Die Verfügbarkeit fossiler Energieträger ist begrenzt und wird zunehmend ein bestimmender Faktor für das weltweite Wirtschaftssystem. Ihre Stelle könnten in Zukunft alternative Energieformen einnehmen, was unter anderem das Potential bietet, durch den Menschen verursachte CO2-Emissionen zu reduzieren. Eine Möglichkeit stellt die Nutzung durch regenerative Energiequellen gewonnener elektrischer Energie dar, wobei eine Schlüsselherausforderung die in allen Anwendungsfällen sichere und effiziente Speicherung dieser teilweise stark diskontinuierlich vorliegenden Energieform ist. Auch der Mobilitätssektor ist zunehmend auf die Nutzung ressourcenschonender Energieformen angewiesen, um eine nachhaltige Wirtschaftlichkeit und Marktakzeptanz gewährleisten zu können. Daher werden in der Fahrzeugindustrie verstärkt Konzepte verfolgt, die auf eine zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstranges (Hybrid- und Elektrofahrzeuge) setzen. Teil solcher Antriebssträngen sind typischerweise ein Elektroantrieb und eine Hochvoltbatterie. Die Hochvoltbatterie fungiert dabei entweder als Energielieferant (motorischer Betrieb) oder als Energiesenke (generatorischer Betrieb) für den Elektroantrieb. Auf diese Weise sind Betriebszustände und Betriebsstrategien darstellbar, die unter reiner Nutzung eines Verbrennungsmotors nicht realisierbar sind und in bestimmten Betriebspunkten eine erhöhte Effizienz ermöglichen. Die Spannungslagen aktuell gängiger Traktionsbatterien im Automobil gehen über die etablierten 12V- und 24V-Systeme hinaus und reichen von ca. 100 Volt in Mild-Hybrid- Fahrzeugen bis ca. 800 Volt in Elektrofahrzeugen. Derartige Batteriesysteme erfordern für einen gefahrlosen Umgang entsprechende Sicherheitsmaßnahmen. Darüber hinaus sind Batteriesysteme nicht eigensicher und müssen spezielle Sicherheitsanforderungen erfüllen, die eine Gefährdung von Insassen und Umfeld auf ein Minimum reduzieren sowie einen sicheren Betrieb über Fahrzeuglebensdauer gewährleisten. Diese Anforderungen differieren je nach Batterietechnologie und erfordern teils komplexe, während des Betriebs aktive Überwachungs- und Steuerungsfunktionen, die in der Regel auf speziellen Batteriemanagementsystemen (BMS) implementiert werden. Diese Arbeit beschreibt den Entwurf und die Verifikation von Schutzfunktionen und einer Leistungsvorhersagealgorithmik für eine Lithium-Ionen-Traktionsbatterie in einer Vollhybrid-Anwendung. Aus den Eigenschaften der Lithium-Ionen-Technologie werden Anforderungen für einen sicheren Betrieb abgeleitet, auf einer BMS-Entwicklungsplattform implementiert und im Rahmen von Batterieprüfstandsläufen validiert. Insbesondere sollen die entwickelten Verfahren, bezogen auf Speicherkapazität und Rechenressourcen, auf in Automotive-Anwendungen gängigen Prozessoren lauffähig sein.
Flexibles Batteriemanagementsystem für Lithium-Ionen-Traktionsbatterien in Hybrid- und Elektrofahrzeuganwendungen
Flexible battery management system for lithium ion traction batteries in hybrid and electric vehicles
2011
161 Seiten, 95 Bilder, 4 Tabellen, 109 Quellen
Theses
German
Technische Herausforderungen bei Lithium Ionen Traktionsbatterien und moegliche Loesungsansaetze
Automotive engineering | 2011
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