Advanced flatness-based Control Concept for Battery Emulation

Projektbild Zauner

© TU Wien | AVL List GmbH

Projektbild Zauner

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Projektbeschreibung

Aufgrund einer großen Anzahl möglicher Konfigurationen für fortschrittliche Antriebsstränge mit Batterien, Brennstoffzellen, Hybridkonfigurationen mit Verbrennungsmotoren sowie unterschiedlicher Dimensionierung von Alle Komponenten, leistungsstarke und vielseitige Testlösungen sind erforderlich, um den Entwicklungsprozess zu unterstützen. Daher spielen Hardware-in-the-Loop (HIL)-Testumgebungen eine entscheidende Rolle. Noch nicht verfügbare Teile eines Systems werden dabei durch eine Simulation ersetzt, die es ermöglicht, ganze Antriebsstränge in frühen Entwicklungsstadien zu testen. Besondere Forschungsschwerpunkte widmen sich den Prüfständen für elektrische Fahrzeugkomponenten.

Für genaue Ergebnisse müssen die zu testenden Einheiten in einem solchen Prüfstand von einer Stromquelle versorgt werden, die sich wie die Bordbatterie des Fahrzeugs verhält. Da die Verwendung von physischen Batterien umständlich, potenziell gefährlich und teuer ist, wird stattdessen ein Batterieemulator in Form einer steuerbaren DC-Stromversorgung eingesetzt. Für die Steuerung eines solchen Batterieemulators gibt es hohe dynamische Anforderungen, da er der nahezu augenblicklichen Batteriedynamik entsprechen muss. Die Erstellung eines geeigneten Steuerungskonzepts wird durch instabile Systemdynamik bei konstanten Leistungslasten und Hardwarebeschränkungen hinsichtlich des Steuereingangs zusätzlich erschwert. Daher wurde ein ebenheitsbasiertes Steuerungskonzept für Batterieemulatoren, die eine konstante Leistungslast antreiben, untersucht und getestet.

In diesem Zusammenhang ist es immer häufiger notwendig, mehrere Batterieemulatoren parallel zu kombinieren, um leistungsintensive Komponenten zu testen. Durch die schnelle Reaktionszeit ist die Kommunikation zwischen den Geräten stark eingeschränkt. Daher ist die Untersuchung dezentraler Steuerungskonzepte für zukünftige Anwendungen wichtig.

Simulationsergebnisse

  • Vergleich mit einem Linearregler ohne die ebenheitsbasierte Transformation
  • beide Regler teilen sich den gleichen Linearisierungspunkt 150V / 50kW
  • Beide Controller sind gleichwertig abgestimmt
  • FBC ist in der Lage , das System weiter weg vom Linearisierungspunkt zu stabilisieren

Videopräsentation

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Advanced flatness-based control concept for battery emulation

Publikationen

M. Zauner, P. Mandl, O. König, C. Hametner and S. Jakubek
Stability analysis of a flatness-based controller driving a battery emulator with constant power load, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
at - Automatisierungstechnik, Vol. 69 (2021), Issue 2, pages 142-154
DOI: 10.1515/auto-2020-0107

M. Zauner, P. Mandl, O. König, C. Hametner and S. Jakubek
Flatness-Based Discrete-Time Control of a Battery Emulator Driving a Constant Power Load, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 9 (2021), Issue 6, pages 6864-6874
DOI: 10.1109/JESTPE.2021.3059917

Projektdauer

Februar 2017 - Jänner 2024

Die CDL Cooperation

Das CDL Projekt ist eine mehrjährige Kooperation zwischen der TU Wien and AVL List GmbH in Graz unter der Leitung von Dr. Christoph Hametner.

Projektleiter