WO2013135741A1 - Test- und prüfstandssystem für zumindest teilelektrifizierte kraftmaschinen - Google Patents

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WO2013135741A1 PCT/EP2013/055073 EP2013055073W WO2013135741A1 WO 2013135741 A1 WO2013135741 A1 WO 2013135741A1 EP 2013055073 W EP2013055073 W EP 2013055073W WO 2013135741 A1 WO2013135741 A1 WO 2013135741A1
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Günter PROCHART
Gottfried SCHIPFER
Kurt Gschweitl
Stephan Kunzfeld
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G01R31/007—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks using microprocessors or computers

Definitions

  • the invention relates to a test and test bench system for at least partially electrified engines, in particular for hybrid or fully electrified vehicles, comprising a test automation system with measurement technology and interfaces, and a battery emulator that supplies power electronics or an electric motor and a battery model, the current voltage values at the DC Output calculated to the vehicle electronics.
  • HEV fully electrified vehicles
  • Prüstandssystems An important component of such a test and Prüstandssystems represents the battery emulation (battery simulation), which simulates the behavior of a real battery (high-voltage memory) so that test cycles are reproducible or that tests are even possible, if only battery prototypes are present, the development not available. Important in this replica are above all the electrical and thermal behavior, as well as the state of charge. Furthermore, the behavior for charge and discharge differs for a real battery.
  • the object of the present invention was therefore a test and test bench system in which the tests of, in particular traction batteries can run even more realistic.
  • the invention provides that the battery emulator simulates the different charging and discharging behavior of real batteries.
  • a first exemplary embodiment for this is characterized in that the battery model is defined by an electrical equivalent circuit diagram whose components are assigned different values for the charging or discharging process.
  • Discharge process is parameterized differently or has additional properties.
  • another embodiment of the invention is characterized in that the battery model contains a state of charge calculation and / or a model for simulating temperature influences.
  • An inventive system may also include the features that a higher-level automation system specifies test cycles, wherein the battery emulator values for state of charge and temperature are specified.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a test bench topology with battery emulator
  • FIG. 2 is a diagram showing the different behavior of a battery for charging or discharging.
  • a test and test bench system consists of a test automation system 1 with corresponding measurement technology 2 and interfaces, as well as the battery emulator 3 with connection point.
  • the battery emulator 3 supplies the power electronics (inverter) 4 or the electric motor 5 and / or further electrical or electronic loads, as represented by the symbolic line 5a parallel to the electric motor 5.
  • a higher-level automation system can specify test cycles, whereby the battery emulator 3 is given values for state of charge and temperature.
  • the battery emulator 3 calculates the current voltage values at the DC output 6 to the power electronics 4 via a corresponding battery model.
  • a control unit 7 is connected, preferably via CAN bus, to both the battery emulator 3 and the power electronics 4.
  • the battery model generally consists of an electrical equivalent circuit diagram with corresponding component values and further preferably comprises a state of charge calculation and a model for simulating temperature influences.
  • the electrical equivalent circuit diagram in the context of the battery model thereby defines the behavior of the simulated battery as a function of the load, i. the current load through the inverter / electric motor combination 4, 5.
  • This equivalent circuit diagram may contain a different number of components, in the simplest case, depending on the current direction different resistance or for more complex replicas a number of RC networks in series and also in series with again a depending on the current direction different resistance.
  • the component values of all RC networks can also be designed differently for different current directions.
  • the replica can go from models of a cell to models for whole battery modules or -Packs.
  • Unloading represents - displayed above the load condition.
  • a distinction must be made between the current direction and the values used to calculate the DC output voltage.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

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

Description

Test- und Prüfstandssystem für zumindest teilelektrifizierte Kraftmaschinen
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.
Für die Entwicklung von Hybrid- (HEV) und vollelektrifizierten Fahrzeugen (EV) werden entsprechende Test- und Prüfstandssysteme benötigt. Eine wichtige Komponente eines solchen Test- und Prüstandssystems 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.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Test- und Prüfstandssystem, bei welchem die Tests von insbesondere Traktionsbatterien noch realistischer ablaufen können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Batterieemulator das unterschiedliche Lade- und Entladeverhalten realer Batterien nachbildet.
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.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Batteriemodell für den Lade- bzw.
Entladevorgang unterschiedlich parametriert ist bzw. zusätzliche Eigenschaften aufweist.
Vorteilhafterweise ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell eine Ladezustandsberechnung und/oder ein Modell zur Nachbildung von Temperatureinflüssen enthält.
Ein erfindungsgemäßes System kann auch die Merkmale beinhalten, dass ein übergeordnetes Automatisierungssystem Prüfzyklen vorgibt, wobei dem Batterieemulator Werte für Ladezustand und Temperatur vorgegeben werden. In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert werden.
Dabei zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung für eine Prüfstandstopologie mit Batterieemulator, und Fig. 2 ist ein Diagramm mit Darstellung des unterschiedlichen Verhaltens einer Batterie für das Laden bzw. Entladen.
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.
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.
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.
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 typischerweise 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.
Über eine spezielle Auswahl der Bauteile im elektrotechnischen Ersatzschaltbild des Batteriemodells und der erwähnten entsprechenden Festlegung der Bauteilwerte, d.h. Para- metrierung für jeweils positiven und negativen Stromfluss, kann das unterschiedliche Verhal- ten 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.

Claims

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) 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.
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