DE3139269A1

DE3139269A1 - Ueberwachungssystem fuer eine antriebsbatterie

Info

Publication number: DE3139269A1
Application number: DE19813139269
Authority: DE
Inventors: Christopher John Tamworth Staffordshire Sutton
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1980-10-11
Filing date: 1981-10-02
Publication date: 1982-06-16

Description

Uberwachungssystem für eine Antriebsbatterie
Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungssystem für eine Antriebsbatterie und außerdem auf die Kombination eines solchen Systems mit der Motorsteuerung eines t'lektrofahrzeug.
Gegen Ende des Entladevorgangs einer Antriebsbatterie besteht die Gefahr, daß durch den gezogenen Strom einige Zellen mit einer Ladung mit umgekehrter Polarität beginnen. Dieser als Z-ellenumkehr bekannte Effekt ist sehr schädlich für eine Zelle, daher sollte eine Entladung vor einer solchen. Zellenumkehr beendet sein.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Überwachungssystem für Antriebsbatterien vorzusehen, mit denen es möglich ist, den Beginn der Zellenumkehr festzustellen und es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein solches System mit einem Motorsteuersystem eines Elektrofahrzeugs zu kombinieren.
Entsprechend diesem Ziel sieht die Erfindung ein Überwachungssystem für eine Antriebsbatterie vor, gekennzeichnet durch eine Antriebsbatterie mit einer Vilzahl von Zellen, die in Reihe geschaltet sind und in eine Vielzahl von Teilpacks unterteilt sind, wobei jedes Teilpack eine oder mehrere Zellen umfaßt und durch einen Spannungs fühler für jedes Teilpack zur laufenden Überwachung der Arbeitsspannung des zugehörigen Teilpacks, wobei jeder Spannungsfühler nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die Arbeitsspannung unter einen vorgebbaren Wert fällt, wobei dieser vorgebbare Wert einem wesentlichen Bruchteil der Endspannung des zugehörigen Teilpacks entspricht.
Das Überwachungssystem kann mit einem Steuersystem für Elektrofahrzeuge kombiniert werden,. das einen Hauptantriebselektromotor umfaßt, der durch eine Antriebsbatterie gespeist wird. Weiterhin sind Mittel zur Steuerung des dem Motor zugeführten Stroms vorhanden, wobei diese Mittel auf die Spannungs fühler ansprechen und den Motorstrom dann nur dann begrenzen, wenn einer der Spannungsfühler ein Ausgangssignal liefert.
Weiterhin besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Entladung einer Antriebsbatterie, bei dem ein Strom in den Hauptantriebsmotor eines Elektrofahrzeugs zugeführt wird, wobei die Batterie eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen umfaßt, die in eine Vielzahl von Teilpacks unterteilt sind, die aus einer oder mehreren Zellen besteht. Bei dem Verfahren wird ständig die Arbeitsspannung jedes Teilpacks überwacht und der dem Antriebsmotor zugeführte Strom wird dann begrenzt, wenn die Spannung eines Teilpacks unter eine vorgebbare Spannung fällt, wobei die vorgebbare Spannung einem wesentlichen Bruchteil der Nennspannung des Teilpacks entspricht.
Die Erfindung wird in weiteren Einzelheiten anhand eines / Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die das Schaltbild des Batterieüberwachungssystem zeigt.
In der Zeichnung ist eine Antriebsbatterie gezeigt, die 18 einzelne in Reihe geschaltete Teilpacks aufweist. Es sind nur das erste, das zweite und das letzte Teilpack dargestellt und diese sind entsprechend mit den Bezugsziffern 10,11,12 bezeichnet. Jedes der Teilpacks umfaßt zwei in Reihe geschaltete Voltbatterien und jede Batterie umfaßt drei in Reihe geschaltete Zweivoltzellen. Die Arbeitsspannung jedes der Teilpacks wird durch einenzugehörigen Spannungs fühler uberwacht, wobei die den Teilpacks 10,11,12 zugehörigen Spannungsfühler mit den Bezugsziffern 14,14,16 bezeichnet sind. Da die Spannungsfühler alle identisch sind, wird nur der Spannungsfühler 14 beschrieben.
Der Spannungsfühler 14 umfaßt einen Widerstand R1, dessen eines Ende mit der positiven Klemme des Teilpacks 10 und dessen anderes Ende mit der Kathode der Zenerdiode ZD1 verbunden ist. Die Anode der Zenerdiode ZD1 ist mit der Anode einer Fotodiode D1 verbunden, der Kathode mit der negativen Klemme des Teilpacks 10 verbunden ist. Jeder der Spannungsfühler ist mit einem npn-Fototransitor ausgerüstet, und die den Spannungsfühlern 14,15,16 entsprechenden Fototransitoren sind in der Zeichnung gezeigt und mit den Bezugsziffern 18, 19,20 bezeichnet. Die Kollektor-Emitterstrecken der Fototransistoren sind in Reihe geschaltet, und jeder Fototransistor umfaßt einen zwischen seiner Basis und seinen Emitter geschalteten Widerstand mit hohem Widerstandswert, damit viel Strom abgeleitet wird und falsche Operationen vermieden werden. Jede der Fototransistoren bildet mit seiner zuge- hörigen Licht emittierenden Diode eine optische Einheit.
Der Kollektor des Transistors 18 ist über einen Widerstand R2 einerseits mit einer Uber-Volt-Leitung und andererseits mit der Kathode einer Zenerdiode ZD2 verbunden, deren Anode über einen weiteren Widerstand R3 mit Masse verbunden ist, an die auch der-Emitter des Transistors 20 angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen Zenerdiode ZD2 und Widerstand R3 ist mit der Basis eines npn-Transistors 21 verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand R4 mit der Klemme 25 und dessen Emitter über einen Widerstand R5 mit Masse verbunden ist. Auch der Kollektor des Transistors 21 ist an die Anode der Diode D2 angeschlossen, deren Kathode mit der Klemme 22 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 21 ist auch an die Basis eines npn-Transistors 23 angeschossen, dessen Emitter mit Masse verbunden ist und dessen Kollektor über die Reihenschaltung eines Widerstandes R6 und einer Warnlampe 24 an die 12-Voltleitung angeschlossen ist.
Das überwachungssystem ist mit dem Steuer system für Gleichstrommotoren eines Elektrofahrzeuges kombiniert, daß in einer anhängigen Anmeldung vom 1.10.1981 (Priorität Großbritannien Nr. 80 31860 vom 2.10.1980) mit dem Titel "Steuerung für Gleichstrommotoren eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs" beschrieben.
Die Klemmen 25 und 22 des vorliegenden Systems sind jeweils an die 8 Volt Leitung und an den Verbindungspunkt zwischen. Gaspedalpotentiometer 17 und Diode D1005 anstelle von Widerstand R 1017 des in Figur 2 gezeigten Kreises der anhängigen Anmeldung angeschlossen Das Gaspedalpotentiometer ist in der Zeichnung der vorliegenden Anmeldung dargestellt und mit Bezugsziffer 117 bezeichnet. Das Überwachungssystem beeinflußt in dieser Weise die Spannungsversorgung des Gaspedalpotentiometers. Wie in der anhängigen Anmeldung und auch in der veröffentlichten PCT-Anmeldung PCT/GB78/0046 erklärt ist, wird die Stromversorgung von der Batterie zu dem elektrischen Motor durch einen Chopperkreis gesteuert. Das Signal an den Schleifern des Gaspedalpotentiometers ist ein Strombedarfssignal für die Ankerwicklung und wird dem Gh.oSerkreis als Steuersignal zugeführt.
Die Wirkungsweise des Überwachungssystems in Verbindung mit dem Steuersystem für den Antriebsmotor eines Elektrofahrzeugs wird im weiteren beschrieben.
Jeder der Spannungs fühler ist in der Weise aufgebaut, daß seine Zenerdiode leitet, wenn die Spannung an den zugehörigen Teilpacks 9 Volt überschreitet. Folglich leitet normalerweise jede Zenerdiode, wobei ihre zugehörige Licht emittierende Diode gespeist wird und der zugehörige Fototransistor leitend wird. Bei diesem Zustand ist die Zenerdiode ZD nicht leitend mit dem Ergebnis, daß die Transistoren 21 und 23 nicht leitend sind und so die Warnlampe 24 nicht gespeist wird und die Spannungsversorgung zu dem Gaspedalpotentiometer nicht beeinflußt wird.
Gegen Ende der Entladung werden eine oder mehrere Zellen der Antriebsbatterie,zu einer Umkehr bei hohen Batterieentladungsströmen tendieren, wodurch die Spannung des zugehörigen Teilpacks unter 9 Volt fällt. Wenn dies geschieht, wird die zugehörige Zenerdiode nicht leitend, wodurch die zugehörige Licht emittierende Diode nicht mehr gespeist hat.
Dadurch wird ein Ausgangssignal hervorgerufen, daß die niedrige Spannung an dem zugehörigen Teilpack anzieht.
Wenn eine der Licht emittierenden Dioden nicht mehr gespeist wird, wird der zugehörige Fototransistor gesperrt, wodurch die Transistoren 21,22 in den leitenden Zustand geschaltet werden. Als Ergebnis des leitenden Zustandes des Transistors 23 wird die Warnlampe 24 gespeist. Als Ergebnis des leitenden Zustandes des Transistors 21 wird die Spannungsversorgung zu dem Gaspedalpotentiometer verringert, wodurch ein Strombegrenzungssignal dem Motorsteuersystem zugeführt wird. Jedes Mal wenn die Spannung versorgung zu dem Gaspedalpotentiometer verringert wird, wird auch das Strombedarfssignal verringert, wodurch der Chopperkreis den Ankerstrom verringert.
Bei Bergauffallrt steigt der Ankerstrom und entsprechend der Batteriestrom. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit steigt, steigt auch das Tastverhältnis der Stromversorgung von der Batterie zum Chopperkreis. Da die Batterie sich folglich einem niedrigen Entladungszustand nähert, wird ein Ausgangssignal von einem der Spannungs fühler nur bei hohen Geschwindigkeiten oder bei Bergfahrten erzeugt.
Dann, aufgrund der zunehmenden Entladung, wird von einem oder mehreren Spannungsfühlern ein Ausgangssignal fortschreitend häufiger abgegeben bis das Stadium erreicht ist, wo die Warnlampe 24 fast kontinuirlich gespeist wird und das Fahrzeug fast nicht mehr gefahren werden kann.
Somit wird dem Fahrer eine ununterbrochene Warnung über den niedrigen Ladungszustand der Batterie durch ständige Speisung der Warnlampe und durch zunehmende Begrenzung des Ankerstroms gegeben. Es ist zu bemerken, daß bei niedrigem Ladungszustand die Fähigkeit des Fahrzeugs Steigungen zu überwinden bei geringen Geschwindigkeiten beibehalten wird, da bei diesen Geschwindigkeiten ein hoher Strom bei einem kleinen Tastverhältnis des Chopperkreises und folglich bei geringen mittleren Batteriestrom erhalten werden kann.
Im vorliegenden Beispiel erzeugt jeder Spannungsdetektor ein Ausgangssignal, wenn die Spannung eines zugehörigen Teilpacks unter 9 Volt fällt, daß heißt, bei 3/4 der Nennspannung des Teilpacks. Folglich wird die erste Warnung lange vor der Gefahr einer Zellenumkehr gegeben. Es ist aber nicht wichtig, daß der Ansprechwert eines jeden Spannungsfühler bei 3/4 der Nennspannung des zugehörigen Teilpacks liegt. Es ist wünschenswert, daß jeder Spannungs fühler als Ansprechwert einen wesentlichen Bruchteil der Nennspannung aufweist und vorzugsweise sollte jeder Spannungsfühler auf einen Wert gesetzt werden, der Hälfte der Nennspannung des zugehörigen Teilpacks entspricht.

Claims

Ansprüche 0 überwachungssystem für eine Antriebsbatterie, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Antriebsbatterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen aufweist und die in eine Vielzahl von Teilpäcks unterteilt ist, wobei jedes Teilpack eine oder mehrere Zellen umfaßt und durch einen Spannungsfühler für jedes Teilpack zur ständigen überwachung der Arbeitsspannung des zugehörigen Teilpacks, wobei jeder Spannungsfühler dann und nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn die Arbeitsspannung unter einen vorgebbaren Wert fällt, wobei dieser vorgebbare Wert einem wesentlichen Bruchteil der Nennspannung des zugehörigen Teilpacks entspricht.
2. Uberwachungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h cj e k e n n z e i c h n ( L , daß für jeden Spannungsfühler der vorgebbare Wert mindestens der Ilälfte der Nennspannung des zugehörigen Teilpacks entspricht.
3. Uberwachungssystem nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für jeden Spannungsfühler der vorgebbare Wert ungefähr drei Viertel der Nennspannung des zugehörigen Teilpacks entspricht.
4. Uberwachungssystem nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e-k e n n z e i c h n e t , daß Mittel zur Warnung vorgesehen sind, die dann und nur dann ein Warnsignal abgeben, wenn einer der Spannungsfühler ein Aùsgangssignal liefert.
5. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche - 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kombination mit einem Steuersystem für ein Elektrofahrzeug, das ein Hauptelektroantriebsmotor, der durch die Antriebsbatterie gespeist wird, und Mittel zur Steuerung des Motorstroms aufweist, wobei diese Mittel zur Steuerung des Motorstroms auf die Spannungs fühler ansprechen und dann und nur dann den Motorstrom begrenzen, wenn einer der Spannungsfühler ein Ausgangssignal liefert.
6. Kombiniertes überwachungs- und Steuersystem für Elektrofahrzeuge nach Anspruch 5, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h weitere Mittel, die zwischen die Spannungs fühler und die Steuermittel geschaltet sind und die dann und nur dann den Steuermitteln ein Strombegrenzungssignal liefern, wenn einer der Spannungsfühler ein Ausgangssignal erzeugt.
7. Kominiertes Uberwachungs- und Steuersystem für Elektrofahrzeuge nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuermittel einen zwischen die Batterie und die Ankerwicklung des Antriebsmotor geschalteten Chopperkreis umfassen, wobei der Chopperkreis die Stromversorgung zwischen Batterie und Ankerwicklung des Antriebsmotors begrenzt, wenn die Mittel Erzeugung eines Signals ein Strombegrenzungssigna liefern.
8. Verfahren zur Entladung einer Antriebsbatterie, bei dem ein Strom dem Hauptantriebsmotor eines Elektrofahrzeugs zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Batterie eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen aufweist, die in eine Vielzahl von Teilpacks unterteilt sind, wobei jedes Teilpack eine oder mehrere Zellen aufweist, daß ständig die Arbeitsspannung jedes Teilpacks überwacht wird und der dem Antriebsmotor zugeführte Strom dann begrenzt wird, wenn die Spannung eines der Teilpacks unter einen vorgebbaren Wert fällt, wobei der vorgebbare Wert einem wesentlichen Bruchteil der Nennspannung des Teilpacks entspricht.