Entwicklung eines Batteriemanagementsystems
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ENTWICKLUNG EINES BATTERIEMANAGEMENTSYSTEMS Nachdem University Racing Eindhoven (URE) zwei Jahre lang für das Batteriemanagementsystem, die Sammelschienen und einen erheblichen Teil der Verkabelung handelsüblich erhältliche Produkte verwendet hat, beschlossen die Teammitglieder, ein eigenes System zu entwickeln. Hierbei mussten sie genauso viel Zeit für Konzeption und Konstruktion der Batterie aufwenden wie für die anschließende Fehlerbeseitigung.
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AUTOREN
RAFAEL GARAYOA GUAJARDO arbeitet bei Prodrive, ist der Architekt des Batterie konzepts, verantwortlich für die Modellierung und war vier Jahre lang für die Batterie bei University Racing Eindhoven zuständig.
JEROEN MAAR ist Student der Fontys Hogescholen in Eindhoven und verantwortlich für die Hardeware-Entwicklung und das PCB Level Testing bei University Racing Eindhoven.
HAUPTKOMPONENTEN
Ein Batteriesystem für den automobilen Gebrauch besteht typischerweise aus vier Hauptkomponenten: Energiespeicher (Batteriezellen), Leistungselektronik, Batteriemanagementsystem (BMS) und Gehäuse. Die Anforderungen an diese Komponenten fußen zum einen auf den offiziellen Regeln der FSE und zum anderen auf teameigenen Performanceansprüchen. Ziel des Teams war eine Batterie, welche zuverlässig, skalierbar sowie in Herstellung und Service einfach zu handhaben ist. Die Entwicklung wurde bei der niederländischen Firma Prodrive durchgeführt. Das Resultat ist ein zum Stand der Technik gehörendes Batteriesystem. Ein kritischer Punkt ist die Auswahl der Elektrochemie. Aufgrund sehr guter volumetrischer und gravimetrischer Energie- und Leistungsdichten erweist sich dabei Lithium als sinnvolle Wahl. Über die Jahre hinweg nutze das Team bereits verschiedene Elektrodenmaterialien: Li-Po (LCO), LiFePO4 (LFP) und NCM. Der Leistungsteil beinhaltet Relais, Stromsensoren, Sicherungen sowie Ver-
TIM HOUBEN ist Student der Uni versi tät Eindhoven und verantwortlich für die Software-Entwicklung bei University Racing Eindhoven.
bindungsschienen und Verkabelung. Wegen der hohen Ströme und Spannungen sind diese Komponenten oft sperrig und unhandlich, sodass zur Verbindung der Batteriezellen an die Anschlussklemmen oft DC-Sammelschienen zum Einsatz kommen. Mit einem eigenen Konzept des HV-Boards konnte das Team viele daraus resultierende Probleme umgehen und erreichte zugleich eine höhere Ausfallsicherheit. Zusätzlich werden auch einzelne Zellverbindungen durch den Gebrauch von PCB-Material realisiert. Das BMS ist für eine optimale Ausnutzung der in der Batterie verfügbaren Energie verantwortlich und schützt die Zellen vor elektrischen Schäden, woraus sich die Bedeutung eines BMS auf dem Stand der Technik ergibt. Für einen sicheren Betrieb unter Rennbedingungen sorgt das Batteriegehäuse. BMS-ARCHITEKTUR
Das URE-BMS folgt einem verteilten Konzept, das heißt sogenannte Satellitenboards sammeln Informationen und leiten diese an eine Mastereinheit über digitale
PATRICK BENS ist verantwortlich für die Hardware-Entwicklung und für das Testen des Akkus bei University Racing Eindhoven.
Schnittste
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