Programmieren – Praktikum 3

Ingenieurinformatik Teil 1, Wintersemester 2026/27

David Straub

Ein simuliertes Batteriepack

Bisher hatten Sie eine einzelne, selbst gewählte Zelle. Ab heute arbeiten Sie mit einem simulierten Pack aus acht Zellen. Ein Modul liefert die Zellspannung – abhängig von Ladezustand und Stromstärke:

from zelle import lese_spannung

u = lese_spannung(3, 0.5, 1.0)   # Zelle 3, Ladezustand 50 %, 1.0 A
print(u)

lese_spannung(nummer, ladezustand, strom_A): nummer von 1 bis 8, ladezustand von 1.0 (voll) bis 0.0 (leer). Je höher der Strom, desto stärker sackt die Spannung ein – der Innenwiderstand der Zelle. Gleiche Eingaben ergeben immer dieselbe Ausgabe.

So bekommen Sie das Modul

1. Herunterladen: https://raw.githubusercontent.com/DavidMStraub/teaching-materials/main/programmieren/zelle.py
2. Datei speichern im selben Ordner wie Ihr Skript – nicht in einem Unterordner
3. Testen Sie mit den zwei Zeilen von der vorigen Folie

Fehlermeldung ModuleNotFoundError: No module named 'zelle'? Dann liegt die Datei am falschen Ort – prüfen Sie den Ordner.

Aufgabe 1: Eine Zelle entladen

Simulieren Sie, wie die Spannung einer Zelle sinkt, während sie entladen wird. Die Zelle hat eine Kapazität von kapazitaet_Ah = 3.5; pro Zeitschritt zeitschritt_h = 0.1 sinkt der Ladezustand um strom_A * zeitschritt_h / kapazitaet_Ah.

1. Legen Sie Variablen an: ladezustand = 1.0 (voll), strom_A mit einem Wert Ihrer Wahl, sowie kapazitaet_Ah und zeitschritt_h wie oben
2. Schreiben Sie eine while-Schleife: Solange ladezustand über 0 liegt, lesen Sie die Spannung aus (lese_spannung(1, ladezustand, strom_A)), geben Sie Ladezustand und Spannung aus (print) – und verringern Sie danach ladezustand gemäß der Formel oben
3. Bei welchem Ladezustand fällt die Spannung am stärksten ab?
4. Verdoppeln Sie strom_A – was ändert sich am Verlauf, was bleibt gleich?

Aufgabe 2: Grenzwerte prüfen

1. Schreiben Sie eine Funktion bewertung(spannung_V), die ein Urteil zurückgibt (return): unter 3,0 V → kritisch, sonst → ok
2. Bauen Sie das Urteil als dritte Spalte in Ihre Ausgabe aus Aufgabe 1 ein
3. Bei welchem Ladezustand wird Zelle 1 kritisch – bei 1,0 A? Bei 2,0 A?

Aufgabe 3: Alle acht Zellen vergleichen

1. Wählen Sie einen festen Ladezustand und einen festen Strom und lesen Sie die Spannung aller acht Zellen aus – mit einer Schleife über die Zellnummern
2. Bestimmen Sie die niedrigste Spannung und die Nummer der zugehörigen Zelle (zwei Merker, ohne Liste)
3. Wiederholen Sie mit einem deutlich höheren Strom: Limitiert dieselbe Zelle das Pack – oder eine andere?

Aufgabe 4: Die schwächste Zelle bei verschiedenen Ladezuständen

1. Packen Sie Ihre Lösung aus Aufgabe 3 in eine Funktion schwaechste_zelle(ladezustand, strom_A), die Nummer und Spannung der schwächsten Zelle zurückgibt (return)
2. Rufen Sie die Funktion bei mehreren Ladezuständen auf (z. B. 1.0, 0.5, 0.2 und 0.05) und geben Sie jedes Ergebnis aus (print)
3. Bleibt es über den ganzen Verlauf dieselbe Zelle, oder wechselt es?

Aufgabe 5 (falls Sie Listen schon hatten): Der Entladeverlauf als Liste

1. Simulieren Sie die Entladung von Zelle 1 wie in Aufgabe 1, sammeln Sie die Spannungen aber in einer Liste statt sie nur auszugeben
2. Schreiben Sie eine Funktion minimum(werte), die den kleinsten Wert einer Liste zurückgibt (return) – ohne min()
3. Wenden Sie sie auf Ihre Liste an: Stimmt das Ergebnis mit Ihrer Beobachtung aus Aufgabe 2 überein?

Zusatz für Schnelle

• Schreiben Sie kapazitaet_bis_grenze(nummer, strom_A, grenze_V): simuliert die Entladung in kleinen Schritten und gibt zurück (return), bei welchem Ladezustand die Zelle die Grenze unterschreitet
• Vergleichen Sie alle acht Zellen mit dieser Funktion, bei niedrigem und bei hohem Strom: Ändert sich die Rangfolge?
• Öffnen Sie zelle.py und lesen Sie den Code – was verstehen Sie schon, was noch nicht?