Wie die Batterie und die anderen HV Komponenten zusammen spielen.

[JMK2020]

Hallo zusammen,

Mal eine kleine Sichtweise wie einfach der ED3 von der HV Struktur konzipiert ist und wie sich das auf die Alterung der Batterie auswirkt.

Erstmal sind fast alle HV Komponenten irgendwie voneinander abhängig und vernetzt.
Neben der Koppelung auf dem HV Bus gibt es ja noch den EV-CAN Kommunikationsbus.

Hier ist die zentrale Instanz das CEPC oder auch N127 genannt. Es stellt auch die Schnittstelle von der Karosse und normalen Verbrennerwelt zur Elektrowelt dar.

Wenn nun via Schlüssel die Zündung an geschaltet wird und die Steuergeräte aufwachen erfolgt parallel eine Kommunikation auf dem CAN Bus.

Hier kommt jetzt das BMS ins Spiel und vergleicht die 2 Ebenen und überprüft die via CAN Bus erhaltenen Befehle und elektrischen Zustände.

Anhand der Ladezustände der Zellen bestimmt dann das BMS 2 Werte.
Einmal der maximale Strom der von der HV Batterie geliefert werden und einmal der maximal Strom der von den HV Batterie bzw. Zellen aufgrnommen werden kann.
Diese zwei Werte sind für alle anderen Verbraucher relevant.

Schauen wir uns ein vereinfachtes Modell des Antriebs an. Anhand des Fahrzustand des Fahrzeugs wie Pedalstellung, ESP, ABS, Lenkwinkel und Fahrmodus wird jetzt ein Drehmoment vom CEPC beim Antrieb angefordert.
Der dafür maximale zur Verfügung stehende Strom liegt dem Antriebsumrichter als Wert vom BMS vor.

Einige kennen das Gefühl der fehlenden Leistung oder auch wenn die 3 Striche im Display nahe SoC 0% langsam weg gehen. Hier merkt man wenn die Batterie bzw. Das BMS den erlaubten Strom wegnimmt.

Alle Steuergeräte halten sich normalerweise an die Vorgaben, sollte aber irgendein Verbraucher mehr Strom anfordern als maximal vom BMS erlaubt, wird das vom BMS in der HV Batterie mit dem bekannten EBS2 Stromsensor gemessen und es führt dazu das das BMS ein Befehl sendet das die Verbraucher abschalten sollen. Falls dies nicht schnell passiert zieht das BMS die Reisleine und öffnet die Schütze um die Batterie zu schützen.

Das war die Verbraucherseite, gehen wir mal zu der Einspeisungseite der Batterie.

Bei der Rekuperation ist es im Prinzip genauso. Auch hier gibt die Batterie bzw. das BMS den maximalen Stromwert vor. Dieser wird um so mehr die Zellen die Ladegrenze von SoC 100% bzw. max. 4,2V der höchst geladenen Einzelzelle begrenzt.
Auch hier würde der Notfallmodus wirken und die Batterie die Schütze öffnen falls ein Einspeiser sich nicht an die Regeln halten würde.

Schauen wir uns das mal bei der Rekuperation an. Wie beim Antrieb achon beschrieben gibt das CEPC bzw. N127 die maximale Rekuperation als Drehmomentwert dem Antriebsumrichter vor. Der wird dann anhand des maximalen erlaubten Einspeisestroms über die Definition des negativen Drehmoment den Strom stellen und eine Regelung vornehmen.
Sollte hier der eingespeiste Strom die Limits der HV Batterie trotz Warnung überschritten werden, wird das BMS reagieren und die Schütze öffnen.
Der normale Fall kann man hier durch die fehlende Rekuperation bei SoC 100% oder geänderten D Mode sehen.

Genau hier setzt jetzt auch der Lademodus an. Der maximale Strom gilt auch nicht nur für kurze Rekuperationspulse, sondern auch für den Ladestrom im System. Im Fall des 3,7 kW Laders ist die Ladestromgrenze erst ganz zum Schluss relevant und der maximale Strom stresst die HV Batterie nicht wirklich.
Anders sieht es beim 22kW Lader aus. Hier wird zu lange mit einem zu großen maximalen Strom in die Zellen reingeballert und dies führt zu den uns bekannten Stresssymthomen und Alterungseffekte.

Mit diesem Wissen kann man jetzt einiges im System gezielt verändern . Mehr im nächsten Post.

[Michael_Ohl]

Ich finde es echt Lustig, daß viele Autos Angst haben, das durch starke Rekuperation die Batterie überladen wird. Da die Ladungsmenge zuvor der Batterie entnommen wurde, können solche Zustände nur in Ausnahmefällen auftreten, wenn die Ladesäule oben am Berg steht. Aber selbst hier im Topfebenen Hamburg will mein E- Expert die ersten 50km kaum Energie zurückspielen, während meine Kangoo ZE das volle Programm ab dem ersten Meter bieten. Da fragt man sich ist das ganze eher Rätzelstunde ist oder hat das was mit fundiertem Wissen zu tun? Wozu gibt es ein doppeltes BMS in den Renault Modellen und wie Schlampig werden heute Batterien gefertigt, das die Kangoo ZE jetzt nach 11 Jahren noch fahren während andere schon Probleme nach 3 Jahren haben?

Fragen Über Fragen
Michael

[JMK2020]

2. Teil

Betrachten wir unser Wissen nun mal weiter im Antriebsfall.

Wo liegt der Unterschied der Leistung beim normalen und Brabus Modell?
Abgesehen von der 5Km/h höheren Vmax die durch 2 Komponenten erreicht wird, ist es eine höhere Drehmomenten Anforderung an den Antriebsumrichter. Mehr hierzu mal bei geeigneter Stelle.
Die 2 Komponenten sind hier aber auch indirekt gekoppelt. Eine ist die höhere Drehzahl des Antriebsumrichter die vom CEPC in den freigegebenen Grenzen angefordert werden kann, bzw. die Reduktion der Drehmomentenanforderung an den Antriebsumrichter. Da im Umrichter eine maximale Motorendrehzahl eingeben ist gibt es hier eine Warnung im Display wenn man die Vmax Grenze von 130km/h, die im Display die oft gezeigten (errechneten) 142km/h angezeigt bekommt.
Das wäre auch beim Brabus so wenn hier nicht noch mittels etwas im Umfang grössere Räder auf der Hinterachse nachgeholfen würde.

Btw. Das ist auch der Grund warum mache "Experten" auf dem Prüfstand nach dem Tuning so hohe Leistungswerte messen, da sie nicht an die Kompension der Reifendurchmesser denken.
Sprich ein getunter normale Smart wird untenraus besser als ein orginal Brabus beschleunigen, da er durch die Räder kürzer übersetzt ist.

Hier setzt auch der 2. bekannte Ansatz der Leistungssteigerung einer bekannten Hardware Lösung an. Das originale Drehmoment Signal auf dem CAN Bus wird auf dem Weg zum Antriebsumrichter proportional angehoben oder der negative Wert beim Rekuperieren angehoben bzw. gesenkt.
All das geht natürlich nur in den Grenzen der anderen vom System verteilten und vorgegebenen Werte, da sonst Schutzmaßnahmen greifen und zum Beispiel das BMS die Schütze öffnen würde.

Dieser Ansatz kann jedoch auch unsere Batterie langfristig schützen.

Es ist z.B eine HW denkbar, die den maximalen Ladestrom in Abhängigkeit vom SoC bereits früher abregelt bzw. den Ladevorgang abschliesst. Hierdurch könnte man "einfach" die Batterie vor den 22kW und Langzeitlagerung bei 100% schützen.

Falls also jemand Bock auf Embedded Programmierung und HW Entwicklung hat, bei mir melden

[JMK2020]

Ich finde es echt Lustig, daß viele Autos Angst haben, das durch starke Rekuperation die Batterie überladen wird. Da die Ladungsmenge zuvor der Batterie entnommen wurde, können solche Zustände nur in Ausnahmefällen auftreten, wenn die Ladesäule oben am Berg steht.

Nicht ganz richtig, da ja eigentlich nur die Kraft auf das Auto und somit die Möglichkeit einer Rekuperation gegeben werden muss.
Ein Beispiel ist zum Beiapiel das Ladeschleppen bei defektem Lader um die HV Batterie aus dem SoC Keller zu holen.

Und denk dran das der Entladestrom immer kleiner wie der Ladestrom sein sollte. Nebenbei gibt es im Auto nicht wirklich langfristigere Fälle wo der maximale Entladestrom vom Antrieb abgerufen wird. Kickdown und Vollgaspassagen sind ja auch zeitlich begrenzt.