EP1806281A1 - Verfahren zur Regelung eines Elektro-Bootsmotors - Google Patents

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EP1806281A1
EP1806281A1 EP06003968A EP06003968A EP1806281A1 EP 1806281 A1 EP1806281 A1 EP 1806281A1 EP 06003968 A EP06003968 A EP 06003968A EP 06003968 A EP06003968 A EP 06003968A EP 1806281 A1 EP1806281 A1 EP 1806281A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
voltage
current
boat
maximum current
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06003968A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Dr. Böbel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Torqeedo GmbH
Original Assignee
Torqeedo GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Torqeedo GmbH filed Critical Torqeedo GmbH
Priority to US11/619,382 priority Critical patent/US20070152626A1/en
Priority to EP07000146A priority patent/EP1806282A3/de
Publication of EP1806281A1 publication Critical patent/EP1806281A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H20/00—Outboard propulsion units, e.g. outboard motors or Z-drives; Arrangements thereof on vessels
    • B63H20/007—Trolling propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electric boat engine, which is powered by a battery with power, wherein at most a maximum current is withdrawn from the battery.
  • batteries are comparatively large and heavy, so that only a limited number of batteries can be accommodated on the boat. Accordingly, the range of an electrically powered boat is limited by the capacity of the battery.
  • the remaining capacity of the battery should always be so great that the boat still reaches a safe point of contact, for example a harbor, and does not drive maneuverable on the water.
  • Object of the present invention is therefore to show a method for controlling an electric boat engine, which allows for a given residual capacity of the battery increased residual range of the boat.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned above, wherein the battery voltage is measured and the maximum current is reduced when the battery voltage falls below a threshold voltage.
  • the invention is based on the recognition that the battery voltage can be used as an indicator of the residual capacity. It has been determined that the battery voltage depends on the one hand on the state of charge of the battery, on the other hand from the current drain. After the charging process, the battery voltage has a maximum value, hereinafter referred to as LadeendLite. As the battery discharges, the battery voltage slowly drops until the voltage collapses. The battery voltage is also dependent on the current drain. The larger the current drawn by the battery, the lower the battery voltage.
  • This dual dependence of the battery voltage on the state of charge of the battery on the one hand, from the current drain on the other hand, is used according to the invention to increase the remaining range of an electric motor boat, the electric motor is powered by a battery.
  • the battery voltage is measured and compared with a predetermined value, hereinafter referred to as the limit voltage. If the current battery voltage falls below the limit voltage, this is an indicator of a low residual capacity of the battery. According to the invention, the electric motor is switched to a more economical driving style in this case.
  • the maximum current drawn from the battery is limited to a maximum current which is lower than the maximum previously drawn from the battery power.
  • the maximum current is again reduced when the limit voltage is undershot again. This can be done several times, so that the electric motor is gradually switched to an ever slower and more economical driving.
  • the inventive method is particularly suitable for controlling electric boat engines that are powered by high-current batteries, especially lithium batteries, most preferably by a lithium-manganese battery.
  • batteries such as lithium manganese batteries
  • batteries are irreversibly damaged if the battery voltage falls below a minimum value. It is therefore advantageous, when falling below a predetermined minimum voltage, to completely interrupt the flow of current from the battery, that is, in particular to switch off the electric boat engine.
  • the minimum voltage is chosen so large that no damage to the battery occur.
  • the lithium-manganese battery is used to power a boat electric motor, in particular for supplying an electronically commutated synchronous motor.
  • the battery After charging, the battery has a final charge voltage of 4.2 V.
  • the rated voltage of the lithium-manganese cells is 3.7 V.
  • the boat engine is initially operated with a charged battery with a maximum current of 1 C, that is, with a battery capacity of for example, 100 Ah, at most a current of 100 A is subtracted.
  • the battery voltage is constantly monitored during engine operation. If the battery voltage falls below a predetermined threshold voltage of 3.0 V, this is an indication that the capacity of the battery will be exhausted in the near future with a constant high current drain. According to the invention, therefore, at this point A, the maximum current to be taken from the battery is limited to 0.1 ° C. This means that the electric motor is switched to a slower but more economical drive.
  • the engine will be switched off for safety reasons to avoid complete discharge and damage to the batteries.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Elektro-Bootsmotors, der von einer Batterie mit Strom versorgt wird, wobei von der Batterie höchstens ein Maximalstrom abgezogen wird, wobei die Batteriespannung gemessen wird und der Maximalstrom verringert wird, wenn die Batteriespannung eine Grenzspannung unterschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Elektro-Bootsmotors, der von einer Batterie mit Strom versorgt wird, wobei von der Batterie höchstens ein Maximalstrom abgezogen wird.
  • Aufgrund strengerer Umweltschutzbestimmungen werden auf Seen und auch im küstennahen Bereich verstärkt Boote mit Elektroantrieben eingesetzt. Gegenüber Verbrennungsmotoren haben diese den Vorteil, geräuscharm zu sein und das Wasser nicht zu verschmutzen, was ansonsten insbesondere bei Zwei-Takt-Verbrennungsmotoren der Fall ist.
  • Die für den Betrieb von Elektromotoren notwendige elektrische Energie wird von Batterien zur Verfügung gestellt. Batterien sind allerdings vergleichsweise groß und schwer, so dass auf dem Boot nur eine begrenzte Anzahl Batterien untergebracht werden kann. Entsprechend wird die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Bootes durch die Kapazität der Batterie begrenzt.
  • Die Restkapazität der Batterie sollte stets so groß sein, dass das Boot noch einen sicheren Anlaufpunkt, beispielsweise einen Hafen, erreicht und nicht manövrierunfähig auf dem Wasser treibt.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Regelung eines Elektro-Bootsmotors aufzuzeigen, welches bei gegebener Restkapazität der Batterie eine erhöhte Restreichweite des Bootes ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Batteriespannung gemessen wird und der Maximalstrom verringert wird, wenn die Batteriespannung eine Grenzspannung unterschreitet.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Batteriespannung als Indikator für die Restkapazität herangezogen werden kann. Es wurde festgestellt, dass die Batteriespannung zum einen vom Ladezustand der Batterie, zum anderen von der Stromentnahme abhängt. Nach dem Ladevorgang besitzt die Batteriespannung einen maximalen Wert, im Folgenden als Ladeendspannung bezeichnet. Mit fortschreitender Entladung der Batterie sinkt die Batteriespannung langsam ab, bis die Spannung zusammenbricht. Die Batteriespannung ist aber auch von der Stromentnahme abhängig. Je größer der von der Batterie abgezogene Strom ist, desto geringer ist die Batteriespannung.
  • Diese zweifache Abhängigkeit der Batteriespannung vom Ladezustand der Batterie einerseits, von der Stromentnahme andererseits, wird erfindungsgemäß zur Erhöhung der Restreichweite eines Elektromotorbootes genutzt, dessen Elektromotor von einer Batterie versorgt wird.
  • Hierzu wird die Batteriespannung gemessen und mit einem vorgegebenen Wert, im Folgenden als Grenzspannung bezeichnet, verglichen. Unterschreitet die aktuelle Batteriespannung die Grenzspannung, so ist dies ein Indikator für eine geringe Restkapazität der Batterie. Erfindungsgemäß wird in diesem Fall der Elektromotor auf eine wirtschaftlichere Fahrweise umgeschaltet. Der maximal von der Batterie abgezogene Strom wird auf einen Maximalstrom begrenzt, welcher niedriger ist als der zuvor maximal von der Batterie abgezogene Strom.
  • Bei geringerer Stromentnahme kann bei gegebener Restkapazität der Batterie eine größere Restreichweite erzielt werden. Der Elektromotor wird wirtschaftlicher betrieben.
  • Von Vorteil wird bei nochmaligem Unterschreiten der Grenzspannung der Maximalstrom wiederum verringert. Dies kann mehrfach erfolgen, so dass der Elektromotor stufenweise in eine immer langsamere und wirtschaftlichere Fahrweise umgeschaltet wird.
  • Es ist auch vorteilhaft, mehrere Grenzspannungen vorzusehen, wobei der Maximalstrom in einer ersten Stufe verringert wird, wenn die Batteriespannung die größte der Grenzspannungen unterschreitet. Die Stromentnahme wird auf diesen neuen Maximalstrom beschränkt, bis die Batteriespannung unter die zweite niedrigere Grenzspannung sinkt. Dann erfolgt eine weitere Reduktion des Maximalstroms.
  • Auf diese Weise wird ein allmähliches und gleichmäßigeres Umschalten von schneller Fahrt auf die wirtschaftlichere, langsamere Fahrt zur optimalen Ausnutzung der Restkapazität der Batterie erreicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Regelung von Elektrobootsmotoren, die von hochstromfähigen Batterien, insbesondere Lithium-Batterien, ganz besonders bevorzugt von einer Lithium-Mangan-Batterie, versorgt werden.
  • Teilweise werden Batterien, beispielsweise Lithium-Mangan-Batterien, irreversibel beschädigt, wenn die Batteriespannung einen Minimalwert unterschreitet. Es ist daher von Vorteil, bei Unterschreiten einer vorgegebenen Minimalspannung den Stromfluss von der Batterie vollständig zu unterbrechen, das heißt, insbesondere den Elektro-Bootsmotor abzuschalten. Die Minimalspannung wird so groß gewählt, dass noch keine Schäden an der Batterie auftreten.
  • Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von dem in der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei zeigt die
    • Figur
    die Abhängigkeit der Batteriespannung von der einer Lithium-Mangan-Batterie entnommenen Ladung.
  • In der Figur ist die Abhängigkeit der Batteriespannung einer Lithium-Mangan-Batterie in Abhängigkeit von deren Ladezustand, das heißt, der entnommenen Ladung, für drei verschiedene Stromentnahmen dargestellt. Die mit "1 C" bezeichnete Kurve zeigt diese Abhängigkeit für den Fall, dass von der Batterie ein solcher Strom abgezogen wird, dass deren Kapazität in einer Stunde erschöpft ist. Die mit "0,1 C" und "0,01 C" gekennzeichneten Kurven zeigen entsprechend den Verlauf der Batteriespannung, wenn ein 0,1-facher beziehungsweise ein 0,01-facher Strom der Batterie entnommen wird.
  • Die Lithium-Mangan-Batterie wird zur Stromversorgung eines Boots-Elektromotors, insbesondere zur Versorgung eines elektronisch kommutierten Synchronmotors, eingesetzt.
  • Nach dem Ladevorgang besitzt die Batterie eine Ladeendspannung von 4,2 V. Die Nennspannung der Lithium-Mangan-Zellen beträgt 3,7 V. Der Bootsmotor wird anfänglich bei geladener Batterie mit einem Maximalstrom von 1 C betrieben, das heißt, bei einer Batteriekapazität von beispielsweise 100 Ah wird höchstens ein Strom von 100 A abgezogen.
  • Die Batteriespannung wird während des Motorbetriebes laufend überwacht. Sinkt die Batteriespannung unter eine vorgegebene Grenzspannung von 3,0 V, so ist das ein Anzeichen dafür, dass die Kapazität der Batterie bei gleichbleibend großer Stromentnahme in Kürze erschöpft sein wird. Erfindungsgemäß wird daher an diesem Punkt A der maximal der Batterie zu entnehmende Strom auf 0,1 C beschränkt. Dies bedeutet, dass der Elektromotor auf eine zwar langsamere, aber wirtschaftlichere Fahrt umgeschaltet wird.
  • Die Kurve "0,1 C" zeigt deutlich, dass bei dieser Betriebsweise der Batterie mehr Ladung entnommen werden kann, bevor die Spannung zusammenbricht. Für das Boot bedeutet dies, dass dieses mit derselben Restkapazität eine größere Restreichweite zurücklegen kann.
  • Unterschreitet die Batteriespannung auch bei dieser bereits gedrosselten Fahrweise die Grenzspannung von 3,0 V, so wird der Maximalstrom nochmals reduziert, im gezeigten Fall auf 0,01 C.
  • Beträgt die Batteriespannung nur noch 2,0 V, so wird der Motor aus Sicherheitsgründen ausgeschaltet, um eine völlige Entladung und Schädigung der Batterien zu vermeiden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Regelung eines Elektro-Bootsmotors, der von einer Batterie mit Strom versorgt wird, wobei von der Batterie höchstens ein Maximalstrom abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriespannung gemessen wird und der Maximalstrom verringert wird, wenn die Batteriespannung eine Grenzspannung unterschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei nochmaligem Unterschreiten der Grenzspannung der Maximalstrom nochmals verringert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Grenzspannungen vorgegeben sind und der Maximalstrom auf einen ersten Maximalwert verringert wird, wenn die Batteriespannung die erste Grenzspannung unterschreitet, und der Maximalstrom auf einen zweiten Maximalwert verringert wird, wenn die Batteriespannung die zweite Grenzspannung unterschreitet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro-Bootsmotor von einer hochstromfähigen Lithium-Batterie mit Strom versorgt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro-Bootsmotor von einer Lithium-Mangan-Batterie mit Strom versorgt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der Batterie kein Strom mehr abgezogen wird, wenn die Batteriespannung eine Minimalspannung unterschreitet.
EP06003968A 2006-01-05 2006-02-27 Verfahren zur Regelung eines Elektro-Bootsmotors Withdrawn EP1806281A1 (de)

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US11/619,382 US20070152626A1 (en) 2006-01-05 2007-01-03 Method for Regulating an Electric Boat Motor
EP07000146A EP1806282A3 (de) 2006-01-05 2007-01-04 Verfahren zur Regelung eines Elektro-Bootsmotors

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DE102006001009 2006-01-05

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