Wie funktioniert die Restreichweiten-Berechnung?

[wiewennzefliechs]

Hallo,

zu meinem Roller gibt es eine App, die u. a. die Restreichweite anzeigt. Die dafür nötigen Daten bekommt sie vom Controller geliefert.

Meinen Roller kann man wahlweise mit einem oder mit zwei Akkus betreiben. Es gibt die Akkus mit unterschiedlicher Kapazität (28 Ah bzw. 37 Ah mit 50 bzw. 65 km Reichweite), ich habe Akkus mit 37 Ah. Beim Betrieb mit zwei Akkus werden diese gleichzeitig angeschlossen und parallelgeschaltet, d. h. die Akku-Kapazität verdoppelt sich. Der Controller bekommt aber von der Parallelschaltung nichts mit. Die erfolgt nämlich in einem dem Controller vorgeschalteten, sog. Stromverteiler. Von diesem Stromverteiler fließt dann Gleichstrom weiter zum Controller. Spannung und Strom sind dabei unabhängig von der Anzahl und der Kapazität der angeschlossenen Akkus. Trotzdem erkennt die Restreichweiten-Anzeige offenbar automatisch die verfügbare Gesamt-Kapazität, man muss da nichts manuell umschalten.

Was ich allerdings noch nicht ausprobiert habe, ist die Restreichweiten-Anzeige noch vor Fahrtantritt mit vollgeladenen Akkus. Ich habe die Anzeige bisher immer nur unterwegs genutzt, nachdem ich schon ein paar km gefahren war. Da waren die Werte durchaus plausibel, und zwar sowohl mit einem als auch mit zwei Akkus. Wirklich überprüft habe ich die Werte allerdings nicht, d. h. ich habe meine Akkus noch nie komplett leergefahren.

Nun meine Frage: auf welcher Basis ermittelt der Controller bzw. die App die Restreichweite? Wird da einfach anhand der Akku-Spannung (Leerlauf bzw. unter Last) die Rest-Energiemenge im Akku ermittelt und dann damit und anhand des Verbrauchs auf der vorher gefahrenen Strecke die Restreichweite berechnet? Oder gibt es noch andere Verfahren? Und: wie verlässlich ist so eine Anzeige?

Gruß

Michael

[didithekid]

Hallo Michael,

ich denke, dass Du da mit deinem EMCO-Roller in der komfortablen Position bis, dass jeder der beiden Akkus in seinem BMS die noch vorhandenen Ampère-Stunden selbst bestimmt, in dem geladene und entladene Ampère gemessen werden. Auch das ist zeitweise eine Schätzung, aber relativ genau, wenn der Akku regelmäßig in Betrieb ist. Sind die Akkus im Fahrzeug eingesteckt, wir der Wert über die Vielfach-Steckverbindung ans Fahrzeug übertragen und damit kann dann die km-Restreichweite berechnet werden.
Inwieweit Fahrweise/aktueller (tatsächlicher) Stromverbrauch bei EMCO in die Berechnung mit einfließt, kann ich dir nicht sagen.
Aber auch ohne das, wird es zwischenduch Sprünge bei den Rest-Kilometern geben können (2 Kilometer gefahren aber 5 Kilometer der Rest-Anzeige weg), wenn das BMS den Schätzwert mal anhand neuer Messung korrigiert. Insbesondere wenn der Akku längere Zeit nicht in Betrieb war. Gegenüber Anzeigeinstrumenten billiger E-Roller, die nur die Akkuspannung auswerten, trotzdem ein riesen Fortschritt.

Viele Grüße

Didi

[wiewennzefliechs]

Hallo Didi,

ja, es könnte sein, dass es eine Kommunikation zwischen BMS und Controller gibt. Der Emerge-Controller in meinem Nova unterstützt CAN und die Akku-Anschlussstecker sind 7-polig (womit genug Pole für Daten vorhanden sind). Es ist auch möglich, dass das BMS in den Cleantron-Akkus CAN unterstützt, allerdings habe ich bisher keine Bestätigung dafür gefunden. Die Akkus funktionieren jedenfalls problemlos auch ohne CAN-Kommunikation, denn ich konnte sie auch in meinem Emco Novantic verwenden, in dem ein Controller verbaut ist, der CAN nicht unterstützt. Die Akkus ließen sich auch mit einem nicht CAN-fähigen Ladegerät laden.

Außerdem gibt es bei Emco-Rollern noch den Stromverteiler/Balancer, mit dem sich 2 Akkus parallelschalten lassen. Eine Kommunikation zwischen den Akkus (bzw. deren BMS) muss über diesen Stromverteiler laufen, denn es gibt keine andere Verbindung zwischen den Akkus und dem Controller. Damit das funktioniert, muss der Balancer außerdem in der Lage sein, zwei CAN-Busteilnehmer (nämlich 2 Akkus) mit einem dritten (nämlich dem Controller) zu verbinden. Allerdings sieht der Balancer im Emco Nova (Teil Nr. 9 in der Skizze) genauso aus wie der im Emco Novantic (Teil Nr. 8 in der Skizze). Weil es im Novantic keine CAN-Kommunikation gibt, muss der Balancer dort auch nicht CAN-fähig sein. Ich halte es daher für möglich, dass auch der Balancer im Nova den CAN-Bus nicht durchschleift. Wenn das zutrifft, könnten Akku-BMS und Controller auch bei meinem Nova nicht miteinander "reden".

Für eine CAN-Bus-Kommunikation spricht allerdings, dass der Controller offenbar jederzeit weiß, wie viele Akkus angeschlossen sind und welche Kapazität die Akkus haben. Heute habe ich zum ersten Mal in der App die Restreichweite abgelesen, unmittelbar nachdem ich zwei vollgeladene Akkus in den Roller eingesetzt habe und bevor ich auch nur einen Meter gefahren bin. Die App zeigte mir eine Restreichweite an, die ziemlich genau mit der Reichweite übereinstimmte, die Emco für 2 Akkus angibt. Der Controller wusste also, dass ich 2 Akkus eingesetzt hatte und dass es sich dabei um zwei vollgeladene 37-Ah-Akkus handelte, und das noch bevor ich gefahren bin und Strom verbraucht habe. Sowas kann eigentlich nur per CAN-Bus-Kommunikation funktionieren.

Es bleibt rätselhaft...

Gruß

Michael

[didithekid]

Hallo Michael,

die Kommunikationsverbindung kann aber natürlich durch das Dual-Batterie-System (was EMCO offenbar Ballancer nennt) auch einfach durchlaufen. In der Regel hängt die Tacho/Display-Einheit mit am Kommunikations-Bus dran und erzeugt die Anzeige der Rest-Kilometer selbst (ohne den Controller).Ob das beim EMCO genauso ist, weiß ich aber nicht.
Zur Kommunikation zwischen Display und Motor-Controller (Anzeige von Fehlfunktionen, Fahrstufe, Fahrbereitschaft) und dem Akku-BMS gibt es verschiedene Möglichkeiten des Komminukations-Protokolls: CAN, LIN/one wire, RS485. Nicht jede Information muss über CAN laufen, wenn das Fahrzeug CAN-Bus-Komponenten enthält. Viele BMS kommunizieren über RS485 und einige inzwischen auch "wireless" per Bluetooth/NFC.

Viele Grüße
Didi

[wiewennzefliechs]

Hallo Didi,

ja, man kann den CAN-Bus einfach durch den Balancer durchschleifen. Leider kann ich nicht nachprüfen, ob das tatsächlich gemacht wird, denn der Balancer ist vergossen und einen Schaltplan gibt Emco noch nicht einmal an Händler heraus. Tatsache ist, dass Emco-Roller auch ganz ohne CAN-Kommunikation funktionieren, denn es gab bzw. gibt Emco-Roller, bei denen der Controller und die Akkus CAN nicht unterstützen, die aber trotzdem ohne Funktionseinschränkung laufen.

Ich bezweifle allerdings, dass das Display mit dem Controller kommuniziert. Das Display zeigt zwar die aktuelle Geschwindigkeit, den Akku-Ladestand, den Kilometerzähler (gesamt und Tageskilometer) sowie die Batteriespannung an. Allerdings sind die im Display angezeigten Werte andere als die, die man per Smartphone-App (Bluetooth) direkt aus dem Controller abrufen kann. Daraus schließe ich, dass das Display seine Daten nicht vom Controller bekommt, sondern separat aus der Roller-Elektrik abgreift.

Diagnose-Daten liefert das Display gar nicht, auch die Restreichweite wird dort nicht angezeigt. Solche Informationen bekommt man nur über die App. Und die holt sich die Daten wie geschrieben per Bluetooth aus dem Controller.

Gruß

Michael

[E-Bik Andi]

Diese ganzen Restreichweitenberechnungen sind komplett für die Katz´, da weder Umgebungstemperatur, Topographie, Windbedingungen noch Routenbedingte Umleitungen eingerechnet sind. Sowas machen gute E-Fahrzeuge bei der Routenplanung z.B.
Der Dreisatz, Erfahrung mit seinem Verbrauch bei diesen variablen Bedingungen usw. werden die E-Kleinzweirad-Fahrer noch nicht umgehen können.
Verbrauch/ Reichweite ist von diesen genannten Faktoren abhängig. Die Glaskugel auf dem Lenker kann auch nicht weniger als ne Reichweitenanzeige ohne Berücksichtigung dieser Variablen

[wiewennzefliechs]

Für die Katz' wäre die Berechnung nur dann, wenn sie auf Grundlage fest vorgegebener Daten für Akku-Kapazität und Verbrauch ermittelt wird, denn diese Daten sind nicht konstant, sondern hängen von verschiedenen, variablen Parametern ab. Wird die Restreichweite aber anhand des tatsächlichen, laufend gemessenen Verbrauchs und anhand tatsächlicher Akku-Werte (d. h. unter Berücksichtigung von Kapazitäts-Abweichungen durch Temperatur, Entladestrom oder Akku-Verschleiß) ermittelt, ist sie durchaus brauchbar. Bei meinem Roller scheint auch genau das der Fall zu sein, denn die Gesamt-Reichweite (also die Summe aus gefahrener Strecke + Restreichweite) ändert sich laufend. Fahre ich gemäßigt und vorausschauend, bleibt diese Summe während der Fahrt weitgehend konstant. Fahre ich wie die gesengte Sau, nimmt die Gesamt-Reichweite stetig ab. So eine laufende Korrektur geht nur, wenn die Berechnung nicht auf festen Werten basiert, sondern Parameter wie Akku-Restkapazität und Verbrauch immer wieder neu gemessen werden. Dann fließen automatisch auch die Temperatur, der Wind, die Fahrweise und die Topographie in die Berechnung ein. Und Umleitungs-Kilometer sind erstmal ganz normale Kilometer, die man auch fahren muss. Sie vermasseln einem zwar eine Routenplanung, aber nicht die Genauigkeit der Restreichweiten-Anzeige.

Für mich persönlich ist die Rest- oder auch die Gesamtreichweite eher weniger für eine Routenplanung interessant. Alle für mich relevanten Strecken sind deutlich kürzer als die Reichweite meines Rollers (max. 130 km lt. Hersteller), ich muss mir keine Gedanken machen, ob ich unterwegs nachladen muss oder gar liegen bleibe. Mich interessiert die Reichweite aus einem ganz anderen Grund, nämlich weil sie Rückschlüsse auf den Akku-Zustand zulässt. Solange sich Abweichungen der Gesamt-Reichweite von den Hersteller-Angaben mit Temperatur, Topographie oder Fahrweise erklären lassen, ist alles ok und ich muss mir keine Sorgen um die Akkus machen.

Gruß

Michael

[E-Bik Andi]

Eben genau darum ist es ja nur analog zu einer Spannungsanzeige zu werten...ob da km stehen oder V ist völlig unerheblich Was bringt ne Restweitenanzeige die noch 15km angibt und anschließend ein Berg kommt, wo man auf 1km "mal schnell" 5 Restkilometer einbüßt, die man vorher nicht auf dem Schirm hatte, weil unbekannte Strecke?
Ich weiß aus Erfahrung was noch geht, wenn ich unter Volllast noch bestimmte Volt habe und in welchem Bereich ich mich bewegen sollte um noch anzukommen. Die angezeigten "Restkilometer" sind also nicht mehr Wert als eine Voltanzeige ohne ständiger Berechnung der Parameter.

[wiewennzefliechs]

Eben genau darum ist es ja nur analog zu einer Spannungsanzeige zu werten...ob da km stehen oder V ist völlig unerheblich

Die Restreichweiten-Anzeige ist aussagekräftiger als eine Spannungsanzeige. Letztere ändert sich z. B. jedes Mal, wenn man beschleunigt oder "Gas" wegnimmt. Die Restreichweiten-Anzeige bleibt dagegen weitgehend konstant und wenn sich die Bedingungen bis zum Fahrziel nicht wesentlich ändern, stimmt sie auch noch einigermaßen.

Davon abgesehen, kann ich die Restreichweite zumindest bei meinem Roller ohnehin nicht während der Fahrt ablesen, ich sei denn, ich klemme das Smartphone an den Lenker. Wie geschrieben, benutze ich die Anzeige aber weniger für die Routenplanung und eher als Akku-Diagnosetool. Dafür reicht es, wenn ich bei einem Zwischenstopp mal kurz das Handy raushole und die Restreichweite checke. Wenn ich dann noch die bereits zurückgelegte Strecke dazuzähle und sich das Ergebnis einigermaßen plausibel mit der theoretischen Maximalreichweite in Einklang bringen lässt, weiß ich, dass es meinen Akkus gut geht.

Was bringt ne Restweitenanzeige die noch 15km angibt und anschließend ein Berg kommt, wo man auf 1km "mal schnell" 5 Restkilometer einbüßt, die man vorher nicht auf dem Schirm hatte, weil unbekannte Strecke?

Nix. Allerdings bringt es was, wenn man dafür sorgt, dass man gar nicht erst in diese Situation kommt. Bei satten 130 km Reichweite (für einen 45er Roller ist das relativ viel) würde ich gar nicht erst eine Fahrt planen, die über 2/3 der Reichweite gehen würde. Glücklicherweise muss ich das auch nicht, denn mit 2/3 von 130 km (= 87 km) komme ich, wenn's sein muss, einmal quer durch Berlin und wieder zurück. Und falls doch mal ein unvorhergesehener Berg (in Berlin eher unwahrscheinlich) oder eine Umleitung kommt: bei 130 km Reichweite bleiben mir nach 87 km immer noch 43 km, bevor ich tatsächlich mit leerem Akku liegen bleibe. Das reicht für noch ein drittes Mal quer durch Berlin. So verlieren Berge und Umleitungen ganz schnell ihren Schrecken.

Apropos Berg: natürlich braucht man zum Hochfahren mehr Energie als in der Ebene. Dafür braucht man aber zum Runterfahren fast nix oder bekommt sogar Energie zurück, falls der Roller rekuperieren kann. Falls also der Akku nicht gerade während der Bergfahrt leer werden sollte, wird man hinter dem Berg feststellen, dass man doch noch ungefähr so weit gekommen ist, wie es die Restreichweiten-Anzeige vor dem Berg angezeigt hat.

Ich weiß aus Erfahrung was noch geht, wenn ich unter Volllast noch bestimmte Volt habe und in welchem Bereich ich mich bewegen sollte um noch anzukommen. Die angezeigten "Restkilometer" sind also nicht mehr Wert als eine Voltanzeige ohne ständiger Berechnung der Parameter.

Das stimmt zwar, aber deine Erfahrung ist dann auch nicht genauer als eine Restreichweiten-Anzeige. Steigungsstrecken, die du nicht auf dem Schirm hattest, weil du in unbekanntem Gelände unterwegs bist, machen eine Restkilometer-Berechnung im Kopf genauso kaputt wie eine elektronische Berechnung.

Gruß

Michael