärker 204 auf einen inneren Messpunkt 205 geführt werden, wobei der Ausgang eines Operationsverstärkers 204 auf einen (negativen) Eingang des Operationsverstärkers 204 rückgeführt wird. So können an den Messpunkten 205, 207 N (geregelte) Teilspannungen 212 bereitgestellt werden, die substantiell unabhängig von dem Strom sind, der an den einzelnen Messpunkten 205, 207 fließt.
  • Durch das in 2 dargestellte Simulationsmodul 200 können somit durch Verwendung von N-1 Operationsverstärkern 204 zwischen Paaren von benachbarten Messpunkten 205.207 der N+1 Messpunkte 205, 207 insgesamt N Teilspannungen 212 bereitgestellt werden. Dabei weisen die Paare von benachbarten Messpunkten 205, 207 jeweils eine relativ niedrige Ausgangsimpedanz auf, so dass für unterschiedliche Stromstärken stabile Teilspannungen 212 bereitgestellt werden können.
  • Die äußeren Messpunkte 207 des Simulationsmoduls 200 (zwischen denen die Modulspannung 211 anliegt) weisen die Ausgangsimpedanz der Modulspannungsquelle 201 auf, so dass auch ohne Verwendung von rückgekoppelten Operationsverstärkern 204 für die äußeren Messpunkte 207 an den äußeren Messpunkten 207 stabile (geregelte) Teilspannungen 212 (U1 und U4 in 2) bereitgestellt werden können.
  • Die Verwendung von N-1 Operationsverstärkern 204 zur Einstellung der Potentiale an den N-1 inneren Messpunkten 205 des Simulationsmoduls 200 in Kombination mit der Verwendung einer Modulspannungsquelle 201 zur Bereitstellung einer Modulspannung 211 zwischen den 2 äußeren Messpunkten 207, die die N-1 inneren Messpunkte 205 umschließen, ermöglicht eine effiziente Kaskadierung bzw. Skalierung von Simulationsmodulen 200, um eine Simulationsvorrichtung 110 für eine Gleichspannungsquelle bereitzustellen, die eine Mehrzahl von kaskadierten Gleichspannungsquellen-Modulen umfasst (z.B. eine Reihenschaltung von Batteriemodulen, wobei jedes Batteriemodul eine Vielzahl von Speicherzellen umfasst). Dies ist in 3 veranschaulicht. Insbesondere zeigt 3 wie zwei Simulationsmodule 200 an einem äußeren Messpunkt 207, 307 miteinander gekoppelt werden können, um eine Reihenschaltung von Gleichspannungsquellen-Modulen simulieren zu können.
  • Es wird somit eine skalierbare Schaltung zur Simulation von in Reihe geschalteter Gleichspannungsquellen, wie elektrischen Batterien, Brennstoffzellenstapeln oder Solarmodulen, beschrieben. 2 zeigt dabei ein Simulationsmodul 200 mit in Reihe geschalteter Spannungsgeneratoren mit relativ niedriger Ausgangsimpedanz. Ein Spannungsgenerator kann dabei einen Differenzverstärker 204 umfassen, der als Spannungsfolger bzw. Impedanzwandler betrieben wird. Eingangsseitig wird eine Zielspannung für den Differenzverstärker 204 (d.h. das Zwischenpotential) durch einen Spannungsteiler 202 eingestellt. Die versorgende Modulspannungsquelle 201 benötigt aufgrund der niedrigen Ausgangsimpedanz typischerweise keine Anpassung durch eine eigene Spannungsfolgerschaltung und bietet selbst eine definierte Teilspannung innerhalb der Reihenschaltung. Die Versorgung der N-1 Differenz- bzw. Operationsverstärker 204 erfolgt direkt durch die Modulspannung 211.
  • 3 veranschaulicht eine Skalierung des Simulationsmoduls 200 aus 2. Die Skalierung erfolgt durch Reihenschaltung der einzelnen Modulspannungsquellen 201 der einzelnen Simulationsmodule 200.
  • Wie bereits oben dargelegt, wird die Modulspannung 211 eines Simulationsmoduls 200 nicht nur zur Bereitstellung eines gemeinsamen Grund-Potentials und zur Versorgung der Operationsverstärker 205 verwendet. Darüber hinaus wird durch die Modulspannungsquelle 201 selbst die letzte zu erzeugende Spannungsebene an einem bzw. an beiden äußeren Messpunkt(en) 207 bereitgestellt (ohne Verwendung eines Operationsverstärkers 204). Das so entstandene Simulationsmodul 200 kann dadurch in effektiver Weise in Reihe geschalten, d.h. skaliert, werden.
  • Der Spannungsteiler 202 kann eingerichtet sein, die einzelnen aus der Modulspannung 211 erzeugten Zwischenpotentiale zu verändern. Zu diesem Zweck können z.B. die Widerstandswerte der einzelnen Widerstände 203 zumindest teilweise zueinander verändert werden. So können unterschiedliche Zustände von einzelnen Teilspanungsquellen (z.B. Speicherzellen oder Brennstoffzellen) simuliert werden.
  • Durch die in diesem Dokument beschriebene Simulationsvorrichtung 110 kann der Aufwand für die Entwicklung und insbesondere für das Testen einer Überwachungseinheit 101 für eine Gleichspannungsquelle reduziert werden. Dabei können die Entwicklung und/oder die Tests an der Simulationsvorrichtung 110 anstelle an einer Batterie, einem Brennstoffzellenstapel oder einem Solarmodul erfolgen. Die Simulationsvorrichtung 110 kann bei Bedarf spannungsfrei geschalten werden, was bei elektrochemischen Gleichspannungsquellen nicht möglich ist, so dass eine sichere Handhabung ermöglicht wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (10)

  1. Simulationsvorrichtung (110) zur Simulation einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer elektrochemischen Gleichspannungsquelle, mit einer Vielzahl von Teilspannungsquellen; wobei die Simulationsvorrichtung (110) zumindest ein Simulationsmodul (200) umfasst, mit - einer Modulspannungsquelle (201), die eingerichtet ist, an zwei äußeren Messpunkten (207) des Simulationsmoduls (200) eine Modulspannung (211) bereitzustellen; - einen Spannungsteiler (202), der eingerichtet ist, die Modulspannung (211) in N-1 Zwischenpotentiale an N-1 Zwischenpunkten (206) zu unterteilen, mit N>1; und - N-1 Operationsverstärker (204), die eingerichtet sind, die N-1 Zwischenpotentiale in N-1 Teilpotentiale an N-1 inneren Messpunkten (205) des Simulationsmoduls (200) zu überführen; wobei die N-1 inneren Messpunkte (205) durch die zwei äußeren Messpunkte (207) umschlossen werden, um zwischen N Paaren von benachbarten Messpunkten (205, 207) der N+1 Messpunkte (205, 207) N Teilspannungen (212) zur Simulation von N Teilspannungsquellen bereitzustellen.
  2. Simulationsvorrichtung (110) gemäß Anspruch 1, wobei - ein positiver Eingang eines Operationsverstärkers (204) mit einem Zwischenpunkt (206) gekoppelt ist; und - ein Ausgang des Operationsverstärkers (204) mit einem inneren Messpunkt (205) gekoppelt ist.
  3. Simulationsvorrichtung (110) gemäß Anspruch 2, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers (204) mit einem negativen Eingang des Operationsverstärkers (204) gekoppelt ist.
  4. Simulationsvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Spannungsteiler (202) eine Reihenschaltung von N Widerständen (203) umfasst; - die Reihenschaltung von N Widerständen (203) parallel zu der Modulspannungsquelle (201) angeordnet ist; und - ein Zwischenpunkt (206) einem Kontaktpunkt zwischen zwei direkt benachbarten Widerständen (203) der N Widerstände (203) entspricht.
  5. Simulationsvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spannungsteiler (202) eingerichtet ist, die N-1 Zwischenpotentiale zumindest teilweise zu verändern.
  6. Simulationsvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die N-1 Operationsverstärker (204) durch die Modulspannungsquelle (201) mit elektrischer Energie versorgt werden.
  7. Simulationsvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei N>3.
  8. Simulationsvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Summe der N Teilspannungen (212) der Modulspannung (211) entspricht; und/oder - eine Teilspannung (212) in einem Spannungsbereich zwischen 0,5V und 6V liegt.
  9. Simulationsvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Simulationsvorrichtung (110) mindestens zwei Simulationsmodule (200) umfasst, die in Reihe geschaltet sind; und - zwei benachbarte Simulationsmodule (200) an einem gemeinsamen äußeren Messpunkt (207, 307) miteinander gekoppelt sind.
  10. Testanordnung (100) zum Testen einer Überwachungseinheit (101) für eine Gleichspannungsquelle, insbesondere eine elektrochemische Gleichspannungsquelle; wobei die Testanordnung (100) umfasst, - die Überwachungseinheit (101), die eingerichtet ist, eine Gleichspannungsquelle auf Basis einer Vielzahl von Mess-Spannungen für eine entsprechende Vielzahl von Teilspannungsquellen der Gleichspannungsquelle zu überwachen und/oder zu steuern; - eine Simulationsvorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bereitstellung einer Vielzahl von Teilspannungen (212); und - Leitungen (102), die eingerichtet sind, der Überwachungseinheit (101) die Vielzahl von Teilspannungen (212) bereitzustellen.
DE102017203374.6A 2017-03-02 2017-03-02 Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle Pending DE102017203374A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017203374.6A DE102017203374A1 (de) 2017-03-02 2017-03-02 Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle
CN201880014880.4A CN110383096B (zh) 2017-03-02 2018-02-23 用于模拟模块化的直流电压源的设备和测试装置
PCT/EP2018/054484 WO2018158146A1 (de) 2017-03-02 2018-02-23 Vorrichtung zur simulation einer modularen gleichspannungsquelle
US16/557,233 US20190384881A1 (en) 2017-03-02 2019-08-30 Device for Simulating a Modular Direct-Voltage Source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017203374.6A DE102017203374A1 (de) 2017-03-02 2017-03-02 Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017203374A1 true DE102017203374A1 (de) 2018-09-06

Family

ID=61569230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017203374.6A Pending DE102017203374A1 (de) 2017-03-02 2017-03-02 Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190384881A1 (de)
CN (1) CN110383096B (de)
DE (1) DE102017203374A1 (de)
WO (1) WO2018158146A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113992021A (zh) * 2021-10-20 2022-01-28 广东电网有限责任公司 多电压等级输出装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5319794A (en) * 1976-08-06 1978-02-23 Sanyo Electric Co Ltd Display circuit
DE2846675A1 (de) * 1978-10-26 1980-04-30 Siemens Ag Pruefeinrichtung zum anzeigen einer elektrischen spannung und gegebenenfalls deren polaritaet
DE2854301A1 (de) * 1978-12-15 1980-07-03 Hellige Gmbh Kalibrierbare schaltungsanordnung zur verarbeitung von messignalen und verfahren zur kalibrierung einer messsignal-verstaerkerschaltung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4246142B2 (ja) * 2004-12-08 2009-04-02 パナソニック株式会社 充電装置
JP2010153050A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Yokogawa Electric Corp 電池特性模擬システム及び電池特性模擬装置
CN202421471U (zh) * 2011-12-28 2012-09-05 协鑫动力新材料(盐城)有限公司 一种锂电池保护板的测试装置
CN102944859A (zh) * 2012-11-23 2013-02-27 中国科学院电工研究所 一种用于电池管理系统的测试装置
CN103134963A (zh) * 2013-03-01 2013-06-05 中航锂电(洛阳)有限公司 一种为bms提供模拟单体电池电压的检测电压产生装置
KR20160076649A (ko) * 2014-12-23 2016-07-01 주식회사 엘지화학 Bms 시뮬레이션 장치
CN105911458B (zh) * 2016-05-18 2018-12-07 康泰医学系统(秦皇岛)股份有限公司 一种电池模拟电路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5319794A (en) * 1976-08-06 1978-02-23 Sanyo Electric Co Ltd Display circuit
DE2846675A1 (de) * 1978-10-26 1980-04-30 Siemens Ag Pruefeinrichtung zum anzeigen einer elektrischen spannung und gegebenenfalls deren polaritaet
DE2854301A1 (de) * 1978-12-15 1980-07-03 Hellige Gmbh Kalibrierbare schaltungsanordnung zur verarbeitung von messignalen und verfahren zur kalibrierung einer messsignal-verstaerkerschaltung

Also Published As

Publication number Publication date
US20190384881A1 (en) 2019-12-19
WO2018158146A1 (de) 2018-09-07
CN110383096B (zh) 2022-06-03
CN110383096A (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1090305A1 (de) Vorrichtung zum überprüfen von autonomen solaranlagen
DE102014208680A1 (de) Verfahren zur Überwachung von Stromsensoren
DE112005002361T5 (de) Gerät zur Erfassung eines elektrischen Verlusts und Verfahren zur Erfassung eines elektrischen Verlusts für eine Brennstoffzelle
DE102010027850A1 (de) Batterie mit frei wählbarer Anzahl von Batteriezellen
WO2012034792A1 (de) Batterie mit erfassung von zellspannungen und batteriestrom und nur einer potentialtrennungseinrichtung
DE3438783C1 (de) UEberwachungseinrichtung fuer eine Batterie
DE102013013950B4 (de) Verfahren, Messanordnung und Messgerät zur Bestimmung von lsolationswiderständen von Einzelzellen einer Hochvoltbatterie
WO2017076733A1 (de) Verfahren zum betrieb einer batterie und batterie
DE112016004858T5 (de) Fahrzeuggebundene Stromversorgungsvorrichtung
DE102013013951B4 (de) Messanordnung, Messgerät und Verfahren zur Bestimmung von Isolationsfehlern
DE102013013471A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Zuleitungsimpedanz in mehrzelligen Batteriepacks zur Leitungsfehlererkennung
DE102017203374A1 (de) Vorrichtung zur Simulation einer modularen Gleichspannungsquelle
EP3669199B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines batteriesimulators
DE102014007304A1 (de) Kraftfahrzeug-Batteriemanagement mit Einzelzellenüberwachung
DE102017201241A1 (de) Batterieeinheit und Verfahren zum Betrieb einer Batterieeinheit
EP3173280A1 (de) Batterie, fahrzeug mit einer solchen batterie und verwendung einer solchen batterie
DE102017209659A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems
EP1460447A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Fehlersuche in elektronischen Mess- und Prüf-Anordnungen für galvanische Elemente
DE102013002341A1 (de) Vorrichtung zur elektrisch leitfähigen Verbindung eines Zell-Controllers mit einer Mehrzahl elektrischer Speicherzellen
DE112018002809T5 (de) Stromversorgungseinrichtung
DE102009013098B4 (de) Verfahren zum Durchführen eines Feldtests unter erhöhter Spannung an einem Halbleiterbauelement und eine Halbleiteranordnung
DE102021133994A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren eines Batterieemulators
EP4202452A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum kalibrieren eines batterieemulators
DE102007006794A1 (de) Lade- und Prüfgerät für eine elektrische Batterie
DE102016224380B4 (de) Verfahren und Steuereinheit zur Ermittlung des Zustands eines Energiespeichers

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication