ISBN 978-3-8439-5704-5

978-3-8439-5704-5, Reihe Fahrzeugtechnik

Fabian Schipperges
Konzeptionierung und Untersuchung eines fehlertoleranten Batteriespeichersystems für die Versorgung sicherheitsrelevanter Systeme

218 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2025), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Entwicklung von hoch- und vollautomatisierten Fahrfunktionen erfordert die simultane Entwicklung einer neuen Generation von Energiebordnetzen (EBN), um den hohen Anforderungen an die funktionale Sicherheit und an die hohe Verfügbarkeit von Energie und Leistung gerecht zu werden. Ausgehend vom Stand der Wissenschaft und Technik stellt die vorliegende Arbeit das Konzept eines 14V-LiFePO4-Batteriesystems vor, das eine zweiseitige elektrische Anbindung des Batteriespeichers ermöglicht und sich somit durch eine unkonventionelle Schutzbeschaltung der Batteriezellen auszeichnet. Mit der doppelseitigen Beschaltung der Batteriezellen durch zwei integrierte Sicherheitstrennschalter werden der Batterie- und der Bordnetzschutz mit der Funktion eines Separationstrennschalters inhärent kombiniert. Im Verlauf dieser Arbeit steht die Schutzbeschaltung im Fokus der Konzeptuntersuchung und wird unter Gesichtspunkten betrachtet, die in einem ambivalenten Verhältnis zueinander stehen. Folglich wird das System einer qualitativen und quantitativen Zuverlässigkeitsbewertung mittels Markov-Modellen unterzogen, dabei werden Fehlerraten ermittelt und die Sicherheitsziele hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Umsetzbarkeit betrachtet. Zudem werden die elektrischen und energetischen Beschaffenheiten für den anspruchsvollen Fehlerfall eines Kurzschlusses methodisch untersucht und es wird ein LiFePO4-Batteriemodell aufgestellt, das die genaue Simulation des Kurzschlusses für den relevanten Zeitbereich der Fehlerdetektion und Fehlerklärung ermöglicht.