DE4422005A1 - Passenger car with electric drive - Google Patents

Passenger car with electric drive

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DE4422005A1
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batteries
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Abstract

The car has a drive motor with a number of batteries for supplying current to the motor, a connection for an external power supply for charging the batteries and a control unit for the drive motor and current supply. The batteries are individually associated each with at least one measurement sensor (A51-A54,U51-U54,T51-T54) of a measurement device for detecting at least the electrochemical state and/or an operating parameter, esp. differentiated according to the charge or the discharge cycle, characterising the battery. The sensor signal outputs are connected to inputs of an evaluation device (10a) which delivers a control signal to the control unit (10b) which influences the charge and discharge processes and/or temp. of the individual batteries.

Description

Die Erfindung betrifft einen Personenkraftwagen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a passenger car in Preamble of claim 1 specified type.

Derartige Personenkraftwagen sind als Prototypen seit län­ gerem bekannt und neuerdings als in Kleinserien gebaute Fahrzeuge auch käuflich zu erwerben. Die derzeit lieferba­ ren Fahrzeuge stellen zumeist Umbauten von Klein- oder Kompaktwagen dar, die in Großserienproduktion mit herkömm­ lichem Verbrennungsmotor hergestellt werden.Such passenger cars have been prototypes for a long time known and recently as built in small series  Vehicles can also be purchased. The currently deliverable their vehicles mostly make conversions of small or Compact cars, which are in mass production with conventional Lich internal combustion engine are manufactured.

Zum Betrieb eines gattungsgemäßen Pkw unter Alltagsbedin­ gungen und mit vertretbaren Betriebskosten ist ein Satz aus einer Mehrzahl von Batterien (etwa Blei-Säure-Batte­ rien) erforderlich, die eine Mindestreichweite im Stadt­ verkehr von um oder über 50 km und eine Höchstgeschwindig­ keit von um oder über 80 km/h gewährleisten. Die Batterien dieses Batteriesatzes sind üblicherweise sowohl im Fahrbe­ trieb, d. h. bei der Stromentnahme, als auch beim Aufladen fest miteinander verschaltet - in der Regel in Reihen­ schaltung. Der Lade- und auch der Erhaltungszustand wird für den Batteriesatz als Ganzes erfaßt, und im Ergebnis der Erfassung wird eine Aufladung oder ggfs. ein Austausch des ganzen Batteriesatzes vorgenommen.For the operation of a generic car under everyday conditions conditions and with reasonable operating costs is one sentence from a plurality of batteries (e.g. lead-acid battery rien) required a minimum range in the city traffic of around or over 50 km and a top speed guarantee speed of around or over 80 km / h. The batteries this battery pack are usually both in driving drove, d. H. when drawing electricity, as well as when charging permanently interconnected - usually in rows circuit. The state of charge and also the state of conservation for the battery pack as a whole, and as a result a charge or, if necessary, an exchange of the entire battery pack.

Die Batterien bestehen aus elektrochemische Zellen, deren Aufbau und genaue chemische Zusammensetzung der Komponen­ ten Herstellungstoleranzen unterliegen. Im Betrieb in ei­ nem Fahrzeug mit Elektroantrieb unterscheiden sich die Be­ triebsbedingungen für die einzelnen Batterien infolge von Temperaturgradienten im Batteriesatz, von Leitungs- und Kontaktwiderständen etc. u. U. erheblich. Aus diesen Grün­ den ist der elektrochemische Zustand der einzelnen Batte­ rien eines Satzes in der Praxis - insbesondere nach einer gewissen Betriebsdauer - keineswegs gleich.The batteries consist of electrochemical cells whose Structure and exact chemical composition of the components manufacturing tolerances. In operation in an egg The vehicle differs in the electric drive operating conditions for the individual batteries as a result of Temperature gradients in the battery pack, from line and Contact resistances etc. u. U. considerable. For this green that is the electrochemical state of the individual battery in practice - especially after a sentence certain operating time - by no means the same.

Der Betrieb aller Batterien in fester Verschaltung wird daher für einzelne Batterien zu übermäßiger Ent- und/oder Aufladung führen, wodurch deren Zustand sich schnell dra­ stisch verschlechtert und frühzeitige Ausfälle auftreten können. Dies kann zu plötzlichen Einschränkungen der Be­ triebssicherheit und der Reichweite des Fahrzeugs führen und den Wartungsaufwand und die Betriebskosten erheblich erhöhen. Andererseits wird die Speicherkapazität - und im Falle eines Austausches des ganzen Satzes auch die Lebens­ dauer - gut erhaltener Batterien des Satzes nicht voll­ ständig ausgenutzt, was ebenfalls kostensteigernd wirkt.The operation of all batteries in a fixed circuit therefore excessive removal and / or for individual batteries  Lead charging, which causes their condition to dra worsened and early failures occur can. This can lead to sudden restrictions on loading drive safety and the range of the vehicle and the maintenance and operating costs significantly increase. On the other hand, the storage capacity - and in In the case of an exchange of the whole sentence also life duration - well preserved batteries of the set are not full constantly used, which also increases costs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Per­ sonenkraftwagen der eingangs genannten Gattung so aus zu­ bilden, daß durch eine verbesserte Ausnutzung der Spei­ cherkapazität und eine erhöhte Lebensdauer des Batterie­ satzes eine Erhöhung der Betriebssicherheit und eine Sen­ kung der Betriebskosten erreicht wird.The invention is therefore based on the object so motor vehicles of the type mentioned at the beginning form that through improved utilization of the Spei capacity and increased battery life an increase in operational security and a sen reduction in operating costs.

Diese Aufgabe wird durch einen Personenkraftwagen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is performed by a passenger car with the Features of claim 1 solved.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, die Betriebsbe­ dingungen bzw. den Zustand der einzelnen Zellen oder Zel­ lengruppen (nachfolgend als "Batterien" bezeichnet) des Batteriesatzes eines Personenkraftwagens mit Elektroan­ trieb - insbesondere differenziert nach Lade- und Entlade­ vorgang - individuell zu erfassen und wahlweise anzuzeigen und im Ergebnis einer aufgrund der erfaßten Daten erstell­ ten individuellen Zustandsbewertung den Fahrbetrieb und/oder den Aufladungsvorgang sowie wahlweise die Tempe­ ratur individuell zu steuern. The invention includes the idea of operating conditions or the condition of the individual cells or cells lengruppen (hereinafter referred to as "batteries") of Battery pack of a passenger car with electric motor drive - especially differentiated according to loading and unloading process - to be recorded individually and optionally displayed and as a result, create one based on the captured data the individual condition assessment of driving and / or the charging process and optionally the temperature control individually.  

Damit kann einerseits die Lebensdauer von Zellen bzw. Bat­ terien in vergleichsweise schlechtem Zustand durch ein entsprechend schonendes Betriebsregime für diese verlän­ gert und das Auftreten überraschenden Totalausfälle ver­ hindert werden. Die Notwendigkeit eines Austausches kann frühzeitig erkannt werden, bevor durch ausgefallene Batte­ rien die übrigen in Mitleidenschaft gezogen werden. Zum anderen kann die Leistungsfähigkeit von sich in gutem Zu­ stand befindenden Batterien effizienter ausgenutzt werden. Weiterhin können Daten, welche das Betriebsverhalten einer Batterie beim Laden oder Entladen betreffen - durch Zwi­ schenspeicherung entsprechender Kennwerte - die Behandlung in dem jeweils anderen Betriebszyklus beeinflussen.On the one hand, the life of cells or bat terie in a comparatively poor condition correspondingly gentle operating regime for these and the occurrence of surprising total failures be prevented. The need for an exchange can be recognized early, before by failed battery the rest of them were affected. To the others may perform well on their own batteries are used more efficiently. Furthermore, data that shows the operating behavior of a Affect battery when charging or discharging - by Zwi Storage of relevant parameters - the treatment in the other operating cycle.

Die Erfassung der Betriebsbedingungen und/oder des Batte­ riezustandes kann für jede Batterie durch ein Lade- und Entladestrom- und/oder ein Klemmenspannungsmeßgerät und/oder einen Temperatursensor sowie wahlweise auch über Sensoren erfolgen, mit denen der elektrochemische Zustand direkt bestimmbar ist, etwa einen Säuredichtefühler im Falle einer Bleibatterie. Zweckmäßig ist, daß die entspre­ chenden Sensoren einen elektrischen Ausgang haben, damit ihr Signal unmittelbar im Auswertungs- und Steuersystem weiterverarbeitet werden kann.Recording the operating conditions and / or the battery status can be for each battery by a charging and Discharge current and / or a terminal voltage measuring device and / or a temperature sensor and optionally also via Sensors are made with which the electrochemical state is directly determinable, such as an acid density sensor in the Case of a lead battery. It is expedient that the correspond sensors have an electrical output, so their signal immediately in the evaluation and control system can be processed further.

In einer einfachen und zweckmäßigen Ausbildung der Steue­ rung des Batteriebetriebes ist jeder Batterie ein separa­ ter Batterieschalter zu ihrer Abschaltung aus dem Batte­ riesatz zugeordnet, der sowohl im Fahrbetrieb als auch im Ladebetrieb durch ein entsprechendes Steuersignal betätig­ bar ist. (Die funktionale Zuordnung muß nicht mit einer räumlichen einhergehen; vielmehr können die Batterieschal­ ter auch in die Steuereinheit integriert sein.) Über diese Schalter können einzelne Batterien aus der üblichen Reihen­ schaltung in Fahrbetrieb und/oder beim Laden ausgeschaltet werden, wenn ihr Zustand im Vergleich zu dem anderer Bat­ terien dies als sinnvoll erscheinen läßt.In a simple and functional training of the tax Battery operation is a separate one for each battery ter battery switch to turn it off from the battery Riesatz assigned, both in driving and in Charging operation operated by a corresponding control signal is cash. (The functional assignment does not have to be with a  spatial go hand in hand; rather, the battery scarf ter also be integrated into the control unit.) About this Switches can be single batteries from the usual series Switched off in driving mode and / or when charging if their condition compared to that of other Bat terie this makes sense.

In einer zweckmäßigen Ausbildung des Antriebssystems weist die Steuereinheit Mittel zur Beeinflussung der Ansteuerung des Antriebsmotors in Abhängigkeit vom Ergebnis der Aus­ wertung der die einzelnen Batterien kennzeichnenden Größen auf. Dazu kann insbesondere ein Schalter zur Umschaltung der Motorwicklungen von Reihen- in Parallelschaltung (Stern-/Dreieck-Umschaltung) gehören. In zweckmäßiger Kom­ bination mit der vorgenannten Ausbildung der Steuerung des Batteriebetriebes umfaßt die Steuereinheit insbesondere Mittel zur Beeinflussung der Ansteuerung des Motors in Ab­ hängigkeit von der Schaltstellung der Batterieschalter in Anpassung an die resultierende Gesamtspannung des (eingeschalteten) Batteriesatzes.In an expedient design of the drive system the control unit means for influencing the control of the drive motor depending on the result of the off evaluation of the sizes characterizing the individual batteries on. In particular, a switch can be used for this purpose the motor windings from series to parallel connection (Star / delta switching) belong. In a convenient comm combination with the aforementioned training of the control of the Battery operation includes the control unit in particular Means for influencing the control of the motor in Ab dependence on the switch position of the battery switch Adaptation to the resulting total tension of the (switched on) battery pack.

Alternativ und/oder ergänzend hierzu kann die Steuerein­ heit Mittel zur Veränderung des Spannungsumsetzungsver­ hältnisses zwischen der resultierenden Gesamtspannung der nicht abgeschalteten Batterien und der Betriebsspannung des Motors oder der externen Ladespannung, d. h. zur Beein­ flussung der Umrichterkennlinie, in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Batterieschalter umfassen.Alternatively and / or in addition, the tax can means to change the voltage conversion ratio ratio between the resulting total tension of the Batteries not switched off and the operating voltage the motor or the external charging voltage, d. H. for legs flow of the converter characteristic, depending on the Include switch position of the battery switch.

In der Praxis kann eine derart gewählte Zwischenspannung gebildet werden, daß bei Notwendigkeit der Abschaltung von ein oder zwei Batterien noch keine Veränderung der An­ triebssteuerung erfolgen muß, sondern der Fahrer lediglich über eine entsprechende Anzeige auf die erfolgte Batterie­ abschaltung aufmerksam gemacht wird, während erst bei not­ wendig werdender Abschaltung einer größeren Anzahl von Batterien etwa eine Strombegrenzung und später ggfs. eine vollständige Abschaltung der Antriebseinheit erfolgt.In practice, an intermediate voltage selected in this way be formed that when it is necessary to switch off  one or two batteries still no change in the type drive control must take place, but only the driver via a corresponding display on the battery shutdown is made known, while only when not it becomes necessary to switch off a large number of Batteries about a current limit and later possibly one the drive unit is completely switched off.

Wenn - was unter mitteleuropäischen Bedingungen unverzicht­ bar erscheint - eine Batterieheizung vorgesehen ist, ist in weiterer vorteilhafter Ausbildung jeder Batterie ein mit der Steuereinheit verbundenes separates Heizelement zur gesteuerten Erhöhung der Batterietemperatur in Abhän­ gigkeit vom Ergebnis der Auswertung der erfaßten Batterie­ zustandsgrößen zugeordnet. Dies ermöglicht eine energie­ sparende gezielte Aufheizung der Batterien während des Aufladens am Netz sowie ggfs. auch netzunabhängig vor oder während einer Fahrt, wenn der jeweilige Batteriezustand dies als zweckmäßig erscheinen läßt. Die Heizelemente kön­ nen in einfacher und kostengünstiger Ausbildung elektri­ sche Heizfolien umfassen, die mit der Batterieoberfläche in thermischem Kontakt stehen und zweckmäßigerweise ge­ meinsam mit dieser gegenüber dem Umgebung wärmeisoliert sind.If - what is indispensable under Central European conditions bar appears - a battery heater is provided in a further advantageous embodiment of each battery separate heating element connected to the control unit for the controlled increase of the battery temperature depending on the result of the evaluation of the detected battery state variables assigned. This enables energy economical heating of the batteries during the Charging on the network and, if necessary, network-independent before or during a trip if the respective battery condition this appears to be expedient. The heating elements can in a simple and inexpensive training electri include heating foils that match the battery surface are in thermal contact and expediently ge together with this thermally insulated from the environment are.

Um den Fahrer oder Servicestationen über den Batteriezu­ stand zu informieren und diesen steuernde Eingriffe in den Betrieb - etwa ein Überbrücken bestimmter Batterien oder Einschalten der Batterieheizung - zu ermöglichen, ist zweckmäßigerweise eine mit der Auswertungseinheit verbun­ dene Anzeigevorrichtung zur Anzeige der erfaßten Größe(n) und/oder einer das Ergebnis ihrer Auswertung kennzeichnen­ den Größe vorgesehen.To the driver or service stations via the battery was to be informed and this controlling intervention in the Operation - such as bridging certain batteries or Switching on the battery heating - is to be enabled expediently one connected to the evaluation unit dene device for displaying the detected size (n)  and / or identify the result of their evaluation the size provided.

Zur unaufwendigen und flexiblen Realisierung der Daten­ übertragung von den Meßstellen zum Auswertungs- und Steu­ ersystem ist vorteilhafterweise eine die Meßeinrichtungen, die Auswertungseinheit und die Steuereinheit verbindende Datenbusleitung vorgesehen, über die mittels einer ent­ sprechenden Schnittstelle auch eine Datenkommunikation mit außerhalb des Fahrzeuges - etwa mit einem Servicecomputer, einer Einsatzleitstelle etc. - möglich ist.For the uncomplicated and flexible implementation of the data transmission from the measuring points to the evaluation and control The system is advantageously one of the measuring devices, connecting the evaluation unit and the control unit Data bus line provided, via which an ent speaking interface also with a data communication outside the vehicle - for example with a service computer, an operational control center etc. - is possible.

In einer hinsichtlich der Auswertungs- und Steuerfunktio­ nen besonders variablen Ausführung weisen die Auswertungs­ einheit und die Steuereinheit einen Mikroprozessor auf, dem ein Programmspeicher zur Speicherung von vorbestimmten Auswertungsprogrammen sowie Fahrbetriebs-und/oder Auflade- und/oder Aufheizregimes, ein Datenspeicher zur Speicherung von zu verschiedenen Zeitpunkten erfaßten Werten und wahl­ weise von Soll- bzw. Grenzwerten der Größe(n) und eine Vergleichereinheit zum Vergleich der Werte miteinander oder mit Sollwerten gemäß einem Auswertungsprogramm, die ein das Vergleichsergebnis kennzeichnendes Signal ausgibt, zugeordnet sind und der eine logische Schaltung zur Aus­ wahl eines Fahrbetriebs- und/oder Auflade- und/oder Auf­ heizregimes in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Vergleichereinheit aufweist.In one with regard to the evaluation and control function The evaluation has a particularly variable design unit and the control unit a microprocessor, which a program memory for storing predetermined Evaluation programs as well as driving and / or charging and / or heating regimes, a data storage for storage of values recorded at different times and choice of target or limit values of the size (s) and a Comparator unit for comparing the values with each other or with target values according to an evaluation program, the outputs a signal characterizing the comparison result, are assigned and a logic circuit for off choice of driving and / or charging and / or charging heating regimes depending on an output signal from the Has comparator unit.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu­ sammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Advantageous developments of the invention are in the Un claims marked or become below together with the description of the preferred embodiment of the Invention illustrated with reference to the figures. Show it:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Personen­ kraftwagens, bei dem eine Ausführungsform der Erfindung realisiert ist, Fig. 1 is a schematic side view of a passenger car in which an embodiment of the invention is implemented,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht des Personenkraftwa­ gens nach Fig. 1, Fig. 2 is a schematic plan view of the current passenger cars gens of FIG. 1,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Personenkraftwagens, bei dem eine Ausführungsform der Er­ findung realisiert ist, Fig. 3 is a schematic side view of another passenger car, in which an embodiment of the invention It is implemented,

Fig. 4 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform der Batterie- und Sensoranordnung bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Personenkraftwagen, Fig. 4 is a greatly simplified block diagram of an embodiment of the battery and the sensor arrangement in the example shown in Fig. 1 and 2, passenger cars,

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Batteriekastens mit Batterieheizung bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Personenkraftwagen und Fig. 5 is a schematic cross-sectional view of a battery box with battery heating in the passenger car shown in Figs. 1 and 2

Fig. 6 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform der Auswertungs- und Steuereinheit 10 ge­ mäß Fig. 4. Fig. 6 is a highly simplified block diagram of an embodiment of the evaluation and control unit 10 accelerator as Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen in Art einer Phantomdarstellung die Seitenansicht bzw. die Draufsicht eines ursprünglich mit herkömmlichem Verbrennungsmotor-Antrieb konzipierten und gefertigten, auf Elektroantrieb umgebauten Kleinwagens 1. Figs. 1 and 2 show in the manner of a phantom, the side view and the top view of an originally designed with conventional internal combustion engine drive and manufactured, converted to electric drive small carriage 1.

Bei dem Kleinwagen 1 ist im Motorraum 2 über der (hier rein geometrisch als Radmitten-Verbindungsachse darge­ stellten) Vorderachse 3 eine erste Batteriegruppe 4 ange­ ordnet. Eine zweite Batteriegruppe 5 ist anstelle des ur­ sprünglich dort eingebauten Kraftstofftanks vor der Hin­ terachse 6 unterhalb der (in der Figur nicht dargestell­ ten) Hintersitze angeordnet. Eine dritte Batteriegruppe 7 ist anstelle des dort üblicherweise untergebrachten Er­ satzrades im Bereich oberhalb und hinter der Hinterachse 6 angeordnet.In the small car 1 , a first battery group 4 is arranged in the engine compartment 2 above the front axle 3 (shown here purely geometrically as a wheel center connecting axis Darge). A second battery group 5 is arranged in place of the fuel tank originally installed there in front of the rear axle 6 below the rear seats (not shown in the figure). A third battery group 7 is arranged in the area above and behind the rear axle 6 instead of the He usually accommodated there.

Zur Aufladung der Batterien ist anstelle des beim herkömm­ lich angetriebenen Fahrzeug vorhandenen Tankstutzens ober­ halb der und vor den Hinterrädern 8 ein Schuko- (oder ähn­ licher) Steckanschluß 9 vorgesehen, mit dem - was in der Figur nicht dargestellt ist - alle Batterien über eine im Motorraum 2 über der ersten Batteriegruppe 4 vorgesehene (nur in Fig. 1 gezeigte) Umrichter-/Steuereinheit 10 ver­ bunden sind. Weiterhin sind die Batteriegruppen 4, 5 und 7 über die Umrichter-/Steuereinheit 10 mit einer einen Servo-Synchronmotor umfassenden, im wesentlichen seitlich von und unterhalb der ersten Batteriegruppe 4 angeordneten Motor-Getriebe-Einheit 11 verbunden, die die Vorderräder 12 des Fahrzeugs 1 antreibt.To charge the batteries is instead of the existing tank neck in the conventionally powered vehicle, the top half of and in front of the rear wheels 8 a Schuko (or similar Licher) connector 9 is provided with which - which is not shown in the figure - all batteries via a Engine compartment 2 provided over the first battery group 4 (only shown in FIG. 1) converter / control unit 10 are connected. Furthermore, the battery groups 4 , 5 and 7 are connected via the converter / control unit 10 to a motor-gear unit 11 which comprises a servo synchronous motor and is arranged essentially to the side of and below the first battery group 4 and which connects the front wheels 12 of the vehicle 1 drives.

In Fig. 2 ist genauer gezeigt, wie die Batteriegruppen aus einzelnen Blei-Säure-Vlies-Batterien an sich bekannter Bauart gebildet sind:In Fig. 2 is shown in more detail how the battery groups are formed from individual lead-acid VRLA design known per se:

Die erste Batteriegruppe 4 umfaßt in einem Batteriekasten aus faserverstärktem Kunstharz 40 insgesamt sechs Batteri­ en 41 bis 46, in räumlicher Zuordnung zu denen jeweils ei­ ne Sensoreinheit 41S bis 46S mit Meßeinrichtungen zur Bat­ teriezustandserfassung angeordnet ist. Die Batterien 41 und 42 sind in der linken Hälfte des Motorraums 2 hinter­ einander quer zur Fahrzeuglängsachse 13 und die übrigen vier Batterien 43 bis 46 in der rechten Motorraumhälfte parallel zur Fahrzeuglängsachse in zwei Gruppen hinterein­ ander angeordnet. Alle Batterien 41 bis 46 der ersten Gruppe liegen in einer Ebene.The first battery group 4 comprises in a battery box made of fiber-reinforced synthetic resin 40 a total of six batteries 41 to 46 , spatially assigned to each of which a sensor unit 41 S to 46 S is arranged with measuring devices for battery state detection. The batteries 41 and 42 are arranged in the left half of the engine compartment 2 one behind the other transversely to the vehicle longitudinal axis 13 and the other four batteries 43 to 46 in the right engine compartment parallel to the vehicle longitudinal axis in two groups one behind the other. All batteries 41 to 46 of the first group lie on one level.

Die zweite Batteriegruppe 5 umfaßt links und rechts der Fahrzeuglängsachse 13 je zwei quer zu dieser nebeneinander angeordnete Batterien 51, 52 und 53, 54 jeweils mit einer Sensoreinheit 51S, 52S und 53S, 54S in einem Batterieka­ sten 50. Der Batteriekasten 50 ist in seiner Form und den Befestigungsmitteln im wesentlichen entsprechend dem ur­ sprünglich im Ausgangs-Fahrzeug vorhandenen Kraftstofftank ausgebildet, so daß er an den zu dessen Befestigung vorge­ sehenen Aufhängungspunkten mit dem Fahrzeugaufbau ver­ schraubt werden kann.The second battery group 5 includes left and right of the vehicle longitudinal axis 13 each two transverse to this side by side batteries 51 , 52 and 53 , 54 each with a sensor unit 51 S, 52 S and 53 S, 54 S in a battery box 50th The battery box 50 is formed in its shape and the fastening means essentially in accordance with the original fuel tank originally present in the original vehicle, so that it can be screwed to the suspension points provided for its fastening with the vehicle body.

Die dritte Batteriegruppe 7 umfaßt in einem Batteriekasten 70 abermals vier Batterien 71 bis 74 mit Sensoreinheiten 71S bis 74S. Die Batterien 71 bis 74 sind so angeordnet, daß sie eine Art geschlossenen Ring bilden, womit der Bat­ teriekasten 70 Außenabmessungen erhält, die die Einfügung in den Kofferraumboden im wesentlichen anstelle des Er­ satzrades erlaubt. Zur Sicherung der Bewegbarkeit des Fahrzeuges bei eventuellen Reifenpannen ist eine (nicht gezeigte) Reifenfüllflasche vorgesehen.The third battery group 7 comprises in a battery box 70 again four batteries 71 to 74 with sensor units 71 S to 74 S. The batteries 71 to 74 are arranged so that they form a kind of closed ring, whereby the battery box 70 receives external dimensions that the Insertion in the trunk floor essentially allowed instead of the spare wheel. To ensure the mobility of the vehicle in the event of a puncture, a tire inflation bottle (not shown) is provided.

Fig. 3 zeigt in Art einer Phantomdarstellung die Seiten­ ansicht eines als Elektrofahrzeug konzipierten Sportwa­ gens 101 in Mittelmotorbauart als weitere Bauform eines Personenkraftwagens mit Elektroantrieb, bei dem die Erfin­ dung realisiert werden kann. Fig. 3 shows in the manner of a phantom view the side view of a sports car 101 designed as an electric vehicle in mid-engine design as a further design of a passenger car with an electric drive, in which the inven tion can be realized.

Der Sportwagen 101 weist eine vor und oberhalb der Hinte­ rachse 102 angeordnete, einen Asynchronmotor aufweisende, Antriebseinheit 103 und eine über dieser angeordnete Steu­ erbaugruppe 104 auf, und zur Stromversorgung ist auf bei­ den Seiten des Fahrzeugs zwischen der Vorderachse 105 und der Hinterachse 102 jeweils ein aus fünf Batterien be­ stehender Batteriesatz angeordnet, wobei in der Figur nur der (in Fahrtrichtung) linke Batteriesatz 106 zu erkennen ist. Ein Steckanschluß 107 ist zur Aufladung der Batterien vorgesehen. Die Batterien sind - was in Fig. 3 nicht zu erkennen ist - in zu Fig. 2 analoger Weise jeweils mit ei­ ner Sensoreinheit zur individuellen Erfassung des Batterie­ zustandes bzw. der Entlade- bzw. Ladeparameter versehen.The sports car 101 has a front and above the rear axle 102 , an asynchronous motor, drive unit 103 and a control unit 104 arranged above it, and for power supply is on the sides of the vehicle between the front axle 105 and the rear axle 102 arranged from five batteries be existing battery pack, in the figure only the left (in the direction of travel) battery pack 106 can be seen. A plug connection 107 is provided for charging the batteries. The batteries - which cannot be seen in FIG. 3 - are each provided in a manner analogous to FIG. 2 with a sensor unit for the individual detection of the battery state or the discharge or charging parameters.

In Fig. 4 sind in einem vereinfachten Blockschaltbild die Batterien der in Fig. 2 gezeigte Batteriegruppe 5 in ihrer Verbindung mit der Auswertungs- und Steuereinheit 10 (unter Einschluß der wesentlichsten Komponenten zur Batte­ rieheizung) gezeigt. Die Batterien und die Auswertungs- und Steuereinheit des Sportwagens 101 nach Fig. 3 sind analog ausgebildet.In Fig. 4, the batteries of the battery group 5 shown in Fig. 2 are shown in a connection with the evaluation and control unit 10 (including the most important components for battery heating) in a simplified block diagram. The batteries and the evaluation and control unit of the sports car 101 according to FIG. 3 are designed analogously.

In der Figur ist zu erkennen, daß die erste bis vierte Batterie 51 bis 54 der Batteriegruppe 5 jeweils über ein separates Stromleitungspaar 51L, 52L, 53L und 54L mit der Auswertungs- und Steuereinheit 10 verbunden sind, in der intern eine Reihenschaltung der Batterien realisiert ist. In the figure it can be seen that the first to fourth batteries 51 to 54 of battery group 5 are each connected via a separate pair of power lines 51 L, 52 L, 53 L and 54 L to the evaluation and control unit 10 , in which a series circuit is connected internally the batteries is realized.

In jeder der Leitungen sind ein Strommeßgerät (Ampereme­ ter) A51, A52, A53 bzw. A54 und zwischen den Batteriepolen jeweils ein Spannungsmeßgerät (Voltmeter) U51, U52, U53 bzw. U54 zur Batteriezustandsüberwachung und Ladekontrolle angeordnet. Weiterhin ist an jeder der Batterien 51 bis 54 ein Temperaturfühler T51 bis T54 vorgesehen. Die einer Batterie zugeordneten Meßgeräte bzw. -fühler bilden je­ weils zusammen die Sensoreinheiten 51S bis 54S. Diese Sen­ soreinheiten 51S bis 54S sind an einen Datenbus 14 ange­ schlossen, über den eine Verbindung mit der Auswertungs- und Steuereinheit 10 hergestellt wird.In each of the lines, a current measuring device (Ampereme ter) A51, A52, A53 and A54 and between the battery poles a voltage measuring device (voltmeter) U51, U52, U53 and U54 are arranged for battery status monitoring and charge control. Furthermore, a temperature sensor T51 to T54 is provided on each of the batteries 51 to 54 . The measuring devices or sensors assigned to a battery each form together the sensor units 51 S to 54 S. These sensor units 51 S to 54 S are connected to a data bus 14 , via which a connection to the evaluation and control unit 10 is established .

Die integrierte Auswertungs- und Steuereinheit 10 mit ei­ nem Auswertungsabschnitt 10a und einem Steuerabschnitt 10b, die eine (in Fig. 6 genauer gezeigte) Mikroprozessor­ steuerung aufweist, ist weiterhin - über eine gesonderte Steuerleitung - mit einem Steuerelement ("Gaspedal") 14 und mit den Motorwicklungen des Servo-Synchronmotors der Motor-Getriebe-Einheit 11 verbunden, der über den Steuer­ abschnitt 10b mit Betriebsstrom versorgt wird.The integrated evaluation and control unit 10 with an evaluation section 10 a and a control section 10 b, which has a microprocessor control (shown in more detail in FIG. 6), is also - via a separate control line - with a control element (“accelerator pedal”) 14 and the motor-gear unit 11 is connected to the motor windings of the synchronous servo motor 10 via the control section b is supplied with operating current.

Weiterhin ist die Auswertungs- und Steuereinheit über den Ladeanschluß 9 wahlweise mit einem (mit gepunkteten Linien dargestellten) externen Stromnetz zum Aufladen der Batte­ rien verbindbar.Furthermore, the evaluation and control unit can be optionally connected via the charging connection 9 to an external power network (shown with dotted lines) for charging the batteries.

Die mittels der den einzelnen Batterien zugeordneten Meß­ wertaufnehmer erfaßten Meßwerte, die den Batteriezustand charakterisieren, werden über den Datenbus 14 vom Auswer­ tungsabschnitt 10a zeitsequentiell abgefragt, wo sie einer (weiter unten genauer beschriebenen) Auswertung unterzogen werden, in deren Ergebnis Steuersignale für die Handhabung der Stromversorgung und für den Antrieb gewonnen werden. Sowohl die Entnahme von gespeicherter Energie aus den Bat­ terien für den Fahrbetrieb als auch die Aufladung der Bat­ terien kann in Abhängigkeit vom Auswertungsergebnis indi­ viduell gesteuert werden, etwa indem einzelne Batterien zu bestimmten Zeitpunkten ab- bzw. zugeschaltet werden.The means of the individual batteries assigned measurement value sensors detected measured values, characterizing the battery state are through the data bus 14 from the Auswer line section 10 a time-sequentially interrogated, where they are subjected to (in more detail described below) evaluation, the result of which control signals for the handling the power supply and for the drive. Both the removal of stored energy from the batteries for driving and the charging of the batteries can be individually controlled depending on the evaluation result, for example by switching individual batteries off or on at certain times.

Die einzelnen Batterien weisen separate Batterieheizungen 51g bis 54g auf, die jeweils mit einem Ausgang des Steue­ rabschnitts 10b zur Versorgung der Batterieheizungen mit Heizstrom in Abhängigkeit von einer im Auswertungsab­ schnitt vorgenommenen Auswertung der Anzeigen der Tempera­ tursensoren T51 bis T54 und ggfs. zusätzlich der Anzeigen der Strom- und Spannungsmeßgeräte auf. Damit kann eine in­ dividuelle Berücksichtigung der Temperaturverhältnisse so­ wie des Batteriezustandes sowohl beim Laden der Batterien und der dabei ggfs. vorzunehmenden Heizung als auch im Fahrbetrieb erreicht werden. In einer einfacheren Ausfüh­ rung ist es auch möglich, die T-Meßwerte lediglich zur Steuerung der Heizung zu verwenden.The individual batteries have separate battery heaters 51g to 54g which are each connected to an output of the Steue rabschnitts 10 b to supply the battery heaters with heating current in response to a cut in Auswertungsab evaluation made of displaying the temperature tursensoren T51 to T54 and, if necessary. In addition, the display of the current and voltage measuring devices. In this way, an individual consideration of the temperature conditions and the state of the battery can be achieved both when charging the batteries and the heating to be carried out, if necessary, and when driving. In a simpler version, it is also possible to use the T measured values only to control the heating.

Die Ausbildung der Batteriegruppen 4 und 7 und deren Ver­ bindung mit der Auswertungs- und Steuereinheit 10 ist ana­ log zu der in Fig. 4 gezeigten.The formation of the battery groups 4 and 7 and their connection to the evaluation and control unit 10 is ana log to that shown in FIG. 4.

Alternativ zur in der Figur gezeigten Anordnung können - was in der Praxis die bevorzugte Anordnung sein wird - al­ le Batterien auch über ein einziges Leistungskabel in Rei­ henschaltung miteinander und mit nur zwei Anschlüssen der Steuereinheit 10 verbunden sein. As an alternative to the arrangement shown in the figure - which in practice will be the preferred arrangement - all batteries can also be connected in series with one another and with only two connections of the control unit 10 via a single power cable.

In Fig. 5 ist der Batteriekasten 50 aus Fig. 2 in einer Querschnittsdarstellung längs der Linie A-A gezeigt.In Fig. 5, the battery box 50 of FIG. 2 is shown in a cross-sectional view taken along line AA.

In der Figur ist zu erkennen, daß der Batteriekasten aus einem jeweils im wesentlichen trogförmigen Unterteil 50a und Oberteil 50b aufgebaut ist, die über seitliche Schraubverbindungen 50c und 50d lösbar miteinander verbun­ den sind. Der Boden des Unterteils 50a weist im mittleren Bereich eine Vertiefung 50e auf. In diese ist eine Lage Wärmedämmaterial 50f und darüber eine - in der Figur durch eine Wellenlinie symbolisierte - der Batterie 53 zugeord­ nete Heizfolie 53g derart eingelegt, daß die Vertiefung damit ausgefüllt ist. Die Batterie 53 ruht auf den die Vertiefung 50e seitlich begrenzenden Bodenabschnitten des Unterteils 50a. Der Zwischenraum zwischen dem Batteriedec­ kel und der Unterseite des Batteriekasten-Oberteils 50b wird durch eine Lage Dämmgummi (ISO-Gummi) 50h ausge­ füllt, der druckelastisch ist und die Batterie 53 gegen den Boden des Batteriekastens andrückt.In the figure it can be seen that the battery box is constructed from a substantially trough-shaped lower part 50 a and upper part 50 b, which are releasably connected to one another via lateral screw connections 50 c and 50 d. The bottom of the lower part 50 a has a recess 50 e in the central region. In this is a layer of thermal insulation material 50 f and above it - symbolized in the figure by a wavy line - the battery 53 assigned heating foil 53 g so that the depression is filled with it. The battery 53 rests on the bottom portions of the lower part 50 a which laterally delimit the depression 50 e. The gap between the battery cover and the underside of the battery box upper part 50 b is filled out by a layer of insulating rubber (ISO rubber) 50 h, which is pressure-elastic and presses the battery 53 against the bottom of the battery box.

Seitlich des oberen Bereiches der Batterie ist im Batte­ riekasten der Sensorkasten 535 angeordnet, der mit dem et­ was unterhalb des Säurespiegels am Batteriegehäuse pla­ zierten T-Sensor T53 verbunden ist.To the side of the upper area of the battery, the sensor box 535 is arranged in the battery box, which is connected to the T-sensor T53, which was placed below the acid level on the battery housing.

In Fig. 6 ist in stark schematisierter Darstellung der Aufbau der Auswertungs- und Steuereinheit 10 mit dem Aus­ wertungsabschnitt 10a und dem Steuerabschnitt 10b in einer zweckmäßigen Ausführung genauer gezeigt.In Fig. 6, the structure of the evaluation and control unit 10 with the evaluation section 10 a and the control section 10 b is shown in a practical embodiment in a highly schematic representation.

Eine sowohl dem Auswertungsabschnitt 10a als auch dem Steuerabschnitt 10b zuzuordnende Mikrocontroller-Einheit 10.1 herkömmlichen Aufbaus steuert sowohl die Auswertung und ggfs. Speicherung der Meßwerte als auch den Fahr- und Ladebetrieb einschließlich der Batterieheizung. Der Con­ troller 10.1 ist in üblicher Weise - über eine Daten- und eine Steuer- bzw. Adreßsignalverbindung - ein Programm­ speicher (ROM) 10.2 zugeordnet, in dem bei der vorliegen­ den Anordnung Programmdaten zur Auswertung der Meßwerte sowie für den Fahr- und Ladebetrieb einschließlich der Batterieheizung gespeichert sind.A both the evaluation section 10 a and the control section 10 b attributable microcontroller unit 10.1 conventional structure controls both the evaluation and, if necessary, storing the measured values as well as the driving and loading operation including the battery heating. The controller 10.1 is assigned in the usual manner - via a data and a control or address signal connection - to a program memory (ROM) 10.2 , in which, in the present arrangement, program data for evaluating the measured values and for driving and charging operation, including the battery heater are stored.

Weiterhin ist der Controller 10.1 - wiederum in bekannter Weise über eine Daten- und eine Steuersignalverbindung - ein Datenspeicher (RAM bzw. EEPROM) 10.3 zugeordnet, in dem vorgegebenen Soll- bzw. Grenzwerte für die Meßgrößen Batteriestrom, Klemmenspannung und Batterietemperatur so­ wie für sonstige Einstellungen beim Fahr- und Ladebetrieb vorgespeichert sind und in den aufgenommene Meßwerte ein­ gespeichert werden können. (Weitere übliche Baugruppen ei­ nes Mikroprozessorsystems - wie Daten- und Adressencoder und -decoder, Zwischenspeicher (Latches), interne Schnittstellen, Stromversorgung etc. - sind zur Vereinfa­ chung der Darstellung in der Figur nicht gezeigt.) Direkte externe Verbindungen des Controllers 10.1 bestehen zum Steuerelement ("Gaspedal") 16, von dem der Controller Steuerimpulse für den Fahrbetrieb aufnimmt, und zur Anzei­ geeinheit 15, der er anzuzeigende Daten übermittelt.Furthermore, the controller 10.1 - again in a known manner via a data and a control signal connection - is assigned to a data memory (RAM or EEPROM) 10.3 , in the specified target or limit values for the measured variables battery current, terminal voltage and battery temperature as well as for other settings are pre-stored during driving and charging operations and can be stored in the recorded measured values. (Other common modules of a microprocessor system - such as data and address encoders and decoders, latches, internal interfaces, power supply, etc. - are not shown in the figure to simplify the illustration.) Direct external connections of the controller 10.1 exist for Control element ("accelerator pedal") 16 , from which the controller receives control pulses for driving, and to the display unit 15 , which it transmits data to be displayed.

Der Auswertungsabschnitt 10a umfaßt weiterhin eine Ein­ gangsstufe 10.4 zur Signalaufbereitung der Meßsignale, deren Eingang mit dem Fahrzeug-Datenbus 14 und deren Aus­ gang zum einen mit dem Datenspeicher 10.3 und zum anderen mit einem Eingang einer Vergleichereinheit (Komparator) 10.5 verbunden ist. Der Ausgang der Vergleichereinheit 10.5 ist mit dem Eingang des Controllers 10.1 verbunden, und zwischen diesem und der Vergleichereinheit besteht ei­ ne Steuersignalverbindung.The evaluation section 10 a further includes an input stage 10.4 for signal conditioning of the measurement signals, the input of which is connected to the vehicle data bus 14 and whose output is connected on the one hand to the data memory 10.3 and on the other hand to an input of a comparator unit (comparator) 10.5 . The output of the comparator unit 10.5 is connected to the input of the controller 10.1 , and there is a control signal connection between this and the comparator unit.

Der Steuerabschnitt 10b umfaßt weiterhin Verbindungsleitun­ gen zur Verschaltung der einzelnen Batterien zu einer Stromversorgungseinheit, in die Batterieschalter zur wahl­ weisen Abschaltung einzelner Batterien eingefügt sind. In der Figur sind - entsprechend Fig. 4 - beispielhaft nur die Verbindungen der Batterien 51 bis 54 mit der Steuer­ einheit 10b über die Leitungen 51L bis 54L gezeigt, denen jeweils ein über eine Steuerleitung mit dem Controller 10.1 verbundener Batterieschalter S51, S52, S53 bzw. S54 zugeordnet ist. Die Batterieschalter S51 bis S54 weisen jeweils zwei Schaltglieder auf, mit denen zum einen ein Schließen des Batteriekreises und zum anderen eine gleich­ zeitige Unterbrechung der Verbindung zwischen den Polen einer abgeschalteten Batterie zur Verhinderung eines Kurz­ schlusses zwischen diesen bewirkt wird. (Die Darstellung der Schalter in der Figur ist symbolisch zu verstehen; diese können durch Wechselrelais oder auch durch Halbleit­ erschaltelemente realisiert sein.)The control section 10 b further includes connecting lines for the connection of the individual batteries to a power supply unit, in which battery switches for optional switching off of individual batteries are inserted. In the figure - corresponding to FIG. 4 - only the connections of the batteries 51 to 54 with the control unit 10 b via the lines 51 L to 54 L are shown by way of example, each of which has a battery switch S51, S52 connected to the controller 10.1 via a control line , S53 or S54 is assigned. The battery switches S51 to S54 each have two switching elements with which, on the one hand, a closing of the battery circuit and, on the other hand, a simultaneous interruption of the connection between the poles of a switched-off battery to prevent a short circuit between them is effected. (The representation of the switches in the figure is to be understood symbolically; these can be realized by changeover relays or also by semiconductor switching elements.)

Der durch die Verbindungen der einzelnen Batterie-Zulei­ tungen 51L bis 54L unter Einschluß der Schalter S51 bis S54 gebildete Batteriekreis stellt einen Eingangskreis ei­ ner Umrichtereinheit 10.6 dar, in der die Gesamtspannung des Batteriekreises - im Beispiel eine Gleichspannung von 168 V - entsprechend den Erfordernissen des eingesetzten Antriebsmotors in die Betriebsspannung des Motors 11 oder umgekehrt - bei Bremsvorgängen - die an den Motorklemmen abgreifbare Generatorspannung in eine Batterieladespannung umgeformt wird. Einen weiteren (temporären) Eingangskreis der Umrichtereinheit 10.6 stellt das externe Netz dar, mit dem die Umrichtereinheit über den (in Fig. 4 gezeigten) Anschluß 9 verbunden werden kann. Im Netzladebetrieb wird in der Umrichtereinheit die 220-V-Wechselspannung des Stromnetzes in die benötigte Lade-Gleichspannung umge­ formt. Die Umrichtereinheit hat einen Steuersignalan­ schluß, der mit dem Controller 10.1 verbunden ist.The battery circuit formed by the connections of the individual battery supply lines 51 L to 54 L, including switches S51 to S54, represents an input circuit of a converter unit 10.6 in which the total voltage of the battery circuit - in the example a DC voltage of 168 V - corresponds to the Requirements of the drive motor used in the operating voltage of the motor 11 or vice versa - during braking - the generator voltage which can be tapped at the motor terminals is converted into a battery charging voltage. Another (temporary) input circuit of the converter unit 10.6 is the external network to which the converter unit can be connected via the connection 9 (shown in FIG. 4). During mains charging operation, the 220 V AC voltage of the power grid is converted into the required DC charging voltage in the converter unit. The converter unit has a control signal connection, which is connected to the controller 10.1 .

Der Ausgang der Umrichtereinheit ist mit einer Ansteuer­ einheit 10.7 verbunden, in der die Gestalt des an die Mo­ torwicklungen angelegten Spannungsimpulszuges und damit die Motordrehzahl und -leistung festgelegt wird. Auch die Ansteuereinheit hat einen Steuersignaleingang, der mit dem Controller 10.1 verbunden ist. Die Umrichtereinheit 10.6 und die Ansteuereinheit 10.7 können auch als integrierte Baugruppe gebildet sein.The output of the converter unit is connected to a control unit 10.7 , in which the shape of the voltage pulse train applied to the motor windings and thus the motor speed and power is determined. The control unit also has a control signal input which is connected to the controller 10.1 . The converter unit 10.6 and the control unit 10.7 can also be formed as an integrated assembly.

Die Zuleitungen vom Anschluß 9 zur Umrichtereinheit weisen jeweils einen Knoten zur Verbindung der Batterieheizungen mit dem Stromnetz beim Aufladen und wahlweise auch mit dem Batteriekreis auf. In jeweils einer der Zuleitungen zu den Batterieheizungen 51g bis 54g ist je ein Schalter S51g bis S54g vorgesehen. Die Schalter sind jeweils über Steuersi­ gnalverbindungen mit dem Controller 10.1 verbunden und werden von diesem aus betätigt.The feed lines from connection 9 to the converter unit each have a node for connecting the battery heaters to the mains during charging and optionally also to the battery circuit. A switch S51g to S54g is provided in each of the feed lines to the battery heaters 51g to 54g. The switches are each connected via control signal connections to the controller 10.1 and are actuated from this.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Anordnung werden die von den Sensoreinheiten der einzelnen Batterien in digitalisierter Form über den Datenbus 14 zum Auswertungsabschnitt über­ tragenen Meßsignale in geeigneter Weise aufbereitet, wobei insbesondere - in an sich bekannter leise - eine Störbe­ freiung bzw. -unterdrückung erfolgt. Die im Ergebnis der Aufbereitung erhaltenen Meßwerte werden unter Steuerung durch den Controller 10.1 in der Vergleichereinheit 10.5 für die einzelnen Batterien getrennt einem Istwert-Soll­ wert- bzw. einem Grenzwertvergleich mit aus dem Datenspei­ cher 10.3 ausgelesenen Soll- bzw. Grenzwerten und/oder mit zu früheren Zeitpunkten erfaßten und im Datenspeicher ge­ speicherten Werten unterzogen. Wahlweise können die Meß­ werte auf Befehl des Controllers auch in den Datenspeicher übernommen und/oder auf der Anzeigeeinheit 15 dargestellt werden.In the arrangement shown in Fig. 6 are from the sensor units of the individual batteries in digitized form via the data bus 14 to the evaluation section via transmitted measurement signals in a suitable manner, in particular - in a quiet manner known per se - Störbe liberation or suppression . The measured values obtained as a result of the processing are under the control of the controller 10.1 in the comparator unit 10.5 for the individual batteries, separate an actual value setpoint value or a limit value comparison with setpoint or limit values read from the data memory 10.3 and / or with Values recorded earlier and stored in the data memory. Optionally, the measured values can also be transferred to the data memory and / or displayed on the display unit 15 on command from the controller.

Im Ergebnis des Vergleiches steht am Ausgang der Verglei­ chereinheit ein eine Information zum Batteriezustand be­ inhaltendes Signal bereit. Dieses kann - was etwa bei ei­ nem eine unzulässig niedrige Klemmenspannung repräsentie­ renden und damit die Gefahr einer für die Batterie kri­ tischen Tiefentladung anzeigenden Signal der Fall sein wird - für sich genommen zur Gewinnung eines Steuersignals für die Batteriehandhabung dienen. Es kann ggfs. aber auch mit weiteren, durch andere Vergleiche gewonnenen, Signalen innerhalb des Controllers zunächst einer Weiterverarbei­ tung unterzogen werden, in deren Ergebnis eine Aussage zum Batteriezustand und ein Steuersignal (oder eine Steuersi­ gnalfolge) für den Fahr- und/oder Ladebetrieb gewonnen wird.The result of the comparison shows the outcome of the comparison chereinheit an information on the battery condition be content signal ready. This can - what about egg represent an impermissibly low terminal voltage and thus the danger of a crisis for the battery table deep discharge signal is taken by itself to obtain a control signal serve for battery handling. However, it may also with further signals obtained by other comparisons further processing within the controller are subjected to a statement as to the Battery status and a control signal (or a control signal signal sequence) for driving and / or loading operation becomes.

Beispielsweise können, wenn der Ladebetrieb über ein ex­ ternes Netz etwa durch Abfrage der individuellen Klemmen­ spannungen (oder alternativ auch der säuredichte, sofern ein entsprechender Sensor vorgesehen ist) in vorbestimmten Zeitabständen überwacht wird, durch den Controller 10.1 jeweils die Batterien mit einer einen programmierten,im Datenspeicher 10.2 gespeicherten Grenzwert aktuell über­ schreitenden Klemmenspannung (bzw. säuredichte) mittels des jeweils zugehörigen Batterieschalters aus dem Lade­ stromkreis abgeschaltet und die Einstellungen der Umrich­ tereinheit 10.6 entsprechend korrigiert werden, um für die im Ladekreis verbleibenden Batterien optimale Ladekenngrö­ ßen zu erhalten.For example, if the charging operation via an external network is monitored at predetermined time intervals, for example by querying the individual terminal voltages (or alternatively also the acid density, provided a corresponding sensor is provided), the controller 10.1 can in each case charge the batteries with a The limit value stored in the data memory 10.2 is currently switched off from the charging circuit via the terminal voltage (or acid density) and the settings of the converter unit 10.6 are corrected accordingly in order to obtain optimum charging parameters for the batteries remaining in the charging circuit.

In ähnlicher Weise kann bei der Energierückgewinnung beim Bremsen (Rekuperation) die in den Motorwicklungen generier­ te Spannung durch geeignet kombinierte Steuerung der Um­ richtereinheit und der Batterieschalter zur Nachladung von ausgewählten Batterien genutzt werden, für die eine bevor­ zugte Nachladung in Auswertung der erfaßten Meßwerte und ihres aufgrund der Meßwerte ermittelten aktuellen Ladezu­ standes sinnvoll erscheint, während die übrigen Batterien bei der Rekuperation abgeschaltet sind.Similarly, when it comes to energy recovery Brakes (recuperation) that generate in the motor windings voltage by suitably combined control of the Um rectifier unit and the battery switch for recharging selected batteries are used for the one before reloading in evaluation of the recorded measured values and of your current charge determined on the basis of the measured values It seems reasonable while the remaining batteries are switched off during recuperation.

Als weiteres Beispiel können die Spannungs- und Tempera­ turwerte der einzelnen Batterien gemeinsam zur Gewinnung einer Steuersignalfolge verarbeitet werden. Eine aufgrund der erfaßten Meßwerte und mehrerer Vergleichs- und logi­ scher Verarbeitungsschritte in der Vergleichereinheit 10.5 und dem Controller 10.1 gewonnene, eine weitgehende Er­ schöpfung mehrerer Batterien, aber guten Ladezustand meh­ rerer anderer Batterien bei niedriger Temperatur anzei­ gende Signalgruppe kann die Einleitung des folgenden (im Programmspeicher 10.2 gespeicherten) Betriebsregimes steu­ ern:As a further example, the voltage and temperature values of the individual batteries can be processed together to obtain a control signal sequence. A signal group which is obtained on the basis of the recorded measured values and several comparison and logical processing steps in the comparator unit 10.5 and the controller 10.1 , largely exhausts several batteries, but shows a good state of charge of several other batteries at low temperature, the introduction of the following (im Control program memory 10.2 ) Operating modes:

Unter Entnahme von Batteriestrom aus den noch in gutem La­ dezustand befindlichen Batterien - bei Überbrückung der we­ niger gut geladenen durch schließen der zugehörigen Batte­ rieschalter - wird vor Fahrtantritt eine Erwärmung der in weniger gutem Zustand befindlichen Batterien durch schließen der Schalter der diesen zugehörigen Batteriehei­ zungen vorgenommen. Wenn die Temperatur der beheizten Bat­ terien jeweils einen bestimmten sollwert erreicht hat, wird die entsprechende Heizung wieder ausgeschaltet. Für den Fahrbetrieb werden dann alle Batterien genutzt und die Umrichter- und Ansteuereinheit werden entsprechend gesteu­ ert. Auf diese Weise kann, wenn ohne Möglichkeit einer Nachladung bei niedrigen Temperaturen noch eine bestimmte Strecke zurückgelegt werden muß, eine wesentliche Erhöhung der den nahezu erschöpften Batterien noch entnehmbaren Energiemenge erreicht werden.Taking battery power from the still in good condition batteries are in their de-condition - if the we niger well-loaded by closing the associated battery Rieschalter - before the start of the journey, the in batteries in less good condition close the switch of the associated battery tongues made. If the temperature of the heated bat terie has reached a certain target value, the corresponding heating is switched off again. For then all batteries are used and the The converter and control unit are controlled accordingly In this way, if there is no possibility of a Reloading at low temperatures still a certain Distance must be covered, a significant increase that can still be removed from the almost exhausted batteries Amount of energy can be achieved.

Als hierzu alternatives Vorgehen kommt - je nach genauem Batteriezustand und für die Fahrstrecke voraussichtlich noch benötigter Energie - auch eine Nutzung der Restkapa­ zität der fast erschöpften Batterien zur Erwärmung und da­ mit Kapazitätserhöhung der noch besser geladenen in Frage, wobei der Fahrbetrieb dann - unter Abschaltung der er­ schöpften Batterien und einer der geringeren Gesamtspannung entsprechender Steuerung der Umrichter- und Ansteuerein­ heit - nur mit den in besserem Zustand befindlichen Batte­ rien durchgeführt wird. As an alternative approach, depending on the exact one Battery condition and expected for the route energy still required - also a use of the remaining Kapa almost exhausted batteries for heating and there with increasing the capacity of the even better charged in question the driving then - with the shutdown of he drained batteries and one of the lower total voltage appropriate control of the converter and control unit - only with the battery in better condition rien is carried out.  

Besonders zweckmäßig kann es zur Verhinderung einer völ­ ligen Zerstörung einiger weitgehend entladener Batterien bei einem Abstellen des Fahrzeugs bei niedrigen Außentem­ peraturen ohne Möglichkeit einer Nachladung sein, aus den weniger entladenen Batterien Energie zur Heizung der weitgehend entladenen und zerstörungsgefährdeten Batterien zu entnehmen.It can be particularly useful for preventing völ destruction of some largely discharged batteries when the vehicle is parked when the outside temperature is low temperatures without the possibility of recharging the less discharged batteries to heat the largely discharged and destructive batteries refer to.

Im praktischen Fahrbetrieb kann es erhebliche Vorteile bringen, daß die beschriebene individuelle Batterieüberwa­ chung und Betriebssteuerung dynamischen Charakter hat, d. h. in Abhängigkeit von sich im Laufe des Betriebes än­ dernden (im System erfaßten oder eingegebenen) Größen je­ weils neue Steuerbefehle gegeben werden, die zu jedem Zeitpunkt einen dem aktuellen Systemzustand adäquaten Be­ trieb der Batterien und/oder ihrer Heizungen gewährlei­ sten. So können etwa in einem bestimmten Systemzustand aufgrund ihrer individuellen Meßgrößen abgeschaltete ein­ zelne Batterien im weiteren Verlauf einer Fahrt bei zuneh­ mender Erschöpfung der übrigen Batterien, bei steigender Außentemperatur oder auch aufgrund einer externen Date­ neingabe (z. B. über die Entfernung zum Fahrtziel) wieder zugeschaltet werden usw.In practical driving, it can have considerable advantages bring that the individual battery monitoring described control and operational control is dynamic, d. H. depending on themselves in the course of operation changing sizes (entered or entered in the system) each because new control commands are given to everyone Point in time that is appropriate to the current system status guarantee the batteries and / or their heaters most. For example, in a certain system state switched off due to their individual measured variables individual batteries increase during the course of a journey reducing exhaustion of the remaining batteries, with increasing Outside temperature or due to an external date input again (e.g. via the distance to the destination) be switched on etc.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. So sind die Ausführungen hinsichtlich der Batterie­ heizung sinngemäß auf den Fall eines Einsatzes von Ni-Cd- Elementen zu übertragen, bei denen unter hohen Außentempe­ raturen eine Kühlung zweckmäßig sein kann, wobei dann statt der Heizelemente etwa thermoelektrische Kühlelemente (Peltier-Elemente) vorgesehen sein können. The invention is not restricted in its implementation to the preferred embodiment given above game. So are the statements regarding the battery heating analogously to the case of using Ni-Cd- Transfer elements where high outdoor temp cooling may be useful, then instead of heating elements such as thermoelectric cooling elements (Peltier elements) can be provided.  

Vielfältige, sich dem Fachmann ohne weiteres erschließende Modifikationen sind insbesondere hinsichtlich der einge­ setzten Sensoren zur Batteriezustandserfassung - die auch vom verwendeten Batterietyp abhängen - sowie bei der kon­ kreten Ausbildung der Auswertungs- und Steuereinheit mög­ lich.Diverse, easily accessible to the expert Modifications are particularly with regard to the set sensors for battery condition detection - they too depend on the type of battery used - as well as the con Crete training of the evaluation and control unit possible Lich.

Claims (10)

1. Personenkraftwagen (1; 101) mit Elektroantrieb, mit einem Antriebsmotor (11; 103), einer Mehrzahl von Batteri­ en (41 bis 46, 51 bis 54, 71 bis 74; 106) zur Stromversor­ gung des Antriebsmotors, einem mit einem äußeren Stromnetz verbindbaren Anschluß (9; 107) zum Aufladen der Batterien und einer Steuereinheit (10b; 104) für den Antriebsmotor und die Stromversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß den Batterien (41 bis 46, 51 bis 54, 71 bis 74) einzeln mindestens jeweils ein Meßfühler einer Meßeinrichtung (A51 bis A54, U51 bis U54, T51 bis T54) zur Erfassung minde­ stens einer den elektrochemischen Zustand und/oder einen Betriebsparameter, insbesondere differenziert nach Lade- und Entladezyklus, der jeweiligen Batterie charakterisie­ renden Größe zugeordnet ist, deren Signalausgang mit einem Signaleingang einer Auswertungseinheit (10a) verbunden ist, die im Ergebnis einer Auswertung der Größe(n) ein Steuersignal an die Steuereinheit (10b) ausgibt, die den Lade-/bzw. Entladevorgang und/oder die Temperatur einzel­ ner Batterien beeinflußt.1. Passenger car ( 1 ; 101 ) with an electric drive, with a drive motor ( 11 ; 103 ), a plurality of batteries ( 41 to 46 , 51 to 54 , 71 to 74 ; 106 ) for the power supply of the drive motor, one with an external one Power supply connectable connection ( 9 ; 107 ) for charging the batteries and a control unit ( 10 b; 104 ) for the drive motor and the power supply, characterized in that the batteries ( 41 to 46 , 51 to 54 , 71 to 74 ) individually at least in each case a sensor of a measuring device (A51 to A54, U51 to U54, T51 to T54) for detecting at least one of the electrochemical state and / or an operating parameter, in particular differentiated according to the charging and discharging cycle, is assigned to the respective battery-characterizing variable, the signal output thereof is connected to a signal input of an evaluation unit ( 10 a) which, as a result of an evaluation of the quantity (s), outputs a control signal to the control unit ( 10 b) which de n loading / resp. Discharge and / or the temperature of individual batteries affected. 2. Personenkraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Strommeßgerät (A51 bis A54) und/oder ein Spannungsmeßgerät (U51 bis U54) und/oder ein Temperaturmeßgerät (T51 bis T54) aufweist. 2. Passenger car according to claim 1, characterized characterized in that the measuring device Current measuring device (A51 to A54) and / or a voltage measuring device (U51 to U54) and / or a temperature measuring device (T51 to T54).   3. Personenkraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Batterie (51 bis 54) ein separat ansteuerbarer Schalter (S51 bis S54) zu deren Abschaltung bzw. Ausschaltung aus dem Batteriestrom­ kreis zugeordnet ist, der in im wesentlichen lastfreien Phasen des Fahrbetrieb und/oder im Ladebetrieb in Abhän­ gigkeit von dem Steuersignal betätigbar ist.3. Passenger car according to claim 1, characterized in that each battery ( 51 to 54 ) is assigned a separately controllable switch (S51 to S54) for switching it off or off from the battery current circuit, which in substantially load-free phases of driving and / or can be actuated in charging mode in dependence on the control signal. 4. Personenkraftwagen nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10b) Mittel (10.7) zur Beeinflussung der Ansteuerung des Antriebsmotors (11) in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung der Größe(n) oder von der Schaltstellung der Batterieschalter (S51g bis S54g) in An­ passung an die resultierende Gesamtspannung der Batterien aufweist.4. Passenger car according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 10 b) means ( 10.7 ) for influencing the control of the drive motor ( 11 ) depending on the result of the evaluation of the size (s) or the switching position of the battery switch (S51g to S54g) in line with the resulting total voltage of the batteries. 5. Personenkraftwagen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10b) Mittel (10.6) zur Veränderung des Spannungsumsetzungsverhältnisses zwischen der resultie­ renden Gesamtspannung der Batterien (51 bis 54) und der Betriebsspannung des Antriebsmotors (11) und/oder einer ex­ ternen Ladespannung in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Batterieschalter (S51 bis S54) aufweist.5. Passenger car according to one of claims 2 to 4, characterized in that the control unit ( 10 b) means ( 10.6 ) for changing the voltage conversion ratio between the resulting total voltage of the batteries ( 51 to 54 ) and the operating voltage of the drive motor ( 11 ) and / or an external charge voltage depending on the switching position of the battery switch (S51 to S54). 6. Personenkraftwagen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Batterie (51 bis 54) ein mit der Steuereinheit (10b) verbundenes separates, über einen Schalter (S51g bis S54g) ein- und ausschaltbares Heiz- oder Kühlelement (51g bis 54g) zur gesteuerten Beeinflussung der Batterietempe­ ratur zugeordnet ist.6. Passenger car according to one of the preceding claims, characterized in that each battery ( 51 to 54 ) with the control unit ( 10 b) connected separate, via a switch (S 51 g to S 54 g) on or off heating or Cooling element ( 51 g to 54 g) is assigned to the controlled influencing of the battery temperature. 7. Personenkraftwagen nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Auswertungseinheit (10a) verbundene Anzeige­ einheit (15) zur Anzeige der erfaßten Größe(n) und/oder einer das Ergebnis ihrer Auswertung kennzeichnenden, ins­ besondere eine Batterieabschaltung bewirkenden, Steuersi­ gnals vorgesehen ist.7. Passenger car according to one of the preceding claims, characterized in that a with the evaluation unit ( 10 a) connected display unit ( 15 ) for displaying the detected size (s) and / or a characteristic of the result of their evaluation, in particular a battery shutdown effecting, Steueri gnals is provided. 8. Personenkraftwagen nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Meßeinrichtungen (A51 bis A54, U51 bis U54, T51 bis T54) mit der Auswertungseinheit (10a) verbindende Da­ tenbusleitung (14) vorgesehen ist.8. Passenger car according to one of the preceding claims, characterized in that a the measuring devices (A51 to A54, U51 to U54, T51 to T54) with the evaluation unit ( 10 a) connecting Da tenbus line ( 14 ) is provided. 9. Personenkraftwagen nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinheit (10a) und die Steuereinheit (10b) aufweist einen Programmspeicher (10.2) zur Speicherung von vorbestimmten Programmen für Fahrbetrieb und/oder Auf­ ladung und/oder Aufheizung, einen Datenspeicher (10.3) zur Speicherung von zu verschiedenen Zeitpunkten erfaßten Wer­ ten und gegebenenfalls von Soll- und/oder Grenzwerten der Größe(n), eine Vergleichereinheit (10.5) zum Vergleich der Werte miteinander oder mit Soll- bzw. Grenzwerten, die ein das Vergleichsergebnis kennzeichnendes Signal ausgibt, und eine logische Schaltung zur Festlegung eines Fahrbetriebs- oder Aufladevorgangs und/oder der Temperatursteuerung in Abhängigkeit von den vorbestimmten Programmen und/oder ei­ nem Ausgangssignal der Vergleichereinheit (10.5).9. Passenger car according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 10 a) and the control unit ( 10 b) has a program memory ( 10.2 ) for storing predetermined programs for driving and / or charging and / or heating, a data memory ( 10.3 ) for storing values recorded at different points in time and, if appropriate, setpoints and / or limit values of the size (s), a comparator unit ( 10.5 ) for comparing the values with one another or with setpoint or limit values, which is a Outputs the signal that characterizes the comparison, and a logic circuit for determining a driving operation or charging process and / or the temperature control as a function of the predetermined programs and / or an output signal of the comparator unit ( 10.5 ). 10. Personenkraftwagen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10b) derart ausgebildet ist, daß nach einem vorgegebenen Zeittakt eine Abfrage der Meßfühler und des Datenspeichers (10.3), eine Ansteuerung der Vergleichereinheit (10.5) und ein Arbeitszyklus der logischen Schaltung ausgeführt wird, so daß das Fahrbetriebs- oder Aufladeregime und/oder die Temperatursteuerung an die jeweils aktuellen Werte der Meßgrößen und gespeicherten Daten angepaßt wird.10. Passenger car according to claim 9, characterized in that the control unit ( 10 b) is designed such that after a predetermined time a query of the sensor and the data memory ( 10.3 ), a control of the comparator unit ( 10.5 ) and a duty cycle of the logic circuit is executed so that the driving mode or charging regime and / or the temperature control is adapted to the current values of the measured variables and stored data.
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