Elektrisch betriebene Antriebsmotoren kommen sowohl bei Hybrid- als auch bei Elektrofahrzeugen zum Einsatz. Als Energiespeicher dient eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie. Die Gesamtklemmenspannung einer solchen Batterie liegt üblicherweise zwischen 200 bis 600 V. Die hohen Batteriespannungen werden durch Reihenschaltung einzelner Zellen erreicht. Aufgrund der seriellen Zusammenschaltung der über 100 Zellen fließt im Normalbetrieb durch sämtliche Zellen ein identisch hoher Strom. Dies gilt beim Laden genauso wie beim Entladen der Batterie. Infolge verschiedener Einflussfaktoren kann sich im Betrieb zwischen den einzelnen Zellen ein unterschiedlicher Ladungszustand einstellen. Weil der Ladungszustand jeder einzelnen Zelle fast ausschließlich vom zeitlichen Verlauf des Stroms abhängig ist und der Strom im Normalfall in allen Zellen gleich groß ist, könnte ohne ein regulierendes BMS (Batteriemanagementsystem) der Ladungszustand der einzelnen Zellen nicht ausgeglichen werden. Die Hauptaufgabe eines BMS ist dementsprechend die Überwachung der einzelnen Batteriezellen sowie die gezielte Angleichung ihres Ladungszustands. Zusätzlich muss es wichtige Betriebsinformationen wie den Gesamtladungszustand oder den aktuell zulässigen Maximalstrom stetig bereitstellen. Darüber hinaus überwacht das BMS die Temperatur der Batteriezellen und regelt gegebenenfalls deren Klimatisierung. Die wesentliche Aufgabe eines BMS ist es, die Hochvoltbatterie stets im optimalen Bereich zu betreiben. Vorabtests von BMS sind wegen der sicherheitskritischen Einstufung der BMS-Komponenten unerlässlich. Dafür ist die Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL) ein kostengünstiges und effizientes Werkzeug. Um das BMS an einem HIL-Prüfstand testen zu können, benötigt man eine Elektronikeinheit zur Simulation der Zeltspannung sowie ein skalierbares, echtzeitfähiges Zellenmodell. Vorgestellt wird ein HIL-System, mit dem umfassende Tests von BMS-Komponenten möglich sind. Den hohen Anforderungen dieser Tests werden Lösungen im Hard- und Software-Bereich gegenübergestellt. dSpace hat eine Zellsimulationskarte entwickelt, die die Zellspannungen mit hoher Genauigkeit simuliert und zudem aufgrund ihrer Strombelastbakeit passives und aktives Cell Balancing am HIL-Simulator ermöglicht.

The essential task of a battery management system (BMS) is to consistently operate the high-voltage battery in an optimum range. Due to the safety-critical nature of its components, prior testing of the BMS is absolutely necessary. Hardware-in-the-loop (HIL) simulation is a cost-effective and efficient tool for this. Testing the BMS an a HIL test bench requires an electronics unit to simulate the cell voltage and a scalable, real-time-capable cell model. This paper describes a HIL system that enables comprehensive testing of BMS components. Hardware and software solutions are proposed for the high requirements of these tests. The individual components are combined to make a modular system, and safety-critical aspects are examined.