Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)

Unser Forschungsgebiet beinhaltet Batteriemanagementsysteme (BMS), Kühlkonzepte, Verbindungstechniken und vieles mehr.

Dynamisch rekonfigurierbare Batteriesysteme

Submodul eines dynamisch rekonfigurierbaren Batteriesystems

Batteriespeicher werden in Zukunft eine tragende Rolle im Energienetz und der Mobilität spielen. Durch integrierte leistungselektronische Komponenten können dynamisch rekonfigurierbare Batteriesysteme während der Laufzeit Ihre Topologie ändern, wodurch sich Sicherheit und Verfügbarkeit des Systems deutlich steigern lassen. Zudem können unterschiedliche Batterietechnologien miteinander kombiniert werden, um spezielle Anforderungen erfüllen zu können.

Modulares Multilevel Batteriesystem (MMBS)

Am IPE entwickelter Prototyp eines MMBS-Moduls mit 12 individuell ansteuerbaren Batteriezellen

Ähnlich wie das zuvor beschriebene dynamisch rekonfigurierbare Batterieystem kann auch das Modulare Multilevel Batteriesystem (MMBS) flexibel rekonfiguriert werden. Die Besonderheit ist jedoch, dass nicht nur die Anordnung einzelner Module verändert werden kann, sondern jede einzelne Batteriezelle in der seriellen Verschaltung wahlweise überbrückt oder in positiver oder negativer Polarität hinzugeschaltet werden kann. Da dieses Umkonfigurieren mit leistungselektronischen Schaltern gesteuert wird und im Kilohertz-Bereich erfolgen kann, kann das MMBS ohne zusätzliche Umrichter sinusförmige Spannungen ausgeben oder durch parallelschalten mehrerer Module sogar direkt Drehstrommaschinen antreiben. Durch die feingranulare Erzeugung von verschiedenen diskreten Spannungsebenen verringern sich die Schaltverluste im Vergleich zu herkömmlichen Umrichtern enorm, zudem kann durch auf die Anwendung abgestimmtes Design auf viele herkömmlicherweise benötigte Leistungselektronik verzichtet werden.

 

 

Lithium-Ionen Batteriespeicher können effizient und über einen langen Zeitraum Energie speichern. Außerdem können sie sehr schnell hohe Leistungen abgeben oder aufnehmen und somit beispielsweise kurzfristige Störungen im Netz ausgleichen. Für den sicheren Betrieb von Batterien ist ein zuverlässiges Batteriemanagementsystem (BMS) essenziell, welches den Zustand aller einzelnen Batteriezellen erfasst und auswertet. Neben der Messung von Temperatur und Spannung an sowie dem Strom durch die Zellen, werden durch die Microcontroller im BMS weitere Parameter errechnet. Dazu gehören insbesondere der Ladezustand (State of Charge, SoC) sowie der im momentanen Betriebspunkt zulässige Lade- und Entladestrom oder auch Daten zur Alterung der Zellen. Darüber hinaus kommuniziert das BMS auch mit anderen Geräten, wie beispielsweise einem Inverter oder Energiemanagementsystem.

Die Entwicklung von sicheren Batteriesystemen ist komplex. Die digitalen Steuerungssysteme erfordern zuverlässige Entwicklungstools. Im Bereich der Softwareentwicklung arbeiten wir daher mit der Entwicklungsumgebung und dem Compiler des TriCore Software Development Toolset unseres offiziellen Sponsors TASKING.