Umsetzung einer Auslesemethode des PWM-Signals bei Elektrofahrzeugen mit analoger Kommunikation

Abstract

Die Herausforderung dieser Generation ist der Kampf gegen den Klimawandel und dessen Auswirkungen, die sich in Form von extremen Wetterereignissen auf der Erde bemerkbar machen. Die Mobilität ist als einer der größten Emittenten von Treibhausgasen stark gefordert, ihre Antriebstechnologie, die sich seit -uber 100 Jahren nicht wesentlich geändert hat, zu überdenken. Der Elektromobilität wird ein großes Potential bescheinigt, doch dass gilt es zu Nutzen und den Menschen näher zu bringen, zu dem dieses Projekt beitragen soll. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Ladestation (Wallbox). Aufbauend auf einer Vorarbeit, welche die Möglichkeiten der Steuerung einer Wallbox zur effizienten Nutzung der Eigenerzeugung elektrischer Energie beim Laden eines Elektrofahrzeugs untersuchte, dient dieses Projekt dazu, den Kreis zwischen Erzeugung, Ladestation und Verbrauch (durch Laden eines Elektrofahrzeuges) zu schließen. Im Endstadium soll dieses System als Laborübung dienen, in der über Einspeisung, Kommunikation bis hin zum Verbrauch verschiedene Szenarien getestet werden können und so den Studenten die wesentlichen Punkte im Gesamtsystem Elektromobilität näher gebracht werden. Als Elektrofahrzeug wird dabei ein Bobby Car verwendet, das mit einem Mikrocontrollerboard ausgestattet ist. Die entsprechende Steuersoftware des Controllers wurde in der Programmiersprache C verfasst und mittels selbst entwickelter Messschaltungen erfolgt eine permanente Überwachung des pulsweitenmodulierten Signals von der Ladestation, um in Echtzeit die Zustände des Ladevorgangs, die durch die Pulsweite und die Amplitude bestimmt werden, zu erfassen. Entsprechende Visualisierungen (Display, Fahrzeugbeleuchtung) ermöglichen die Überwachung der Ladevorgänge. Um das Ladeverhalten möglichst realistisch gestalten zu können, wurde in Simulink ein Batteriemodel mit den Daten eines existierenden Elektrofahrzeugs aus der Praxis implementiert. Als zentrale Bedieneinheit wurde eine grafische Benutzeroberfl-ache in MATLAB erstellt, mit der einerseits steuerndauf das System eingegriffen werden kann und andererseits die Messdaten grafisch aufbereitet werden und so dem Benutzer anschaulich zur Verfügung stehen. Umfassende Auswertemöglichkeiten sind die Basis f-ur eine Protokollierung der Vorgänge bei der späteren Laborübung. Die Kommunikation zwischen Bedieneinheit und Fahrzeug erfolgt über eine Ethernet-Verbindung, welche einen schnellen Informationsaustausch zwischen den Komponenten garantiert. In weiterer Folge werden verschiedene Einflüsse auf das erstellte Batteriemodell untersucht und die Erkenntnisse auf ihre Plausibilität geprüft. Zum Abschluss werden die gewonnenen Erkenntnisse präsentiert und ein Bild über die Elektromobilität der Zukunft gezeichnet.

The main challenge of our generation is the fight against climate change and its global implications, which affect the whole planet. The mobility industry, as one of the biggest emitters of greenhouse gases, must think about drive technology, which has been the same for the last 100 years. Electric mobility shows great potential, but it is very hard to bring the benefits of this technology to the people. To make this possible, this project should be a small step to make electric cars more tangible. The present paper deals with the communication between the electric vehicle and the charging station. Building on the findings of a preliminary work, which investigated the capabilities of controlling a wallbox for an efficient use of self generated electric energy, this project is responsible to close the circle between generation, charging station and usage (charging an electric vehicle). In the final stage, this work should be used as a laboratory tutorial, to give students insights into how the complex topic of electric mobility works. A Bobby-Car, which is equipped with a microcontroller, is used as a model of an electric vehicle. The control software of the controller was written in C and self-developed measuring circuits are responsible for monitoring the pulse width modulated signal from the charging station. This gives a real-time condition monitoring between vehicle and charging station. A Simulink model with the parameters of a battery used in a real electric car was developed to simulate a charging process in the most realistic manner. Appropriate visualization at the vehicle (display, vehicle lighting) allows the observation of the charging process. The central processing unit is a graphic user interface, developed in MATLAB. The main purpose of this panel is to control the whole system and give the user a graphical presentation in charts and graphs of the charging parameters. The analytical possibilities are important for summarizing the results and findings in a laboratory tutorial. Communication between control panel and vehicle takes place via Ethernet, which guarantees a fast information exchange among the components. Various influences on the battery model will be investigated and the plausibility of the results will be checked. Finally the knowledge gained will be presented and the future prospects of electric mobility will be discussed.