Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung
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- Sven Eike Berger
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1 Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung Andreas Werner Sergej Bomke Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 1 / 18
2 Formula Student Internationaler Design Wettbewerb Ausgetragen seit 1981 Ausgetragen in Europa seit 1998 Ausgetragen in Deutschland seit 2006 Austragungsorte: Formula SAE Michigan - USA - Michigan International Speedway Formula Student - Großbritannien - Silverstone Formula SAE Italy - Italien - Riccardo Paletti Circuit Formula Student Austria - Österreich - Red Bull race track in Spielberg Formula Student Germany - Deutschland - Hockenheimring Formula SAE Japan - Japan - Fuji Speedway Formula SAE Australasia - Australien - Melbourne Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 2 / 18
3 Scuderia Mensa Scuderia Mensa an die Hochschule RheinMain angegliederter Verein gegründet Teilnahme an Formula Student Combustion Teilnahme an Formula Student Electrics seit 2016 Teilnahme an Formula Student Combustion Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 3 / 18
4 SPR15e SPR15e Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 4 / 18
5 SPR15e SPR15e letzes Elektroauto der Scuderia Mensa Gewicht: 220kg (leer) Motor: YASA 750 mit selbstentwickeltem Planetengetriebe Leistung: max. 100kW Drehmoment: max Nm, am Rad (500 Nm dauerhaft) Gesamtlänge: 2905 mm 20 Ah Accu 7,5 kwh Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 5 / 18
6 SPR15e Aufbau Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 6 / 18
7 SPR15e Akku Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 7 / 18
8 SPR15e Stack Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 8 / 18
9 BMS Battery Management System (BMS) Überwachung jeder Zelle im System SPR15e: 2P90S Schaltung V max = 378V Spannungswerte aller Zellen alle 20ms 4500 Werte sec Stromverbauchswerte alle 10ms vom Inverter Abschaltung bei: V Zell min 3V 10 sec V Zell min 2.6V sofort V Zell max 4.2V 10 sec V Zell max 4.3V sofort Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 9 / 18
10 BMS Problem Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 10 / 18
11 BMS Ziel des Projektes Vorhersage des potenziellen Ausfalles einer Zelle Temperaturanalyse und Vorhersage, wann die zulässige Temperatur überschritten wird. Ermittlung des Füllzustands des Akkus Vorhersage des maximalen zu ziehenden Stroms anhand der Spannungseinbrüche jeder Zelle in der Vergangenheit Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 11 / 18
12 Lösungen Open Circuit Voltage (OCV) Coulomb-Counting Kalman Filter Künstliches neuronales Netz Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 12 / 18
13 EKF Kalman Filter Benannt nach Rudolf E. Kálmán Grundidee Modellierung eines linearen dynamischen Systems, um Vorhersagen über System-Verhalten zu machen Vorgehensweise Schätzung des nächsten Zustands (Prädiktion) Vergleich der aktuellen Zustandsschätzung mit Messergebnissen Korrektur der Schätzung anhand dessen Abweichung zum Messwert Problem: Modell beschränkt auf lineare Systeme Lösung: Extended Kalman Filter Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 13 / 18
14 EKF Extended Kalman Filter Modellierung analog zum Kalman Filter Mathematische Modell des zugrundeliegenden dynamischen Systems RC Modell C Rc R Ik OCV U Beziehung zwischen Spannung und den Parametern C und R c ist nicht linear Parametern müssen bestimmt werden Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 14 / 18
15 KNN Künstliches neuronales Netz Von der Natur inspirierte Methode Simulieren Vorgänge in menschlichen Gehirn Anwendungen: Vorteile Mustererkennung Vorhersage Planen... Lernfähigkeit Fehlertoleranz Parallelität Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 15 / 18
16 KNN Definition Gerichteter Graph G = (N,V,w) N die Menge der Neurone V die Verbindungen von Neuron i zu Neuron j w V R eine Gewichtsfunktion w(i,j) das Gewicht der Verbindung von Neuron i zu Neuron j Input Layer Hidden Layer Output Layer Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 16 / 18
17 KNN Lernprozess In einer Trainingsphase werden Trainingsvektoren p = (p 1,...,p n ) aus einer Menge P vorgegeben, die das Netzt lernt Verschiedene Paradigmen und Algorithmen zum Lernen In der Ausführungsphase wird das gelernte Wissen zur Lösung eingesetzt Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 17 / 18
18 Grobentwurf SOC CELL SOC ACCU Bolt SOC CELL CELL FAULT SPLIT FILTER SOC CELL Bolt Bolt SPOUT SPLIT FILTER JOIN TEMP CELL SPLIT FILTER Bolt Bolt Bolt TEMP CELL TEMP CELL Bolt Andreas WernerSergej Bomke(HSRM) Online-Hochleistungs-Akkuzellen-Bewertung 18 / 18
CO 2 -Emissionen CO 2 -Emissionen CO 2 -Emissionen 1 10 2 3 4 5 6 7 8 9 A B 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [Nm] 370 350 330 310 290 270 250 230 210 190 170 150 [kw] [PS] 110 150 100 136 90 122 80 109 70
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