Battery characterization for vehicular applications using hardware-in-loop real-time simulation

Bazargan, Damon; Filizadeh, Shaahin; Bistyak, Garry

doi:10.1109/epecs.2013.6713042

Cited by 3 publications

(5 citation statements)

References 15 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Reduced-scale HIL simulations control actual hardware but use focused, lower-power representative rigs, thus overcoming the challenges of full-scale hardware to provide a convenient intermediary step [26][27] before embarking on a full-scale prototype. A reduced-scale test bench for BESS in vehicular applications is proposed in [28]. A Li-ion battery is interfaced to a simulator through a high bandwidth amplifier, which sources or sinks the current demanded by the vehicle controller.…”

Section: Igbtmentioning

confidence: 99%

Real-time testing of energy storage systems in renewable energy applications

Sattar¹,

Al‐Durra²,

Muyeen³

2015

Sustainable Energy Technologies and Assessments

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

Section: Igbtmentioning

confidence: 99%

Real-time testing of energy storage systems in renewable energy applications

Sattar¹,

Al‐Durra²,

Muyeen³

2015

Sustainable Energy Technologies and Assessments

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Typically, this will include the electronic control unit (ECU) and other ancillary components. Recent studies highlight the application of HILS for ESS verification within both the transport and renewable energy sectors [10][11][12][13][14]. In line with the traditional use of HILS, the primary focus of the research presented within the literature is often the verification of the control software required to manage the battery system.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…HILS studies within the literature that discuss the inclusion of physical battery cells within the test set-up are comparatively rare. To date, such studies are still geared towards the verification of BMS monitoring and control algorithms [13,15,17] in which a single physical cell is employed within the HILS and homogeneity is assumed between individual cells that comprise the ESS.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Cell-in-the-Loop Approach to Systems Modelling and Simulation of Energy Storage Systems

et al. 2015

View full text Add to dashboard Cite

This research is aligned with the engineering challenge of scaling-up individual battery cells into a complete energy storage system (ESS). Manufacturing tolerances, coupled with thermal gradients and the differential electrical loading of adjacent cells, can result in significant variations in the rate of cell degradation, energy distribution and ESS performance. The uncertain transition from cell to system often manifests itself in over-engineered, non-optimal ESS designs within both the transport and energy sectors. To alleviate these issues, the authors propose a novel model-based framework for cell-in-the-loop simulation (CILS) in which a physical cell may be integrated within a complete model of an ESS and exercised against realistic electrical and thermal loads in real-time. This paper focuses on the electrical integration of both real and simulated cells within the CILS test environment. Validation of the CILS approach using real-world electric vehicle data is presented for an 18650 cell. The cell is integrated within a real-time simulation model of a series string of similar cells in a 4sp1 configuration. Results are presented that highlight the impact of cell variability (i.e., capacity and impedance) on the energy available from the multi-cell system and the useable capacity of the physical cell.

show abstract

“…In addition, it can be operated with direct voltage amplification, as presented in paragraph 6.5.3. Examples of configurations similar to the concept of the H-BE with a parallel experiment are presented in [136] and [137]. In both cases, the experimental layout includes a battery being operated with a current which has the same waveform as the original current but lower amplitude.…”

Section: Description and Challengesmentioning

confidence: 99%

“…Concerning the H-BE implementation with the cell operating in a parallel experiment, examples of similar approaches are presented in [136] and [137]. In both cases, the experimental layout includes a battery being operated with a current which is a scaled-down version of the original current.…”

Section: B Noveltiesmentioning

confidence: 99%

Battery emulator operating in a power hardware-in-the-loop simulation

Daniel¹

View full text Add to dashboard Cite

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός Εξομοιωτή Μπαταριών (Battery Emulator - BE) που λειτουργεί σε Περιβάλλον Προσομοίωσης Ισχύος (Power Hardware-in-the-Loop Simulation – PHIL) και εισάγεται η ιδέα του Υβριδικού Εξομοιωτή Μπαταριών (Hybrid Battery Emulator – ΗΒΕ). Η έρευνα επικεντρώθηκε σε τρεις κύριους τομείς: μοντελοποίηση μπαταρίας, αλγόριθμοι παρακολούθησης μπαταρίας και διεπαφή ισχύος της συσκευής που υλοποιεί τον εξομοιωτή. Τα ευρήματα από όλους τους ανωτέρω τομείς συνδυάζονται στον Υβριδικό Εξομοιωτή Μπαταριών (HBE).Εφαρμόζονται και συγκρίνονται τρία μοντέλα μπαταριών: το Ισοδύναμο Κύκλωμα (Equivalent Circuit Model - ECM), το Κινητικό (Kinetic Battery Model - KiBaM) και η Διάχυση (Diffusion). Η σύγκριση δείχνει ότι το μοντέλο Διάχυσης απαιτεί πολύ υψηλότερη υπολογιστική ισχύς και επομένως, είναι λιγότερο κατάλληλο για εφαρμογή σε πραγματικό χρόνο. Όσον αφορά τα άλλα δύο, το KiBaM είναι πιο απλό στην παραμετροποίηση, αλλά το ECM παρουσιάζει μεγαλύτερη ακρίβεια κατά την προσομοίωση. Η ανάλυση ευαισθησίας που πραγματοποιήθηκε, αποκαλύπτει ότι η πιο σημαντική παράμετρος για την ακρίβεια της προσομοίωσης είναι το Επίπεδο Φόρτισης (State of Charge - SoC). Η μέθοδος που προτείνεται για την αύξηση της ακρίβειας του Επίπεδου Φόρτισης (SoC) είναι ένας Παρατηρητής Λειτουργίας με την μέθοδο της Ολίσθησης (Sliding Mode Observer), ο οποίος συγκρίνει τη μετρούμενη τάση από μια πραγματική κυψέλη με την τάση που υπολογίζεται από το μοντέλο της μπαταρίας και προσαρμόζει το Επίπεδο Φόρτισης (SoC) αναλόγως.Για την επίδειξη των δυνατοτήτων αυτής της εφαρμογής, χρησιμοποιείται κοινό τροφοδοτικό του εμπορίου το οποίο υλοποιεί την Εξομοιωτή Μπαταριών (ΒΕ). Από την ανάλυση ευστάθειας που πραγματοποιήθηκε, προκύπτει η ανάγκη σύνδεσης μιας αντίσταση σε σειρά με την έξοδο του τροφοδοτικού καθώς και το αποδεκτό εύρος τιμών της υπόψη αντίστασης. Παρουσιάζονται δύο υλοποιήσεις του Υβριδικού Εξομοιωτή Μπαταριών (HBE). Και στις δύο υλοποιήσεις, ένα μόνο κελί από τη συστοιχία της μπαταρίας είναι συνδεδεμένο σε σειρά με τη συσκευή η οποία εξομοιώνει τα υπόλοιπα κελιά. Κατά την πρώτη υλοποίηση, ένα μοντέλο μπαταρίας παρέχει την τάση αναφοράς στο τροφοδοτικό που υλοποιεί τον εξομοιωτή και οι μετρήσεις από το εν σειρά συνδεδεμένο κελί χρησιμοποιούνται για την ενημέρωση των παραμέτρων του μοντέλου. Τα πειράματα αποκαλύπτουν ότι τα σφάλματα στο Επίπεδο Φόρτισης (SoC) μειώνονται και ότι η ακρίβεια εξομοίωσης αυξάνεται σημαντικά. Στη δεύτερη μέθοδο, δεν υπάρχει μοντέλο μπαταρίας. Η πραγματική τάση του εν σειρά συνδεδεμένου κελιού μετράται, πολλαπλασιάζεται και ορίζεται ως αναφορά στο τροφοδοτικό που υλοποιεί τον εξομοιωτή. Αυτή η υλοποίηση παρουσιάζει μεγαλύτερη ακρίβεια αλλά δεν προτείνεται γιατί δεν παρέχει πληροφορίες για την κατάσταση της μπαταρίας. Τέλος, προτείνεται ως μελλοντική εργασία μια εναλλακτική υλοποίηση Υβριδικού Εξομοιωτή Μπαταριών (HBE), στην οποία ένα κελί από τη συστοιχία της μπαταρίας λειτουργεί σε ένα παράλληλο πείραμα με μειωμένο ρεύμα.

show abstract

Battery characterization for vehicular applications using hardware-in-loop real-time simulation

Cited by 3 publications

References 15 publications

Real-time testing of energy storage systems in renewable energy applications

Real-time testing of energy storage systems in renewable energy applications

A Cell-in-the-Loop Approach to Systems Modelling and Simulation of Energy Storage Systems

Battery emulator operating in a power hardware-in-the-loop simulation

Contact Info

Product

Resources

About