EBSILON®Professional Online Dokumentation
|
Leitungsanschlüsse |
|
|
|
1 |
Elektroeingang (optional, zur Ankopplung einer weiteren Batterie) |
|
|
2 |
Elektroausgang /-eingang (> 0 zum Entladen , < 0 zum Laden) |
|
|
3 |
Batterie Verluste |
|
|
4 |
Anschluss Alterungsmodul
|
|
|
5 |
Logikeingang (zur Steuerung der Betriebsart)
|
|
Allgemeines Vorgabewerte Verwendete Physik Kennlinien Ergebnisse Bauteilform Beispiel
Dieses Bauteil bildet eine Batterie ab, die aus einzelnen Zellen mit einer Nominalkapazität CCELLN und einer Nominalspannung UCELLN besteht. Die tatsächlich verfügbare Kapazität verringert sich gemäß einem Faktor SOH (State of Health), der der Batterie über den Logikanschluss 4 vom Alterungsmodul vorgegeben wird. Der aktuelle Ladezustand (State of Charge) der Zelle SOC muss zwischen den Grenzen SOCMIN und SOCMAX bleiben.
Das Bauteil Batterie besteht aus NBANK parallel geschalteten Bänken, die jeweils aus NRACK parallel geschalteten Strängen bestehen. Jeder Strang besteht aus NMOD in Reihe geschalteten Modulen. Jedes Modul besteht aus NPAR * NSER Modulen (je NPAR parallel und NSER in Reihe geschaltet).
Beim Entladen der Batterie sinkt die Klemmenspannung unter ihren Nominalwert bis auf einen Mindestwert UCOCELL (Cut-off Spannung). Die Stromstärke kann dabei bis zur Kurzschluss-Stromstärke ISCCELL ansteigen.
Die Klemmenspannung in Abhängigkeit vom Entladestrom und vom Ladezustand (SOC) wird durch ein Kennfeld CUACT definiert, das aus 20 Kennlinien mit dem aktuellen Ladezustand als Parameter besteht. Anstelle des Kennfelds kann auch mit einem konstanten inneren Widerstand der Zelle gerechnet werden, der wahlweise direkt vorgegeben oder aus dem Kurzschlussstrom berechnet werden kann.
Das Bauteil kann sowohl in Stromkreisen eingesetzt werden, wo es die Stromstärke aufgrund der Widerstände im Stromkreis berechnet, als auch in Regelkreisläufen, die eine Vorgabe der Stromstärke von außen verlangen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Stromstärke durch Vorgabe der gewünschten Leistung auf dem Logikeingang 5 festzulegen.
Um die Alterung der Batterie abzubilden, ist ein externes Alterungsmodul an den Logikeingang 4 anzuschließen. Über diesen Logikeingang erhält die Batterie vom Alterungsmodul ihren jeweils aktuellen SOH („State of Health“). Dieser ist definiert als Verhältnis der aktuellen zur ursprünglichen Kapazität der Batterie. Das Alterungsmodul kann wiederum über diesen Logikanschluss auf die Daten der Batterie zugreifen und die Alterung berechnen.
Bei den meisten Ebsilon-Bauteilen fließt das Fluid über den Anschluss 1 in das Bauteil hinein und über den Anschluss 2 aus dem Bauteil hinaus. Beim Bauteil Batterie wird aber derselbe Anschluss (und zwar
Anschluss 2) zum Laden und zum Entladen verwendet.
Da es sich topologisch um einen Ausgang handelt, werden beim Entladen positive Werte für die Leistung angezeigt. Der Ladevorgang wird über negative Werte abgebildet. Dies ist zum einen realitätsnäher (da man in der Realität dieselben Kabel zum Laden und zum Entladen verwendet), zum andern erleichtert es auch die Modellierung.
Nichtsdestotrotz gibt es bei diesem Bauteil auch einen Elektroeingang
(Anschluss 1), der allerdings optional ist und nicht zum Laden verwendet wird, sondern zur Ankopplung einer weiteren Batterie. Auf diese Weise lassen sich mehrere Bauteile 158 in Serie schalten. Dabei addieren sich die Spannungen, während die Stromstärke durch alle Batterien gleich bleibt. Mit Ausnahme der letzten müssen alle Batterien im Modus FOP=-1 („Stromstärke von außen gegeben“) betrieben werden, da die letzte Batterie die Berechnung für das Gesamtpaket durchführt und die Stromstärke auf die Leitung schreibst.
Anschluss 3 ist ein Logikausgang für die Verluste. Diese werden von der Batterie berechnet. Hierbei können sowohl die in der Batterie entstehenden Verluste als auch die für die Kühlung benötigte Leistung berücksichtigt werden ( siehe Kapitel FLOSS - Verlustberechnung ).
Anschluss 4 ist der Logikeingang für Anschluss Alterungsmodul: Über diese Verbindung werden dem Alterungsmodul die benötigten Daten der Batterie mitgeteilt. Das Alterungsmodul berechnet den neuen SOH (state of health) am Ende des jeweiligen Zeitschritts und teilt diesem zu Beginn des nächsten Zeitschritts der Batterie über die Logikleitung mit.
Anschluss 5 ist der Logikeingang für die Steuerung. Auf dieser Leitung wird die gewünschte Leistung vorgeben. Wenn die Batterie geladen werden soll, ist ein negativer Wert vorzugeben. Ob die gewünschte Leistung erreicht werden kann, hängt sowohl vom Ladezustand der Batterie als auch von der Stromstärke ab:
FOP - Betriebsart:
FUTHERM - Methode zur Berechnung der Klemmenspannung:
Mit diesem Schalter wird der Zusammenhang zwischen Klemmenspannung und Stromstärke festgelegt. Standardmäßig wird mit einem konstanten inneren Widerstand gerechnet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein Kennfeld zu hinterlegen.
FLOSS - Verlustberechnung:
Verluste werden vom Bauteil selbst berechnet und als Wärme auf den Logikausgang 3 geschrieben. Für die Berechnung der beim Betrieb der Batterie auftretenden Verluste gibt es folgende Varianten:
QLOSSOP = (UTOTN – U2) * I2
Man beachte, dass der Verlust stets positiv wird, da beim Laden I2 < 0 und U2 > UTOTN.
Dabei sind U2, I2 und Q2 Spannung, Stromstärke und Leistung am Austritt und der Proportionalitätsfaktor LOSS ein Vorgabewert.
Zusätzlich kann bei den Verlusten auch der Eigenbedarf QLOSSC der Klimaanlage berücksichtigt werden, die zur Kühlung der Batterien benötigt wird. Da dieser von der Umgebungstemperatur abhängt, gibt es hierfür eine Kennlinie CQLOSSC. Diese Kennlinie wird sowohl im Auslegungsfall als auch in Teillast verwendet. Die Auslegungstemperatur der Klimaanlage (also die Temperatur, bei der die Kennlinie den Wert 1 hat) muss deshalb nicht mit dem Auslegungsfall der Gesamtschaltung übereinstimmen.
Es wird davon ausgegangen, dass die Klimaanlage unabhängig von der Batterie betrieben werden kann. Der Eigenbedarf wird deshalb auch bei ausgeschalteter Batterie berechnet.
FTIMELIM - Verhalten bei Grenzerreichung:
Mit diesem Schalter kann das Verhalten bei einer instationären Berechnung -beispielsweise im Rahmen einer Zeitreihe – eingestellt werden.
Innerhalb des Zeitschritts führt das Bauteil grundsätzlich eine stationäre Berechnung durch, d.h. es werden keine Zeitabhängigkeiten betrachtet. Erst bei der Berechnung des Ergebniswerte SOCNEW (neuer Ladezustand am Ende des Zeitschritts) und DCHARGE (Ladungsänderung im Zeitschritt) kommt eine Zeitabhängigkeit ins Spiel.
Solange SOCNEW im gültigen Bereich zwischen SOCMIN und SOCMAX liegt, hat FTIMELIM keine Auswirkung. Wenn SOCNEW jedoch einen Grenzwert überschreitet, gibt es folgende Möglichkeiten:
In beiden Fällen wird SOCNEW dann auf den entsprechenden Grenzwert (SOCMIN oder SOCMAX) gesetzt.
Bei Durchführung einer Zeitreihenrechnung wird der Ergebniswert SOCNEW nach der Berechnung eines Zeitschrittes dann auf den Vorgabewert SOC für den nächsten Zeitschritt kopiert.
Hinweis: Kein FMODE
Einen Schalter FMODE zur Umschaltung zwischen Auslegungs- und Teillastmodus gibt es bei diesem Bauteil nicht, da es für dieses Bauteil keine Nominalwerte gibt, die von Ebsilon im Rahmen einer Auslegungsrechnung ermittelt werden könnten.
Vorgabewerte für den Betrieb:
Diese Vorgabewerte sind nur für den Betrieb mit Leistungsanforderung (FOP=3) relevant.
CRATEN: Nominalwert für die Laderate (CRATE)
Die Laderate gibt an, welcher Teil der Kapazität pro Zeiteinheit geladen bzw. entladen wird. Beispiel: bei einer CRATE von 0.5 A/Ah wird in einer Stunde der SOC (state of charge) der Batterie um 0.5 gesteigert bzw. verringert.
Die Laderate ergibt sich aus dem Nominalwert CRATEN und der Kennlinie CCRATE in Abhängigkeit vom Ladezustand. Standardmäßig ist diese Kennlinie so konstruiert, dass die Laderate bei Annäherung an SOC=1 bereits reduziert wird.
DCRATEN: Nominalwert für die Entladerate (DCRATE) (optional)
Hier ist nur dann ein Wert einzutragen, wenn zum Entladen eine andere Rate verwendet werden soll als zum Laden. Andernfalls wird die Entladerate mit der Laderate gleichgesetzt.
STHR: Schwellwert zum Laden
Hier kann ein Schwellwert eingetragen werden, der überschritten werden muss, damit die Batterie in den Modus „Laden“ übergeht.
Vorgabewerte für die Geometrie:
NPAR: Zahl der parallelen Zellen pro Modul
NSER: Zahl der seriellen Zellen pro Modul
NMOD: Zahl der Module pro Strang
NRACK: Zahl der Stränge pro Bank
NBANKS: Zahl der Bänke im Bauteil
Vorgabewerte für Kapazität und Spannung:
UCELLN: Nominale Spannung einer Zelle
CCELLN: Nominale Kapazität (maximale Ladung) einer Zelle
RINTCELL: Innerer Widerstand einer Zelle
ISCCELL: Kurzschlussstrom (maximal möglicher Strom) einer Zelle
QMAX: Maximale Leistung der gesamten Batterie
Vorgabewerte zum Status:
SOC: Aktueller Ladezustand
SOCMIN: Minimal zulässiger Ladezustand
SOCMAX: Maximal zulässiger Ladezustand
Der „State of Health“ (SOH) wird nicht in der Batterie, sondern im Alterungsmodul verwaltet. Die Batterie gibt lediglich bei den Ergebniswerten aus,
mit welchem SOH die Berechnung erfolgt ist.
Vorgabewerte für die Verlustberechnung:
LOSS: Verlustfaktor (Proportionalitätsfaktor bei FLOSS=1 oder 2)
QLOSSCN: Nominalwert für die Leistung der Klimaanlage
Dieser Wert wird mit dem von der Umgebungstemperatur abhängigen Wert der Kennlinie CQLOSS multipliziert.
TAMB: Umgebungstemperatur (für FSTAMB=0)
ISUN: Verweis auf Bauteil 117 (für FSTAMB=1)
Ergebniswerte zum Betrieb:
RCRATE: Verwendete Lade- bzw. Entladerate
UCELL: Aktuelle Spannung einer Zelle
UTOT: Aktuelle Gesamt-Spannung
ICELL: Aktuelle Stromstärke durch eine Zelle
ITOT: Aktuelle Gesamt-Stromstärke
QTOT: Aktuelle Gesamtleistung der Batterie
Ergebniswerte zum Status:
SOCNEW: Neuer Ladezustand am Ende des Zeitschritts
SOH: Für die Rechnung verwendeter Gesundheitszustand
CTOT: Gesamtkapazität beim aktuellen Gesundheitszustand
DCHARGE: Änderung der Ladung während des Zeitschritts
DCHARGECTOT: Änderung der Ladung bezogen auf die Gesamtkapazität
Ergebniswerte für die Ergebniswerte für die Verlustberechnung:
RTAMB: Verwendete Umgebungstemperatur
QLOSSOP: durch den Betrieb der Batterie entstandener Verlust
QLOSSC: durch die Klimaanlage entstandener Verlust
QLOSSTOT: Gesamtverlust
Sonstige Ergebniswerte:
UTOTN: Nennspannung der Gesamtbatterie
UUN: Verhältnis aktueller zur Nennspannung
IISC: Verhältnis aktuelle zu Kurzschluss-Stromstärke
RRINTCELL: Verwendeter Innenwiderstand eine Zelle
RRINTTOT: Verwendeter Innenwiderstand der Gesamtbatterie
RQMAX: Berechnete maximale Leistung der Batterie
Dieser Ergebniswert wird aus dem Innenwiderstand berechnet unter der Annahme, dass dieser konstant ist. Falls dies nicht der Fall ist
(möglich bei FUTERM=3), ist dieser Wert nur eine Näherung.
QQMAX: Verhältnis von aktueller zur maximal möglichen Leistung
CRATE: Relative Laderate in Abhängigkeit vom Ladezustand
CQLOSSC: Relative Leistung der Klimaanlage in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
FCUTERM: Kennfeld, bestehend aus Kennlinien CUTERM_n für die relative Klemmenspannung in Abhängigkeit von der relativen Zellenstromstärke
(bezogen auf den Kurzschlussstrom ISCCELL) mit dem Ladezustand SOC als Parameter
|
FOP |
Betriebsart (nicht relevant für Initialisierung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = -1: Stromstärke von außen gegeben |
|
CRATEN
|
Laderate (nominal) |
|
DCRATEN
|
Entladerate (nominal) (optional, wenn von CRATE verschieden) |
|
STHR
|
Schaltgrenze für Laden |
|
NPAR |
Zahl der parallelen Zellen pro Modul |
|
NSER |
Zahl der seriellen Zellen pro Modul |
|
NMOD |
Zahl der Module pro Rack |
|
NRACK |
Zahl der Racks pro Bank |
|
NBANK |
Zahl der Bänke |
|
UCELLN |
Zellen Nennspannung |
|
CCELLN |
Zellen-Nennkapazität (maximale Ladung) einer Zelle
|
|
FUTERM |
Flag: Methode zur Berechnung der Klemmenspannung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck |
|
RINTCELL |
Innerer Widerstand einer Zelle |
|
ISCCELL |
Kurzschlussstrom (maximaler möglicher Strom) einer Zelle |
|
QMAX |
Maximale Leistung der gesamten Batterie |
|
SOC |
Aktueller Ladezustand |
|
SOCMIN |
Mindest - Ladezustand |
|
SOCMAX |
Höchst - Ladezustand |
|
FTIMELIM |
Flag: Aktion bei Grenzerreichung im Zeitintervall Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 0: Leistung reduzieren um Grenzüberschreitung zu vermeiden |
|
FLOSS |
Flag: Schalter für Wärmeverluste Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck = 0: Wärmeverlust aus Spannung und Strom berechnet |
|
LOSS |
Faktor für Wärmeverluste |
|
QLOSSCN
|
Leistungsverlust durch Klimaanlage (Normalwert für Kennlinie CQLOSSC) |
|
FSTAMB |
Definition der Umgebungstemperatur Ausdruck =0: durch Parameter TAMB gegeben |
|
TAMB
|
Umgebungstemperatur |
|
ISUN |
Index für Sonnen- und Umgebungsparameter |
|
RCRATE |
Verwendete Laderate |
|
UCELL |
Zell-Klemmenspannung |
|
UTOT |
Gesamtspannung |
|
ICELL |
Aktuelle Stromstärke pro Zelle |
|
ITOT |
Gesamtstromstärke |
|
QTOT |
Batterie-Gesamtleistung |
|
SOCNEW |
Neuer Ladezustand |
|
SOH |
Angewandter Gesundheitszustand |
|
CTOT |
Gesamtkapazität beim aktuellen Gesundheitszustand |
|
DCHARGE |
Ladungsänderung während des Zeitschritts |
|
DCHARGETOT |
Ladungsänderung relativ zu Gesamtkapazität |
|
RTAMB |
Verwendete Umgebungstemperatur |
|
QLOSSOP |
Verlust durch Betrieb |
|
QLOSSC |
Verlust durch Klimaanlage |
|
QLOSSTOT |
Gesamtverlust |
|
UTOTN |
Nennspannung der gesamten Batterie |
|
UUN |
Verhältnis aktuelle Spannung / Nennspannung |
|
IISC |
Verhältnis aktuelle Stromstärke / Kurzschluss-Stromstärke |
|
RRINTCELL |
Verwendeter interner Widerstand der Zelle |
|
RRINTTOT |
Verwendeter interner Widerstand der Batterie |
|
NPARTOT |
Verwendete Gesamtzahl paralleler Einheiten |
|
NSERTOT |
Verwendete Gesamtzahl serieller Einheiten |
|
RQMAX |
aus RINTTOT berechnete maximale Leistung |
|
QQMAX |
Verhältnis momentane Leistung / maximale Leitung |
|
Kennlinie 1 bis N: CRATE : Relative Laderate in Abhängigkeit v. Ladezustand CCRATE : CRATE / CRATEN = f (SOC) |
|
X-Achse 1 SOC 1. Punkt |
|
Kennlinie 1 bis N: CQLOSSC: Relative Leistung der KLimaanlage in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur CQLOSSC: QLOSSC / QLOSSCN = f (TAMB) |
|
X-Achse 1 TAMB 1. Punkt |
|
Kennfeld 1 bis 20: FCUTHERM : Kennfeld bestehend aus Kennlinien CUTHERM_n für die relative Klemmenspannung in Abhängigkeit von der relativen |
|
CUTHERM_1: X-Achse 1 ICELL/ ISCCELL 1. Punkt, param= SOC 0.05...1,0 |
 |
Form 1 |
 |
Form 2 |
 |
Form 3 |
 |
Form 4 |
 |
Form 5 |
 |
Form 6 |
 |
Form 7 |
 |
Form 8 |
Klicken Sie hier>> Bauteil 158 Demo << um ein Beispiel zu laden.