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Energiemanagment

Ladezustandsanzeige im Elektroroller implementieren

10. Januar 2013, 13:22 Uhr | Gernot Hehn und Manfred Brandl

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Firmware zur Anzeige des Ladezustands

Aus den Leistungsdaten der Batterien lässt sich ein einfacher Algorithmus zur Berechnung des Ladezustands herleiten. Die Messungen zeigten, dass die Batterien unbelastet eine Klemmenspannung (U_klemm) von ungefähr 13,1 V im vollgeladenen und 12 V im vollständig entladenen Zustand hatten.

Der Algorithmus erkennt, wenn der unbelastete Zustand mindestens fünf Minuten angedauert hat, was der üblichen Erholungszeit dieses Batterietyps entspricht, und die Klemmenspannung gemessen werden kann. Anschließend wird mit linearer Interpolation eine Schätzung des Zellladezustands mit der niedrigsten Spannung berechnet, weil es am wahrscheinlichsten ist, dass diese Zelle zuerst vollständig entladen sein wird. Diese Interpolation beruht auf Spannungsdaten, die während der Fahrversuche ermittelt worden sind.

Sobald Strom aus der oder in die Batterie fließt, schaltet der Messalgorithmus auf eine Ladungsintegration, dem Coulomb-Zähler, um. Durch die genaue Offset-freie Architektur des AS8510 kann das System eine genaue Integration der Messungen aller aus der Batterie entnommenen oder eingebrachten Ladung vornehmen und so einen Wert für den gesamten Energieverbrauch errechnen. Weil die Energiemenge in der Batterie aus der anfänglichen Messung der Klemmenspannung bekannt ist, lässt sich der Wert für den Ladezustand kontinuierlich schätzen, bis eine erneute Messung der Klemmenspannung erfolgt.

Der für diese Referenzschaltung entwickelte Algorithmus ist ziemlich einfach. Ein weiterentwickelter Algorithmus würde außerdem die Temperatur und die Alterung der Batterie berücksichtigen. Die Kapazität eines Bleiakkus nimmt mit der Anzahl der Lade-/Entladezyklen ab. Praxistests haben gezeigt, dass diese Lösung eine Genauigkeit von < ±5 Prozent erreicht, was für diese Anwendung ausreicht.

Zum Schluss muss diese genaue Schätzung des Ladezustands dem Fahrer angezeigt werden. Für diese Referenzschaltung wurden zwei Varianten zur Anzeige entwickelt. Eine günstige und dennoch informative Option ist eine einfache LED-Balkenanzeige. Hierbei wird ein 16-kanaliges LED-Treiber-IC, der AS1110, eingesetzt, um eine Reihe roter, oranger und grüner LEDs anzusteuern. Die LEDs zeigen den Ladezustand der Batterie als Balken, wobei jede LED 6 Prozent der Gesamtladung der Batterie entspricht. Das Display wird über den Erweiterungs-Port direkt an der Sensoreinheit angeschlossen, wobei der Zugang über eine synchrone serielle Schnittstelle erfolgt.

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Um eine Lösung mit einem optisch ansprechenderen Display vorzustellen, hat ams einen Code zur Ansteuerung eines farbigen LC-Displays von Electronic Assembly entwickelt (Bild 5). Dieses Display zeigt nicht nur den Ladezustand mit der Optik einer klassischen Tankuhr, sondern auch die Spannung jeder Zelle sowie den Lade- und Entladestrom jeder Batterie und liefert so interessante Informationen für den Fahrer.