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Drahtlose Kommunikation für ein neuartiges Batteriemanagementsystem von Li-Ion-Batterien der Elektro- und Hybridfahrzeugen (IntLiIon Projekt)

Drahtlose Kommunikation für ein neuartiges Batteriemanagementsystem von Li-Ion-Batterien der Elektro- und Hybridfahrzeugen (IntLiIon Projekt)
Ansprechpartner:

Damián Ezequiel Alonso

Projektgruppe:

IntLiIon 

Förderung:

Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) 

Partner:

Bosch , PRO DESIGN , KIT , HsH 

Starttermin:

15.5.2013 

Endtermin:

14.5.2016 

Motivation

Das Ziel des Projekts IntLiIon („Intelligente Datenbuskonzepte für Lithium-Ionen-Batterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen“) ist es, Leistung, Sicherheit und Lebensdauer von Elektro- und Hybridfahrzeugen durch intelligentes Batteriemanagement entscheidend zu erhöhen. Die Teilnehmer des Projekts sind Bosch, KIT, ProDesign und Hochschule Hannover.

                                                      

Problemstellung

Die aktuellen Datenkommunikationssysteme von Li-Ionen-Batterien sind bisher durch Standard-Bussysteme (z. B. CAN-Bus) realisiert und verwenden dafür zusätzliche Verkabelung. Die Folge davon sind höhere Kosten, höheres Gewicht und eine aufwendige Fertigung.
Die maximale Datenrate von diesen Protokollen stellt außerdem eine Grenze für die Entwicklung von einem neuartigen Batteriemanagementsystem da, weil für die zunehmend komplexeren Sensoren eine höhere Datenrate erforderlich sein wird.

Drahtlose, d.h. funkbasierte Datenübertragung als geplanter Lösungsansatz

Das Ziel ist die Entwicklung von neuartigen Datenübertragungssystemen für die Überwachung und Regelung jeder einzelnen der ca. 100 Zellen eines Batteriepacks ohne zusätzliche Verkabelung und mit einer höheren Bandbreite als die aktuellen Systeme. Damit sollen alle Zellen mit einer Latenz von wenigen Millisekunden überwacht werden können.

         Batterie

Das KIT arbeitet in der Konzeption eines breitbandigen, störresistenten Kommunikationssystems für Lithium-Ionen-Batterien. Eine drahtlose, d.h. funkbasierte Datenübertragung auf Basis der physikalischen Schicht ist eine von zwei Alternativen, die am KIT erforscht werden. Dieser neuartige Lösungsansatz besteht aus dem Einsatz von Antennen im Batteriesteuergerät und an jeder einzelnen Zelle für die Kommunikation zwischen ihnen innerhalb der Traktionsbatterie. Hierfür sind Kenntnisse über die Kanaleigenschaften nötig, welche erforscht werden müssen. Dazu wird der Funkkommunikationskanal in der Batterie mit verschiedenen Arten von Antennen und Betriebsfrequenzen untersucht. Diese ist ein kompliziertes Szenario für die Funkkommunikation wegen der Präsenz von vielen metallischen und reflektierenden Objekte (Zellen, Anschlüsse, Batteriegehäuse, usw.) in unmittelbarer Nähe der Antennen. Dadurch werden die Antenneneigenschaften bedeutend modifiziert, wobei sie abhängig von ihrer Position im Gehäuse, der Topologie sowie der Dimension der Batterie sind. Ein weiteres Problem der metallischen Umgebung ist, dass durch machfache Reflexionen Mehrwegeempfang („Multipath“) entsteht.

Wegen den genannten Gründen ist die Wahl einer Antenne, die an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Batteriegehäuses einsetzbar ist, von großer Bedeutung, sowie der Entwurf von einem robusten Kommunikationssystem mit kognitiven Fähigkeiten, d. h. einer autonomen Anpassung an die jeweiligen Umgebungsbedingungen.

Methodik

Untersuchung der Wellenausbreitung und des Antennenverhaltens innerhalb der Traktionsbatterie

  • Wahl der Antennen und Charakterisierung des Funkkanals
  • Wahl der Übertragungsparameter und Systemsimulation.
  • Entwicklung eines robusten Kommunikationssystems: (Physikalische und MAC Schichte)
  • Einsatz kognitiver Technologien
  • Entwicklung mit Rapid Prototyping Platforms
  • Validierung im Fahrzeug

Unter folgendem Link erhalten Sie weitere Informationen: http://www.iiit.kit.edu/IntLiIon.php