Entwicklung, Konstruktion und Test eines mikrocontrollerunterstützten skalierbaren Batterie-Management-Systems

Konferenz: VDE-Kongress 2014 - Smart Cities – Intelligente Lösungen für das Leben in der Zukunft
20.10.2014 - 21.10.2014 in Frankfurt am Main, Deutschland

Tagungsband: VDE-Kongress 2014 – Smart Cities

Seiten: 5Sprache: DeutschTyp: PDF

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Autoren:
Echterhoff, Dirk; Cramer, Niklas; Späth, Utz; Schmülling, Benedikt (Bergische Universität Wuppertal, Arbeitsgebiet Elektromobilität, Rainer-Gruenter-Str. 21, 42119 Wuppertal Deutschland)

Inhalt:
Verlässliche, funktional sichere und modularisierbare Batteriesysteme sind eine wesentliche Schlüsseltechnologie für die erfolgreiche Bewältigung vieler technischer Herausforderungen der kommenden Jahre. Die Entwicklung dieser Systeme entscheidet maßgeblich über den Erfolg und auch die Kosten z. B. für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen durch die Energiewende. So ermöglichen kostengünstige, dezentrale und langlebige elektrische Energiespeicher eine wesentlich höhere Ausnutzung des bestehenden Stromnetzes, was den Ausbaubedarf dieses Netzes deutlich reduzieren würde. Ein anderes Beispiel ist der Einsatz stationärer bzw. mobiler Batterien für die Versorgung intelligenter, effizienter Logistik-, Mobilitätstechnologien und -dienstleistungen, welche die zukünftige SmartCity maßgeblich prägen werden. Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur Entwicklung eines effektiven, preiswerten und überschaubaren Batterie-Management-Systems (BMS) dar und damit ebenfalls einen Beitrag für die Fortentwicklung der Schlüsseltechnologie Batterie. Es gibt viele Möglichkeiten, die Zellenspannung galvanischer Zellen mit Hilfe eines Mikrocontrollers zu überwachen. Wenn allerdings die Gesamtspannung einer Batterie einen bestimmten Wert überschreitet, lässt sich eine präzise Spannungsmessung für ein effizientes BMS nicht mehr mit einfachen Methoden bewerkstelligen. Für die sinnvolle Ausführung der Spannungsmessungen bei einer großen Anzahl in Reihe geschalteter Zellen, ist eine Messsensorik auf Basis integrierter Schaltungen (integrated circuit, IC) unerlässlich. Aktuell sind auf dem Halbleitermarkt einige neue Komponenten erhältlich, die in skalierbaren BMS-Systemen zur Anwendung kommen können. In dieser Arbeit werden Entwicklung, Aufbau und Test einer auf diesen Komponenten basierenden Schaltung vorgestellt. Darüber hinaus liegt der Fokus auf der Implementierung der BMS-Mikrocontroller-Software. Die Entwicklung schließt zudem sicherheitsrelevante und stromsparende Aspekte ein, die vor allem für den Einsatz in mobilen Systemen erforderlich sind.