Strukturen von Batterie- und Energiemanagementsystemen mit Bleibatterien und Ultracaps

Heinemann, Detlef

Strukturen von Batterie- und Energiemanagementsystemen mit Bleibatterien und Ultracaps

dc.contributor.advisor	Naunin, Dietrich	en
dc.contributor.author	Heinemann, Detlef	en
dc.contributor.grantor	Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik	en
dc.date.accepted	2006-07-10
dc.date.accessioned	2015-11-20T17:16:05Z
dc.date.available	2007-01-25T12:00:00Z
dc.date.issued	2007-01-25
dc.date.submitted	2007-01-25
dc.description.abstract	Im Rahmen dieser Arbeit wurden Strukturen von Batteriemanagementystemen entworfen, zwei Batteriemanagementsysteme für Bleibatterien, sowie ein hybrides Energiemanagementsystem zur Kombination einer Bleibatterie und eines Ultracaps entwickelt, getestet und bewertet. Die Systeme werden in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Die entworfenen Strukturen für Batteriemanagementsysteme basieren jeweils auf dem Betriebsverhalten der Antriebsbatterie. Ziel eines jeden Batteriemanagementsystems ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit, der Sicherheit und der Lebensdauer der Antriebsbatterie. Ein geeignetes Batteriemanagementsystem (BMS) ist immer auf die genutzte Batterie abgestimmt, d.h. es berücksichtigt die elektrochemischen Eigenschaften des Batteriesystems und den jeweiligen Einsatzfall. Diese Arbeit beschreibt deshalb das Betriebsverhalten und die elektrochemischen Eigenschaften von derzeit industriell gebräuchlichen Sekundärbatterien. Aus deren Eigenschaften werden die Anforderungen an Batteriemanagementsysteme zum schädigungsfreien Betrieb der Batterien abgeleitet. Je nach Einsatzgebiet müssen einzellige, mehrzellige oder vielzellige Batterien vom BMS überwacht werden. Die Applikation und die Batteriegröße haben dabei Auswirkungen auf die Struktur des BMS. Diese Einflüsse werden diskutiert. Am Beispiel von Traktionsanwendungen für Elektrostraßenfahrzeuge werden Strukturen von Batteriemanagementsystemen für unterschiedliche Batteriesysteme diskutiert. Die Ladezustandsbestimmung ist dabei eine der Hauptanforderungen an ein BMS. Bei einer zuverlässigen Ladezustandsbestimmung der einzelnen Batteriezelle einer vielzelligen Batterie kann ein batterieschädigender Betrieb der Gesamtbatterie vermieden werden und eine Maximierung der Lebensdauer erreicht werden. Gebräuchliche Verfahren werden dargestellt und im Hinblick auf eine wirtschaftliche Implementierung im BMS untersucht. Für ein Elektrofahrzeug und ein Elektroleichtfahrzeug wird die Entwicklung, Realisierung und Bewertung je eines BMS dargestellt. Die Systeme zeigen die Notwendigkeit und die Möglichkeiten des BMS auf. Die zusätzliche Implementierung eines Ultracaps in das Elektroleichtfahrzeug mit der Erweiterung des BMS zu einem Energiemanagementsystem (EMS) führt zu deutlich verbesserten Fahrleistungen, speziell im Winterbetrieb. Die Entwicklung und Umsetzung einer geeigneten Betriebsstrategie wird ausführlich dargelegt. Die Ergebnisse eines Testbetriebes über 4 Jahre zeigen beim Einsatz eines hybriden Energiespeichers aus Bleibatterie und Ultracap die Grenzen eines wirtschaftlich und technisch sinnvollen Betriebes eines solchen Systems gegenüber einer reinen Batterielösung auf. Gleichzeitig konnte der lebensdauerverlängernde Einfluss des BMS nachgewiesen werden. Ein geeignetes und auf die Batterie abgestimmtes BMS kann die Gesamtkosten eines Batteriesystems, und damit des Elektrofahrzeugs, über die Gesamtlebensdauer signifikant senken.	de
dc.description.abstract	The following thesis discusses structures of battery- and energy management systems for electric vehicles. Two different battery management systems (BMS) for electric vehicles have been developed, tested and evaluated. A battery management system should increase the reliability, safety and economic life-time of a battery. Each battery management system has to be adapted to the battery used in the specific application. The Behavior and electrochemical properties of different secondary batteries have been described. From that, structures of battery management systems to meet the requirements of the batteries have been discussed for different applications. A reliable forecast of the state-of-charge (SOC) of each cell of a battery is a condition precedent to meet the demands on BMS. A model of a lead-acid been has been adapted to electric vehicle batteries and load profiles. The results have been used to enhance the reliability of the SOC-prediction. Overcharging and deep discharge of traction battery modules is avoided by the BMS under all circumstances. The implementation of Ultracaps to the demonstrator vehicle results in a less harmful load profile for the battery and increases the lifetime of the battery significantly. The range of the demonstrator vehicle increases not as hoped for. Especially under winter conditions the implementation of Ultracaps results in better vehicle performance. The testing results over 4 years point up the technical possibilities of increasing lifetime and performance and also the economical limitations of the additional implementation of a second energy storage system and new electronic management systems.	en
dc.identifier.uri	urn:nbn:de:kobv:83-opus-14820
dc.identifier.uri	https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1819
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1522
dc.language	German	en
dc.language.iso	de	en
dc.rights.uri	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/	en
dc.subject.ddc	620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten	en
dc.subject.other	Batteriemanagement	de
dc.subject.other	Bleibatterie	de
dc.subject.other	Elektrofahrzeug	de
dc.subject.other	Energiemanagement	de
dc.subject.other	Ultracap	de
dc.subject.other	Batterymanagement	en
dc.subject.other	Electric Vehicle	en
dc.subject.other	Energymanagement	en
dc.subject.other	Lead-Acid Battery	en
dc.subject.other	Ultracap	en
dc.title	Strukturen von Batterie- und Energiemanagementsystemen mit Bleibatterien und Ultracaps	de
dc.title.translated	Structures of Battery- and Energy Management Systems using Lead-Acid Batteries and Ultracaps	en
dc.type	Doctoral Thesis	en
dc.type.version	publishedVersion	en
tub.accessrights.dnb	free	*
tub.affiliation	Fak. 4 Elektrotechnik und Informatik::Inst. Energie- und Automatisierungstechnik	de
tub.affiliation.faculty	Fak. 4 Elektrotechnik und Informatik	de
tub.affiliation.institute	Inst. Energie- und Automatisierungstechnik	de
tub.identifier.opus3	1482
tub.identifier.opus4	1429
tub.publisher.universityorinstitution	Technische Universität Berlin	en

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