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Vorrichtung zum Messen des Lade-und Entladezustandes einer elektrischen Sammlerbatterie.
Es ist bekannt, den Ladezustand einer Sammlerbatterie durch Messung ihrer Klemmenspannung zu bestimmen ; jedoch setzt dieses Verfahren die Einhaltung einer konstanten Stromstärke bei Ladung und Entladung voraus. Bei wechselnden Stromstärken würden die Angaben des Spannungsmessers üblicher Ausführung und Schaltung keinen sicheren Schluss auf den Ladezustand ziehen lassen.
Für die Messung des Ladezustandes bei wechselnden Lade-und Entladestromstärken sind auch schon Messeinrichtungen vorgeschlagen worden mit Spannungsmessern, welche ausser der Spannungswicklung mit einer zusätzlichen Stromwicklung versehen waren. Diese Einrichtungen haben daher den Nachteil, dass man besondere Spezialkonstruktionen für den Spannungsmesser benutzen muss. Demgegenüber besitzt die Vorrichtung nach der Erfindung den besonderen Vorteil, gewöhnliche spannungsanzeigende Messinstrumente benutzen zu können, wie dies weiter unten noch näher dargelegt wird.
Die Erfindung befasst sich nun mit derartigen Schaltungen eines Spannungsmessers, die ohne Rücksicht auf die augenblicklich herrschende Stromstärke einen sicheren Schluss auf den Zustand der Batterie gestatten, ohne dass eine vom Lade-oder Entladestrom durchflossene zusätzliche Spule verwendet zu werden braucht. Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Feststellung des Betriebszustandes, insbesondere des jeweiligen Lade-und Entladezustandes, einer Sammlerbatterie unter Verwendung eines Spannungsmessers mit einer Kompensierungsschaltung für die durch den scheinbaren inneren Widerstand der Batterie verursachten Abweichungen der Klemmenspannung von der theoretischen bei der Stromstärke 0 herrschenden elektromotorischen Kraft der Batterie.
Die Erfindung besteht darin, dass im Stromkreis die Spule des Spannungsmessers so geschaltet ist, dass ausser dem normalen Spannungsmessstrom auch ein Teil des Lade-oder Entladestromes durch die Spule des Spannungsmessers fliesst.
Infolge dieses zusätzlich durch das Instrument fliessenden Messstromes zeigt der Spannungsmesser einen Spannungswert an, der bei Entladung der Batterie höher ist als die wirkliche Spannung an den Klemmen des Spannungsmessers, u. zw. um so viel höher wie der durch den scheinbaren inneren Widerstand in der Batterie hervorgerufene Spannungsabfall beträgt. Es wird hiedurch gleichsam eine vom jeweiligen Entladestrom unabhängige elektromotorische Kraft der Batterie gemessen, welche im Laufe der Entladung stetig auf einen bestimmten Endwert abnimmt.
Da jedoch der innere Widerstand der Batterie im Laufe der Entladung ansteigt, so ist die Kompensation, wenn sie bei Beginn der Entladung richtig eingestellt war, am Ende der Entladung nicht mehr vollständig, d. h. am Ende der Entladung zeigt sich, dass auch beim kompensierten Instrument kein konstanter Spannungswert angezeigt wird, sondern bei grösseren Strömen ein Spannungsabfall auftritt. Dieser Spannungsabfall liegt jedoch durchaus im Sinne des kapazitiven Verhaltens der Batterie und hält sich praktisch in den Grenzen der tatsächlichen prozentualen Kapazitätsänderung.
Die Zeichnungen zeigen Schaltbilder mehrerer Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung.
Nach Fig. 1 wird ein Spannungsmesser S benutzt, der mit einer einzigen Wicklung m und dem ihr vorgeschalteten Widerstand r an den Batterieklemmen liegt. Die Kompensierung erfolgt durch den vom Wehr abgezweigten und durch den Regelwiderstand v gehenden Strom, welcher die Wicklung m durchfliesst und bei der Ladung den von der Klemmenspannung herrührenden Messstrom schwächt, bei der Entladung verstärkt.
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Für den durch die Spule des Spannungsmessers fliessenden Messstrom, der ein Mass für den Ausschlag des Spannungsmessers ist, gilt die Gleichung
EMI2.1
worin K die Batteriespannung, gemessen an den Klemmen des Spannungsmessers, J der Entladestrom bzw. mit negativem Vorzeichen der Ladestrom und die übrigen Buchstaben die Widerstandswerte der zugehörigen Widerstände in Ohm bedeuten.
Nun kann die Klemmenspannung K der Batterie durch die Gleichung
EMI2.2
ersetzt werden, worin E die kompensierte Spannung bei dem theoretisch herrschenden Strom 0 und Ri den scheinbaren inneren Widerstand bezeichnet. Die Gleichung für den Messinstrumentenstrom i kann dann in vereinfachter Form geschrieben werden : i = (E - J. Ri + J. 0) : 01, In dieser Gleichung sind C und 01 Konstante, welche durch die Auslegung der Widerstände gegeben sind. Aus dieser Gleichung geht ohne weiteres hervor, dass man diese Widerstandswerte nur so auszulegen braucht, dass die Grösse C gleich dem scheinbaren Widerstand Ri wird, dann erhält man einen Messstrom, welcher unabhängig von der Entladestromstärke ist.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher das Drehmoment des Messinstrumentes bei geladener und entladener Batterie zwischen 0 und dem Höchstwert schwankt. Sie besteht aus dem Wehr w, dem Messinstrument S mit der Spule m, dem Variator q und den Widerständen e, < jf, von denen zwei beliebige, z. B. e und g, regelbar sind. Die Verbindungen sind aus der Zeichnung ersichtlich.
Die Gleichung für diese Schaltung ist im Prinzip ähnlich der Schaltung für Fig. 1. Sie hat die allgemeine Form : = -J. Ri + J. C-CJ : Ca.
Die Schaltungen nach der Erfindung können durch Öffnen und Schliessen einer oder mehrerer Verbindungen mittels Schalter wahlweise auch zur Messung der Stromstärke oder der augenblicklichen Klemmenspannung herangezogen werden.
Die beschriebenen Vorrichtungen können auch zur Betätigung von Relais benutzt werden, welche optische oder akustische Signale geben oder von dem Ladezustand der Batterie bedingte Schaltmanöver bewirken.
Aus den angeführten Gleichungen geht hervor, dass-wie erwähnt-die Kompensation darin besteht, die Widerstände so abzugleichen, dass der scheinbare innere Widerstand der Batterie bei der Spannungsanzeige ausgeglichen wird. Wenn sich nun betriebsmässig in die Zuleitungen oder in die Batterie (durch Sulfation) zusätzliche Widerstände einschleichen, so wird die Kompensation gestört. Wenn also beispielsweise das Instrument am Anfang der Entladung so kompensiert war, dass unabhängig von der Entladestromstärke immer der gleiche Ausschlag erzielt wird, so ist dies bei Auftreten zusätzlicher Widerstände nicht mehr der Fall. Der Ausschlag fängt also auch bei Beginn der Entladung an, sich ähnlich wie ein nichtkompensiertes Instrument sprungweise zu ändern, wenn verschieden hohe Ströme eingeschaltet werden.
Ein derartiges Verhalten eines kompensierten Spannungsmessers zeigt an, dass in der Batterie oder in der Zuleitung zusätzliche Widerstände aufgetreten sind. Dadurch, dass der kompensierte Spannungsmesser derartige Fehler zu erkennen gibt, wird sein Anwendungsbereich erheblich erweitert.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Feststellung des Betriebszustandes, insbesondere des jeweiligen Lade-und
Entladezustandes, einer elektrischen Sammlerbatterie unter Verwendung eines Spannungsmessers mit einer Kompensierungsschaltung für die durch den scheinbaren inneren Widerstand der Batterie verursachen Abweichungen der Klemmenspannung von der bei der Stromstärke 0 theoretisch herrschenden
Batteriespannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule des Spannungsmessers so in den Stromkreis geschaltet ist, dass ausser dem normalen Spannungsmessstrom auch ein Teil des Lade-oder Entlade- stromes durch die Spule des Spannungsmessers fliesst.