Skip to main content
SpringerLink
Log in

Datengetriebene Batteriemodelle zur Emulation des Impedanzverhaltens von Traktionsbatterien

Data driven battery models for impedance emulation of traction batteries

  • Originalarbeiten
  • Published:
e & i Elektrotechnik und Informationstechnik Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird der Einsatz von datengetriebenen Batteriemodellen und einer darauf aufbauenden modellprädiktiven Regelungsstrategie für die Emulation von Traktionsbatterien vorgestellt. Dieses Konzept ermöglicht effiziente und reproduzierbare Prüfstandsläufe von Antriebssträngen für Elektro- und Hybridfahrzeuge, indem das Verhalten der realen Batterie durch einen Batterieemulator nachgebildet wird. Somit können die verbliebenen Komponenten zeiteffizient und ohne Umrüstvorgänge unter verschiedensten Bedingungen (Ladezustand, Zelltyp, Konfiguration der Zellen etc.) getestet werden.

Um das Verhalten der Traktionsbatterie auch bei hochdynamischer Anregung durch den Prüfling noch realitätsgetreu emulieren zu können, werden für dieses Konzept einerseits ein genaues mathematisches Batteriemodell, und andererseits eine hochdynamische Spannungsregelung benötigt. Ein rein datenbasierter Ansatz zur nichtlinearen Batteriemodellierung ermöglicht dabei die Anwendbarkeit für verschiedene Zellchemien. Der Reglerentwurf zur Impedanzemulation basiert auf einem modellprädiktiven Regelungskonzept und berücksichtigt dabei explizit die Dynamik des Batterieemulators, des Prüflings und die zu emulierende Batterieimpedanz.

Abstract

In this paper, a data driven battery modelling approach and the associated model predictive control strategy for traction battery emulation is described. The proposed concept makes it possible to test powertrains of electric or hybrid vehicles under repeatable conditions. When the impedance behaviour of the real battery is reproduced by the battery emulator, the remaining components of the powertrain can be tested very efficiently and without hardware modifications under various conditions/settings (state of charge, cell type, cell configuration, etc.).

In order to obtain a precise emulation of the battery impedance even when a highly dynamic excitation is applied by the unit under test, an accurate mathematical battery model and an effective voltage controller are required. A purely data driven modelling approach enables the application of the proposed concepts to different battery cell chemistries. The dynamic impedance emulation is based on a model predictive controller which is based on a model of the testbed setup including the virtual battery model.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Abb. 1.
Abb. 2.
Abb. 3.
Abb. 4.
Abb. 5.
Abb. 6.

Literatur

  1. Hametner, C., Jakubek, S. (2007): Neuro-fuzzy modelling using a logistic discriminant tree, In American control conference, 2007, ACC ’07 (S. 864–869). doi:10.1109/ACC.2007.4283048.

    Google Scholar 

  2. Hametner, C., Jakubek, S. (2011): Combustion engine modelling using an evolving local model network. In Proceedings of the 2011 international conference on fuzzy systems, FUZZ IEEE 2011.

    Google Scholar 

  3. Hametner, C., Jakubek, S. (2011): Nonlinear identification with local model networks using GTLS techniques and equality constraints. IEEE Trans. Neural Netw., 22(9), 1406–1418. doi:10.1109/TNN.2011.2159309.

    Article  Google Scholar 

  4. Hametner, C., Jakubek, S. (2013): State of charge estimation for lithium ion cells: design of experiments, nonlinear identification and fuzzy observer design. J. Power Sources, 238, 413–421. doi:10.1016/j.jpowsour.2013.04.040.

    Article  Google Scholar 

  5. Hametner, C., Unger, J., Jakubek, S. (2012): Local model network based dynamic battery cell model identification. In Proceedings of the 11th WSEAS international conference on instrumentation, measurement, circuits and systems (S. 116–123). Rovaniemi: World Scientific and Engineering Academy and Society (WSEAS).

    Google Scholar 

  6. König, O., Gregorcic, G., Jakubek, S. (2013): Model predictive control of a DC-DC converter for battery emulation. Control Eng. Pract., 21(4), 428–440. doi:10.1016/j.conengprac.2012.12.009.

    Article  Google Scholar 

  7. König, O., Jakubek, S., Prochart, G. (2011): Model predictive control of a battery emulator for testing of hybrid and electric powertrains. In Vehicle power and propulsion conference (VPPC), 2011 IEEE (S. 1–6). doi:10.1109/VPPC.2011.6043174.

    Google Scholar 

  8. Konig, O., Hametner, C., Prochart, G., Jakubek, S. (2014): Battery emulation for Power-HIL using local model networks and robust impedance control. IEEE Trans. Ind. Electron., 61(2), 943–955. doi:10.1109/TIE.2013.2253070.

    Article  Google Scholar 

  9. Murray-Smith, R., Johansen, T. A. (Hrsg.) (1997): Multiple model approaches to modelling and control. London: Taylor & Francis.

    Google Scholar 

  10. Nelles, O. (2002): Nonlinear system identification. 1 Aufl. Berlin: Springer.

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. BU Electrification and Racing Test Systems, AVL List GmbH, Hans-List-Platz 1, 8020, Graz, Österreich

    Oliver König & Günter Prochart

  2. Institut für Mechanik und Mechatronik, Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung Technische Universität Wien, Getreidemarkt 9, 1060, Wien, Österreich

    Christoph Hametner & Stefan Jakubek

Authors
  1. Oliver König
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Christoph Hametner
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Stefan Jakubek
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. Günter Prochart
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Christoph Hametner.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

König, O., Hametner, C., Jakubek, S. et al. Datengetriebene Batteriemodelle zur Emulation des Impedanzverhaltens von Traktionsbatterien. Elektrotech. Inftech. 132, 469–473 (2015). https://doi.org/10.1007/s00502-015-0373-7

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00502-015-0373-7

Schlüsselwörter

Keywords

Search

Navigation