DE3334128A1

DE3334128A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur ermittlung der restfahrstrecke eines batteriebetriebenen elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE3334128A1
Application number: DE19833334128
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 6072 Dreieich Boettger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-09-17
Filing date: 1983-09-17
Publication date: 1985-04-04

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung
der Restfahrstrecke eines batteriebetriebenen Elektofahrzeus Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Schaltungsans ordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Eine Einrichtung zur Überwachung von Akkumulatorenbattelaien, bei der ausgehend vom jeweiligen Batteriestrom der vorangegangenen Ladung und/oder Entladung der Batterie eine der jeweils noch zur Verfügung stehenden Restentladezeit der Batterie proportionale Größe gebildet wird, ist durch die DE-OS 30 12 356 bekannt. Beim Einsatz einer solchen Einrichtung auf einem Elektrofahrzeug, bei dem der Fahrzeugmotor die Belastung der Batterie bildet, braucht nur der Batteriestrom erfaßt und ausgewertet zu werden. Das Laden der Batterie und der RFrbeenCh kommenhierbei nämlich nicht gleichzeitig vor, so daß der Laststrom und der Batteriestrom einander gleich s; Ein Ladegleichrichter wird nur bei stehendem Fahrzeug mit abgeschaltetem Motor an die Batterie angeschlossen.
Da mit einer Akkumulatorenbatterie gespeiste Elektrofahrzeuge aufgrund der begrenzten Speicherkapazität der Batterie nur für eine verhältnismäßig kurze Fahrstrecke betrieben werden können, bevor eine Aufladung der Batterie notwendig wird, ist es erwünscht, stets die noch mögliche restliche Fahrstrecke unter der Annahme gleichbleibender Antriebsleistung und Geschwindigkeit sowie den Ladezustand der Batterie präzise zu erfassen.
Dazu ist es durch die DE-OS 31 42 038 bereits bekannt, einen Mikrocomputer einzusetzen. Hierbei bedarf es aber einer aufwendigen Programmierung und einer komplizierten Anpassung des Rechners.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren bzw. die eingangs angegebene Schaltungsanordnung derart auszubilden, daß die momentan noch mögliche restliche Fahrbereichweite des Elektrofahrzeugs mit nur geringem Aufwand zuverlässig und sicher ermittelt wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für das Verfahren durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale und für die Schaltungsanordnung durch die im Anspruch 5 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Die Ermittlung der Restfahrstrecke ist damit einfach und genau, und das Meßsystem läßt sich leicht an vorhandene Batterien sowie an einen altersbedingten Kapazitätsabfall anpassen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet. Da im Fahrbetrieb rasch wechselnde Ströme auftreten, wird zur Ermittlung der Restfahrstrecke ein Mittelwert des Stromes gebildet. Da außerdem die Batterietemperatur in weiten Grenzen veränderlich ist, wird die der Ermittlung der Restentladezeit zugrunde gelegte Batteriekapazität temperaturabhängig korrigiert.
Zusätzlich ist der Batterieentladezustand am Integratorausgang als Amperestunden-Bilanz abgreifbar.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung erläutert werden.
In der Zeichnungsfigur ist der prinzipielle Aufbau des Laststromkreises eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs gezeigt. Ein Fahrmotor 8 wird bei geschlossenem Fahrschalter 18 aus einer Akkumulatorenbatterie 6 gespeist. Zur Aufladung der Batterie 6 ist ein Ladegleichrichter 7 vorgesehen, der nur bei stehendem Fahrzeug und geöffnetem Schalter 18 in Funktion ist. Der Laststrom für den Fahrmotor 8 entspricht damit dem Batteriestrom IB Zur Bildung einer der Restentladezeit der Batterie 6 proportionalen Größe ist eine aus der DE-OS 3C 12 356 bekannte Rechenschaltung 14 vorgesehen, deren Eingang über einen Meßwertumformer 1 eine dem Batteriestrom 1B proportionale Größe I zugeführt ist.
Die Rechenschaltung 14 besteht aus einem Integrator 2, der unter Berücksichtigung des Batterieladefaktors B aus der dem jeweiligen Batteriestrom 1B proportionalen Größe 1 während eines Zeitintervalls t bis t das Stromintegral beispielsweise bildet. Der Batterieladefaktor B wirdvdadurch berücksichtigt, daß dem Integrator ohmsche Widerstände R1 und R2 vorgeschaltet sind, wobei der eine Widerstand R2 durch eine Diode D überbrückt ist. Diese Diode D ist so gepolt, daß die stromproportionale Größe des Entladestromes der Batterie dem Integrator 2 lediglich über den Widerstand zugeführt wird, während die stromproportionale Größe des Ladestroms über die Widerstandskombination R1 + R2 auf den Integratoreingang gegeben wird. Das Widerstandverhältnis ist gleich dem Batteriezladefaktor he- messen. Um den Integrator 2 jeweils in einen definierten Anfangszustand zu bringen, ist ein Tastschaltglied T vorgesehen, mit dem der Kondensator C2 des Integrators 2 jeweils nach vollständiger Aufladung bis zum Beginn einer Entladung überbrückbar ist.
Die Rechenschaltung 14 weist weiterhin einen ersten Größengeber 9 auf, der eine von der Batterienennkapazität KN und einem von Batterie- und Ladeschlußspannung Parameter b bestimmte erste konstante Größe A = b vorgibt.
Ein erstes Addierglied 4 bildet die Differenz der ersten konstanten Größe A mit dem vom Integrator 2 gelieferten Stromintegral. Der Ausgang des ersten Addiergliedes 4 ist an ein Dividierglied 3 angeschlossen, das den Quotienten der vom Addierglied 4 gelieferten Größe zu der dem Batteriestrom 1B proportionalen Größe I bildet.
Da im Fahrbetrieb schnell wechselnde Ströme auftreten, deren Änderungen die Quotientenbildung im Dividierglied 3 störend beeinflussen, wird die dem Dividierglied 3 zugeführte Größe I zuvor geglättet. Das erfolgt hier über einen Mittelwertbildner 10 (Verstärker 1:1 mit Integrierkondensator).
Der Ausgang des Dividiergliedes 3 ist mit einem zweiten Addierglied 4' verbunden, das die Differenz des vom Dividierglied 3 gelieferten Quotienten und einer von einem a zweiten Größengeber 9' fest vorgegebenen Größe C = die durch von Batterie und Ladeschlußspannung abhängige Parameter a, b bestimmt ist, bildet.
Der ordnungsgemäßen Wirkungsweise der Rechenschaltung 14 dienen neben in der Zeichnungsfigur nicht näher bezeichneten ohmschen Widerständen, die dem Integrator 2, dem zweiten Größengeber 9' sowie dem Dividierglied 3 nachgeordnet sind, symbolisch dargestellte Invertierglieder, welche einzeln dem invertierenden Integrator 2, dem ersten und dem zweiten Größengeber 9 bzw. 9' nachgeschaltet sind. Dabei haben das erste und das zweite Addierglied 4 bzw. 4' jeweils Differenzbildungsfunktion, so daß diese Glieder im Rahmen der gezeigten Schaltung durch je einen Inverter mit vorgeordneten Summierknoten dargestellt sind. Auch der Mittelwertbildner 10 weist zu seinem Betrieb notwendige, nicht näher bezeichnete ohmsche Widerstände vor bzw. parallel zum Rückführungskondensator auf.
Die Rechenschaltung 14 bestimmt entsprechend der zuvor beschriebenen Wirkungsweise ihrer Einzelbausteine die Restentladezeit (tR) der Batterie 6 nach der Beziehung Zur Ermittlung der momentan unter der Annahme gleichbleibender Antriebsleistung und Geschwindigkeit noch möglichen restlichen Fahrstrecke entsprechend dem Ladezustand der Batterie ist erfindungsgemäß ein Multiplizierglied 11 vorgesehen, das eine der momentanen Geschwindigkeit des Elektro fahrzeugs bzw. der Drehzahl des Fahrmotors 8 proportionale Größe mit der der Restentladezeit tR proportionalen Größe multipliziert. Zu diesem Zweck ist das Multiplizierglied 11 eingangsseitig zum einen mit dem Ausgang der Rechenschaltung 14 und zum anderen mit einem mit der Antriebswelle des Fahrmotors 8 in Verbindung stehenden Tachogenerator 9 verbunden. An den Ausgang des Multipliziergliedes 11 ist ein Anzeigeglied 12 angeschlossen, von dem die restliche zur Verfügung stehende Fahrstrecke s ablesbar ist.
Zusätzliche Einflußgrößen für die noch zur Verfügung stehende restliche Fahrstrecke sind die Temperatur, die Alterung und die Selbstentladung der Batterie 6.
Die Batterietemperatur beeinflußt zum Beispiel die Kapazität einer Bleibatterie mit etwa 1 % pro Grad. Dieser Einfluß wird durch einen dritten Größengeber 16 berücksichtigt, der über einen Widerstand R5 an den Eingang des ersten Addierglieds 4 angeschlossen ist und als Temperaturgeber additiv eine entsprechende Korrekturgröße in die Rechenschaltung 14 eingibt.
Die Alterung vermindert die ausnutzbare Batteriekapazität.
Hierüber gibt es Erfahrungswerte, jedoch ist eine Kontrolle durch einen Entladeversuch der Batterie 6 zuverlässiger.
Dieser Einfluß wird durch einen vierten Größengeber 17 berücksichtigt, der über einen Widerstand R4 an den Eingang des ersten Addierglieds 4 angeschlossen ist und der additiv eine der Alterung der Batterie 6 entsprechende Korrekturgröße 6 in die Rechenschaltung 14 eingibt. Der Einfluß der Alterung kann statt in der gezeigten Form auch dadurch berücksichtigt werden, daß der erste Größengeber 9 entsprechend zusätzlich verstellt wird.
Der Einfluß der Selbstentladung der Batterie hängt gleichfalls von der Alterung ab (zum Beispiel 10 bis 20 % pro Monat). Dieser Einfluß wird durch einen fünften Größengeber 15 berücksichtigt, der über einen ohmschen Widerstand R3 an den Eingang des Integrators 2 angeschlossen ist. Auch diese Korrekturgröße für die Selbstentladung der Batterie 6 wird additiv in die Rechenschaltung 14 eingegeben.
Der Batterieladezustand als Amperestunden-Bilanz unter Berücksichtigung des Ladefaktors fällt als Spannung am Integratorausgang 2 an und wird auf einem entsprechend (linear) geeichten weiteren Anzeigegerät 13 (zum Beispiel in %)angezeigt.

Claims

Verfahren und Schaltunqsanordnunq zur Ermittlung der Restfahrstrecke eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeuqs Patentansprüche Verfahren zur Ermittlung der momentan unter der Annahme gleichbleibender Antriebsleistunq und Geschwindigkeit noch möglichen restlichen Fahrstrecke eines mit einer Akkumulatorenbatterie betriebenen Elektrofahrzeugs, wobei ausgehend vom jeweiligen Batteriestrom und der vorangegangenen Ladung und/oder Entladung der Batterie eine der jeweils noch zur Verfügung stehenden Restentladezeit der Batterie proportionale Größe gebildet wird, dadurch qekennzeichnet, daß eine der momentanen Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs proportionale Größe gebildet und mit der der Restentladezeit proportionalen Größe multipliziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Batteriestrom als die Restentladezeit beeinflussende Große über einen vorgegebenen Zeitraum gemittelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet4 daß die Batterietemperatur und/oder die Alterung der Batterie und/oder die Selbstentladung der Batterie bei der Bildung der der Restentladezeit proportionalen Größe zusätzlich berücksichtigt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung der der Restentladezeit proportionalen Größe zusätzlich unter Berücksichtigung des Ladefaktors der Batterie deren Ladezustand als Amperestunden-Bilanz ermittelt wird.
5. Schaltungsanordnung zur Ermittlung der momentan unter der Annahme gleichbleibender Antriebs leistung und Geschwindigkeit noch möglichen restlichen Fahrstrecke eines mit einer Akkumulatorenbatterie betriebenen Elektro fahrzeugs mittels einer Rechenschaltung, an deren Ausgang ausgehend vom jeweiligen Batteriestrom und der vorausgegangenen Ladung und/oder Entladung der Batterie eine der jeweils noch zur Verfügung stehenden Restentladezeit der Batterie proportionale Größe ansteht, gekennzeichnet durch ein Multiplizierglied (11), dessen einer Eingang mit dem Ausgang eines eine der momentanen Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs proportionale Größe abgebenden Tachogenerators (9) und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang der Rechenschaltung (14) verbunden ist und an dessen Ausgang ein Anzeigeglied (12) für die restliche Fahrstrecke angeschlossen ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei dem die Rechenschaltung für die Restentladezeit aus - einem Integrator (2), der unter Berücksichtigung des Batterieladefaktors (B) aus einer dem jeweiligen Batteriestrom (I ) proportionalen Größe (I) während B eines Zeitintervalls (t bis t) das Stromintegral dt bildet, - einem ersten Größengeber (9), der eine von der Batterienennkapazität (KN) und einem von Batterie und Ladeschlußspannung abhängigenKParameter (b) bestimm-KN te erste konstante Größe (A= b> vorgibt, - einem ersten Addierglied (4), das die Differenz der ersten konstanten Größe (A) mit dem Stromintegral bildet, - einem Dividierglied (3), das den Quotienten dieser Differenz zu der dem Batteriestrom (IB) proportionalen Größe (I) bildet und - einem zweiten Addierglied (4'), das die Differenz des Quotienten und einer von einem zweiten Größengeber (9') fest vorgegebenen Größe (C = bs), die durch von Batterie und Ladeschlußspannung abhängige Parameter (a,b) bestimmt ist, bildet, besteht und die Restentladezeit (tR) nach der Beziehung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Dividierglieds (3), an den die dem Batteriestrom (IB) proportionale Größe gelegt ist, ein Mittelwertbildner (10) vorgeschaltet ist.
7 Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang des ersten Addierglieds (4) ein dritter Größengeber (16) angeschlossen ist, über den additiv der Einfluß der Batterietemperatur in die Rechenschaltung (14) eingegeben ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch qekennzeichnet, daß an den Eingang des ersten Addierglieds (4) ein vierter Größengeber (17) angeschlossen ist, über den additiv der Einfluß der Alterung der Batterie (6) in die Rechenschaltung (14) eingegeben ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Alterung der Batterie (6) als zusätzliche Größe über den ersten Größengeber (9) in die Rechenschaltung (14) eingegeben ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang des Integrators (2) ein fünfter Größengeber (15) angeschlossen ist, über den additiv der Einfluß der Selbstentladung der Batterie (6) in die Rechenschaltung (14) eingegeben ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Integrators (2) ein den Ladezustand der Batterie als Amperestunden-Bilanz anzeigendes Anzeigegerät (13) angeschlossen ist.