Parametrierung von Ersatzschaltbildmodellen und Simulation von Batterien mit MATLAB und Simulink

Batterien werden heute in vielen Anwendungen eingesetzt, vor allem für die Energiewende und eine CO₂-reduzierte Mobilität kommt Batterien eine sehr große Bedeutung zu. Für eine gute und belastbare Systemauslegung sind genaue und effiziente Simulationsmodelle unabdingbar. Mit den verschiedenen Tools von MATLAB^® kann die komplette Modellentwicklung von der Parametrierung bis zur Simulation benutzerfreundlich und zuverlässig bearbeitet werden.

Ersatzschaltbildmodelle von Batterien bestehen in der Regel aus der Reihenschaltung von Induktivitäten, ohmschen Widerständen und Widerstand-Kondensator-Parallelschaltungen (RC-Glieder). Sie werden häufig aus Impedanzmessungen oder Pulstests parametriert. Zur Auswertung der Messungen eignen sich sehr gut die verschiedenen Curvefitting-Verfahren von MATLAB. Bei vielen Batterietypen reichen diese Messungen allerdings nicht aus, sondern es müssen weitere, spezielle Messungen durchgeführt werden, um das komplette Verhalten der Batterie gut abzubilden. Die Kombination und Auswertung mehrerer unterschiedlicher Datensätze ist ebenfalls sehr gut und benutzerfreundlich zum Beispiel über eine MATLAB GUI zu realisieren. Für die Simulation wird typischerweise Simulink verwendet, oft mit eingebetteten S-Functions, um die Simulation zu beschleunigen.

In diesem Vortrag sollen das Parametrierungsverfahren und die verschiedenen benutzten MATLAB Tools am Beispiel der impedanzbasierten Modellierung von Bleibatterien vorgestellt werden, das in ähnlicher Form auch für andere Batterietypen angewendet werden kann. In vereinfachter Form soll das Verfahren auch ab Sommersemester 2015 in der Lehre an der TU Berlin eingesetzt werden. Im Rahmen einer Lehrveranstaltung zur Simulation von Batterien sollen Masterstudierende der Elektrotechnik selbst Batteriemodelle in MATLAB und Simulink^® erstellen und parametrieren.