Weiterentwicklung von Batteriesystemen für die Bahn durch BMS-Entwicklung und virtuelle Validierung

Da die Bahnbranche immer schneller auf eine nachhaltigere und energieeffizientere Mobilität zusteuert, werden Batterietechnologien zu einem strategischen Bestandteil der nächsten Generation von Schienenfahrzeugen. Zur Unterstützung eines der führenden europäischen Unternehmen im Bereich Batterietechnologie stellte T&S umfassendes Engineering-Know-how bereit, das die Batterieentwicklung, Batteriemanagementsysteme (BMS) und fortschrittliche Validierungsumgebungen für Bahnanwendungen umfasste – von der Energiespeicherung an Bord bis hin zu Hybridantriebsarchitekturen, die höchste Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistung stellen.

Kundenkontext

Der Kunde entwickelte Lithium-Ionen-Batteriesysteme der neuen Generation für anspruchsvolle Eisenbahnprojekte, darunter auch Anwendungen für Hochgeschwindigkeitszüge. Neben der Leistungsfähigkeit hing der Erfolg von der Gewährleistung der Betriebssicherheit über den gesamten Lebenszyklus hinweg ab. Dies erforderte immer ausgefeiltere Batteriemanagementsysteme (BMS), die in der Lage sind, den Batteriezustand zu überwachen, Lade- und Entladezyklen zu steuern und einen sicheren Betrieb unter allen Bedingungen zu gewährleisten. Gleichzeitig stellen Eisenbahnprojekte besonders hohe Anforderungen an Zertifizierung und Validierung, weshalb eine frühzeitige Überprüfung von entscheidender Bedeutung ist.

Geschäftliche Herausforderungen

• Entwicklung einer neuen BMS-Plattform bei gleichzeitiger Reduzierung der Validierungsrisiken und Verkürzung der Testzyklen
• Verringern Sie die Abhängigkeit von physischen Prototypen, die die Flexibilität einschränken und die Kosten erhöhen
• Das Batterieverhalten simulieren, Softwarefunktionen validieren und die Leistung vor der Integration überprüfen
• Erfüllung strenger Sicherheitsstandards im Eisenbahnbereich und der Anforderungen an eine lange Lebensdauer

Die T&S-Lösung

T&S setzte multidisziplinäre Teams ein, die Fachkenntnisse aus den Bereichen Batterietechnologie, eingebettete Software, Systemtechnik und Validierung im Eisenbahnbereich vereinten. In enger Zusammenarbeit mit den Teams des Kunden trugen die Spezialisten zur Entwicklung der BMS-Software der nächsten Generation sowie zur Architektur des Batteriesystems bei und stellten dabei sicher, dass das Softwareverhalten den betrieblichen und sicherheitstechnischen Anforderungen im Eisenbahnbereich entsprach. Um die Verifizierung zu beschleunigen, entwarf und implementierte T&S Model-in-the-Loop- (MIL) und Hardware-in-the-Loop- (HIL) Umgebungen, die realistische Betriebsszenarien nachbildeten. Dies ermöglichte das Testen von Batteriemanagement-Algorithmen, die Validierung von Systemanforderungen und die Bewertung der Softwareleistung lange vor der vollständigen Integration. T&S entwickelte zudem FMI-konforme elektrochemische Batteriemodelle, die eine konsistente Validierung über Simulations- und Testumgebungen hinweg ermöglichten und die Wiederverwendung von Engineering-Ressourcen maximierten.

Technologien & Fachwissen

• Batteriemanagementsysteme (BMS)
• Lithium-Ionen-Batterietechnologien
• Modellbasiertes Design
• Model-in-the-Loop (MIL)
• Hardware-in-the-Loop (HIL)
• FMI-konforme Simulationsmodelle
• Embedded Linux
• C
• Python
• CAN / CANopen
• EN 50128
• EN 50657

Ergebnisse und geschäftlicher Nutzen

• Geringere Entwicklungsrisiken und höhere technische Effizienz bei strategischen Eisenbahnprojekten
• Frühzeitigere Erkennung von Software- und Systemproblemen durch simulationsgestützte Validierung
• Geringere Abhängigkeit von physischen Testreihen und schnellere Entwicklungszyklen
• Eine engere Zusammenarbeit zwischen den Teams für Batterie-, Software- und Systementwicklung
• Verbesserte Fähigkeit, Batteriesysteme zu liefern, die den Anforderungen an Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistung im Eisenbahnbereich gerecht werden

Fazit

Da batteriebetriebene Mobilität im Schienenverkehr zunehmend an Bedeutung gewinnt, müssen Hersteller einen Ausgleich zwischen Innovation und kompromissloser Sicherheit und Zuverlässigkeit finden. Dank seiner Expertise in den Bereichen Batteriesysteme, eingebettete Software und virtuelle Validierung half T&S einem führenden Unternehmen im Bereich Batterietechnologie dabei, die Entwicklung von Energiespeichersystemen der nächsten Generation für den Schienenverkehr zu beschleunigen, gleichzeitig das Projektrisiko zu senken und die Effizienz der Verifizierung zu steigern.