{"id":47645,"date":"2023-05-26T20:57:41","date_gmt":"2023-05-26T18:57:41","guid":{"rendered":"https:\/\/autoestrada.ch\/?p=47645"},"modified":"2023-05-26T20:57:46","modified_gmt":"2023-05-26T18:57:46","slug":"im-wohlfuehlmodus-batteriesysteme-fuer-den-rennsport-und-die-serie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/im-wohlfuehlmodus-batteriesysteme-fuer-den-rennsport-und-die-serie\/","title":{"rendered":"Im Wohlf\u00fchlmodus: Batteriesysteme f\u00fcr den Rennsport und die Serie"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Porsche Engineering entwickelt seit mehr als 20 Jahren leistungsf\u00e4hige L\u00f6sungen von Batteriesystemen f\u00fcr den Rennsport und die Serie. Das Batteriemanagementsystem (BMS) hat die Aufgabe, den Zustand der Batterie zu bewerten, die aktuellen Betriebsgrenzen zu definieren und den Betrieb innerhalb dieser Grenzen zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">In batterieelektrischen Fahrzeugen (Battery Electric Vehicle, BEV) spielt das Batteriemanagementsystem (BMS) eine zentrale Rolle. Es besteht aus dem Batterie-Management-Controller (BMC) und den Zellmodul-Controllern (Cell Module Controller, CMC). Die CMCs sind direkt in die Module der Hochvoltbatterie integriert und liefern Messwerte wie Zellspannung- und Temperatur an den BMC. Zudem sind sie f\u00fcr das \u201eCell Balancing\u201c verantwortlich: Hochvoltbatterien bestehen aus vielen einzelnen Niedervolt-\u00adBatteriezellen. Allerdings f\u00fchren Toleranzen zu individuellen physikalischen Eigenschaften der Zellen, wodurch es zu Problemen bei der Nutzung des Systems kommen kann. Um das zu verhindern, gleichen die CMCs den Ladezustand der Zellen aus&nbsp;\u2013 entweder passiv durch parallel geschaltete Widerst\u00e4nde oder aktiv durch den Transfer von Ladung von schw\u00e4cheren zu st\u00e4rkeren Zellen. Der BMC ist die zentrale Instanz des BMS und nutzt neben den Messwerten der CMCs auch eigene Stromsensoren. Eine seiner Aufgaben ist es, die Sicherheit der Batterie zu gew\u00e4hrleisten. Denn Batteriesysteme enthalten gro\u00dfe Mengen an Energie und sind in der Lage, diese Energie sehr schnell freizusetzen. Eine unkontrollierte oder ungewollte Freisetzung ist unbedingt zu verhindern. Zudem muss der BMC einen optimalen Kompromiss zwischen der Lebensdauer der Batterie und der Performance finden, weil der Betrieb au\u00dferhalb der Spezifikationen zu Sch\u00e4den am System f\u00fchren kann. Typische Ursachen daf\u00fcr sind zu hohe Str\u00f6me, zu hohe oder zu tiefe Temperaturen, was den Elektrolyten sch\u00e4digt oder zu einer h\u00f6heren Stromempfindlichkeit f\u00fchrt, sowie \u00dcber- oder Unterspannungen, die den Elektrolyten oder die aktiven Materialien sch\u00e4digen k\u00f6nnen.<\/p><div class=\"autoestrada-nel-contenuto autoestrada-entity-placement\" id=\"autoestrada-1070171700\" style=\"position: relative;padding: 30px;border: 2px solid red;margin: 25px auto 35px;text-align: center;width: fit-content;\"><div class=\"autoestrada-adlabel\">Anzeige<\/div><div id=\"autoestrada-2938961869\"><!-- START ADVERTISER: from tradedoubler.com -->\r\n<script type=\"text\/javascript\">\r\nvar uri = 'https:\/\/impfr.tradedoubler.com\/imp?type(img)g(25401758)a(2263928)' + new String (Math.random()).substring (2, 11);\r\ndocument.write('<a href=\"https:\/\/clk.tradedoubler.com\/click?p=320153&a=2263928&g=25401758\" target=\"_BLANK\"><img src=\"'+uri+'\" border=0><\\\/a>');\r\n<\/script>\r\n<!-- END ADVERTISER: from tradedoubler.com -->\r\n<\/div><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Um das zu verhindern, werden durch das BMS je nach Batteriezustand Stromgrenzen ver\u00e4ndert, Betriebsmodi begrenzt oder die K\u00fchlung angepasst. \u201eAuf Basis der Messwerte von zahlreichen Temperatur-, Strom- und Spannungssensoren leitet das BMS drei entscheidende Parameter der Batterie ab: den Ladezustand (State of Charge, SoC) und die Kapazit\u00e4t, die die Restreichweite bestimmen, und den Innenwiderstand, der die Performance begrenzt\u201c, erkl\u00e4rt Lukas M\u00e4urer, Projektleiter Hochvoltbatterie-\u00adFunktionen bei Porsche Engineering. \u201eAu\u00dferdem ist es f\u00fcr Sicherheitsfunktionen wie die \u00dcberstrom-Abschaltung und die Crash-Erkennung sowie f\u00fcr die Kommunikation mit den anderen Controllern im Fahrzeug verantwortlich.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Mehr als 20 Jahre Erfahrung<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Porsche Engineering hat bereits diverse BMS im Kundenauftrag entwickelt und kann dabei alle Aufgaben \u00fcbernehmen, die l\u00e4ngs des V-Modells anfallen&nbsp;\u2013 von der Anforderungserhebung bis hin zum Fahrzeugtest. \u201eAls Unternehmen sind wir schon seit mehr als 20&nbsp;Jahren auf diesem Gebiet t\u00e4tig, ich selbst besch\u00e4ftige mich seit sechs Jahren mit Batteriemanagementsystemen\u201c, sagt M\u00e4urer. Trotz aller Erfahrungen in zahlreichen Projekten bleibt die Entwicklung eines BMS selbst f\u00fcr erfahrene Entwickler eine anspruchsvolle Aufgabe: Die Software ist ausgesprochen komplex, was sowohl die Technik als auch die Projektleitung vor einige Herausforderungen stellt. Darum legt Porsche Engineering gro\u00dfen Wert auf einen stringenten und transparenten Prozess. An seinem Beginn steht das Anforderungsmanagement, dem die Experten besondere Aufmerksamkeit schenken. \u201eDenn es werden nicht nur die technischen Grundlagen gelegt&nbsp;\u2013 hier entscheidet sich auch der weitere Projektverlauf\u201c, betont Achim Olpp, Projektleiter bei Porsche Engineering.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Pr\u00fcfung des Lastenhefts<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Bereits bei der \u201eWareneingangspr\u00fcfung\u201c eines neuen Lastenheftes m\u00fcssen m\u00f6gliche Probleme erkannt und beseitigt werden. Olpp verweist auf die \u201eRule of Ten\u201c: Mit jeder Stufe der Software-Entwicklung steigen die Kosten f\u00fcr die Fehlerbehebung um den Faktor&nbsp;10. Der Aufwand nimmt mit jedem Prozessschritt zu, da bereits erfolgte Arbeit \u00fcberpr\u00fcft und ab dem Fehler erneut erledigt werden muss. Auch Folgefehler m\u00fcssen wieder \u201eeingefangen\u201c werden. Dies gef\u00e4hrdet fast automatisch die oft eng gesteckten Terminpl\u00e4ne, insbesondere bei Software f\u00fcr mehrere Kunden in angepassten Varianten.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Um solchen Zusatzaufwand zu verhindern, hat es sich bew\u00e4hrt, dass der Verfasser des Software-Pflichtenheftes unter der Leitung des Anforderungsingenieurs alle Projektbeteiligten zu einem \u201eReview\u201c des vom Kunden gelieferten Lastenheftes zusammenruft. \u201eDann sind alle an einem Tisch versammelt, darunter die Software-Architekten und -Entwickler sowie die Tester und der Kunde\u201c, erkl\u00e4rt Olpp. \u201eSo kann man die Anforderungen aus dem Lastenheft viel besser verstehen und die m\u00f6glichen L\u00f6sungen f\u00fcr das Pflichtenheft gezielter festlegen. Bei mehreren Kunden bietet das Review die M\u00f6glichkeit zur Moderation unterschiedlicher Interessen.\u201c Das erh\u00f6he zu Beginn zwar etwas den Aufwand, f\u00fchre langfristig aber zu einer deutlichen Zeitersparnis. Auf dieser soliden Basis baut die Planung der Arbeitsumf\u00e4nge auf. \u201eWir veranstalten zwei Wochen vor jedem Software-Releasezyklus einen Kapazit\u00e4ts-Workshop, bei dem der Bedarf des Kunden mit den zur Verf\u00fcgung stehenden Ressourcen abgeglichen wird\u201c, berichtet Olpp. \u201eSo wissen wir genau, was in der zur Verf\u00fcgung stehenden Zeit erreicht werden kann. Und der Kunde kann gegebenenfalls die Arbeitspakete priorisieren.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Kapazit\u00e4ten klar aufzeigen<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Pr\u00e4zises Kapazit\u00e4tsmanagement kann auch den gef\u00fcrchteten \u201eScope Creep\u201c verhindern helfen. Dabei ver\u00e4ndern sich die Anforderungen an ein Produkt kontinuierlich und ungesteuert w\u00e4hrend seiner Entwicklung, was oft zu Verz\u00f6gerungen f\u00fchrt. \u201eWenn man seine Kapazit\u00e4ten klar aufzeigt, kann man auch die Auswirkungen einer solchen Anforderungsdynamik besser verstehen und koordinieren\u201c, so Olpp. Speziell beim Einsatz von Software-Gleichteilen f\u00fcr mehrere Modelle und Marken ist bei diesem Schritt viel Sorgfalt n\u00f6tig. Denn falsch eingesteuerte Umf\u00e4nge k\u00f6nnen aufgrund der modularen Terminschiene gleich mehrere Fahrzeugbaureihen gef\u00e4hrden. Software-Architekten sind bei der BMS-Entwicklung ebenfalls mit einigen Herausforderungen konfrontiert. Sie m\u00fcssen unter anderem ber\u00fccksichtigen, dass die Zellchemie und der Aufbau der Batterien sich st\u00e4ndig weiterentwickeln.<br>\u201eEine ver\u00e4nderte Batterie-K\u00fchlung hat unter anderem Auswirkungen auf das Thermomanagement\u201c, erkl\u00e4rt M\u00e4urer. \u201eDie Temperatur der einzelnen Batteriezellen kann nicht vollst\u00e4ndig sensorisch erfasst werden. Wenn beispielsweise 60 Sensoren genutzt werden, um die Temperatur f\u00fcr 200 Zellen zu bestimmen, muss die Software-Architektur verschiedene Verbaupositionen der Sensoren und unterschiedliche K\u00fchlkonzepte wie mehrseitige K\u00fchlplatten unterst\u00fctzen.\u201c Darum m\u00fcsse man die BMS-Funktionen so entwickeln, dass sie sich leicht an solche Ver\u00e4nderungen anpassen lassen. Auch bei der Software-Architektur f\u00fchrt der Einsatz von Software-Gleichteilen zu zus\u00e4tzlichen Herausforderungen. Sie machen modulare Strukturen erforderlich, die einerseits die Anforderungen eines spezifischen Fahrzeugs erf\u00fcllen und andererseits nicht zu Nachteilen bei anderen Modellen f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u201eOhne solide Prozesse ist ein BMS-Projekt wie ein Hochhaus ohne stabiles Fundament.\u201c Achim Olpp, Projektleiter bei Porsche Engineering<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">An Ressourcen anpassen<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Software-Entwicklung folgt auf die Festlegung der Software-Architektur und hat das Ziel, L\u00f6sungen aus der Vorentwicklung serientauglich zu machen. Eine typische Aufgabe besteht zum Beispiel darin, Algorithmen an die begrenzten Ressourcen hinsichtlich Rechenleistung und Speicherkapazit\u00e4t der Steuerger\u00e4te in Fahrzeugen anzupassen&nbsp;\u2013 ohne dass die Qualit\u00e4t der Ergebnisse leidet. \u201eIn der Vorentwicklung wird in der Regel meist nur eine einzige Zelle mit Sensoren \u00fcberwacht, im Fahrzeug sind es mehrere Dutzend\u201c, sagt M\u00e4urer. \u201eMan kann den f\u00fcr einen Prototyp verwendeten Algorithmus in der Serie aber nicht einfach dutzende Male nacheinander ablaufen lassen, weil dadurch die erforderliche Rechenleistung zu hoch w\u00fcrde.\u201c Zudem werden in BEVs viele innovative Funktionen eingesetzt, zum Beispiel f\u00fcr das Schnellladen. Sie operieren oft an der Grenze des aktuell technisch Machbaren. Diese Funktionen m\u00fcssen beim \u00dcbergang vom Prototypen- zum Serienstand so robust gemacht werden, dass sie unter allen Bedingungen ohne Probleme ablaufen. \u201eBeim Schnellladen k\u00f6nnte man das durch die Implementierung von Regelalgorithmen erreichen, die den Ladestrom bei drohender \u00dcberhitzung oder Spannungs\u00fcberschreitung begrenzen\u201c, sagt M\u00e4urer.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">\u201eWir haben viele Erfahrungen bei der BMS-Entwicklung gesammelt, vom Rennsport bis zur Gro\u00dfserie.\u201c Lukas M\u00e4urer, Projektleiter Hochvoltbatterie-Funktionen bei Porsche Engineering<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Verfolgt der Kunde zus\u00e4tzlich eine Software-Gleichteilstrategie, m\u00fcssen die Entwickler auch eine hohe Anpassbarkeit ihrer Funktionen gew\u00e4hrleisten, um sich beispielsweise an verschiedene Zellchemien oder Hardware-Konzepte anpassen zu k\u00f6nnen. \u201eSoftware-Entwicklung f\u00fcr die Serie ist eine Transferleistung, f\u00fcr die unter anderem Porsche Engineering besonders gute Voraussetzungen mitbringt\u201c, fasst M\u00e4urer zusammen. \u201eWir haben viele Erfahrungen bei der BMS-Entwicklung gesammelt, vom Rennsport bis zur Gro\u00dfserie. Unsere L\u00f6sungen sind in allen Marken des Volkswagen-Konzerns vertreten, aber auch im 919 Hybrid, dem Le-Mans-Sieger von Porsche.\u201c Daneben verf\u00fcgt Porsche Engineering auch \u00fcber ein eigenes Zell- und Batterie-Know-how sowie \u00fcber Erfahrungen mit neuen Technologien wie 800-Volt-Netzen in Fahrzeugen. Wie gut die entwickelte Software die Anforderungen erf\u00fcllt, bewerten die Experten erstmals beim Modultest. Dabei werden die kleinsten Einheiten der Programme&nbsp;\u2013 zum Beispiel f\u00fcr die Berechnung der Restkapazit\u00e4t&nbsp;\u2013 mit definierten Eingangswerten gespeist. Liefern sie die erwarteten Ergebnisse, arbeitet der Algorithmus grunds\u00e4tzlich korrekt. Andernfalls m\u00fcssen die Software-Entwickler den Programmcode bearbeiten. \u201eAls erster Verifikationsschritt bietet der Modultest viel Potenzial, um Zeit und Geld einzusparen\u201c, so M\u00e4urer. \u201eDenn alles, was hier gefunden wird, w\u00e4re sp\u00e4ter im Projektverlauf nur mit deutlich h\u00f6herem Aufwand zu beheben.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Vier-Augen-Prinzip beim Test<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Bei Porsche Engineering gilt f\u00fcr den Modultest das Vier-Augen-Prinzip: Programmierung und Test werden von unterschiedlichen Mitarbeitern durchgef\u00fchrt. Ganz am Ende kommt noch ein Vertreter der Qualit\u00e4tssicherung hinzu, der neben dem Ergebnis auch die zuvor durchlaufenen Entwicklungsprozesse validiert. So ist sichergestellt, dass die n\u00e4chsten Schritte des V-Modells&nbsp;\u2013 Integrations-, Software- und Fahrzeugtests&nbsp;\u2013 auf einer guten Grundlage aufbauen k\u00f6nnen. Denn f\u00fcr den gesamten Entwicklungsprozess gilt der Hinweis von Projektleiter Olpp: \u201eOhne solide Prozesse ist ein BMS-Projekt wie ein Hochhaus ohne stabiles Fundament.\u201c<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Porsche Engineering entwickelt seit mehr als 20 Jahren leistungsf\u00e4hige L\u00f6sungen von Batteriesystemen f\u00fcr den Rennsport und die Serie. Das Batteriemanagementsystem (BMS) hat die Aufgabe, den Zustand der Batterie zu bewerten, die aktuellen Betriebsgrenzen zu definieren und den Betrieb innerhalb dieser Grenzen zu gew\u00e4hrleisten. 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