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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustands einer wiederaufladbaren Batterie, mit einer elektronischen Zählvorrichtung, deren diesen Ladezustand wiedergebender Zählerstand beim Entladen der Batterie proportional in einer ersten Zählrichtung und beim Aufladen der Batterie In der entgegengesetzten Zählrichtung veränderbar ist,
wobei ein während der Entladung der Batterie in der ersten Zählrichtung der Entladung proportionale Zahlenwerte und während des Ladevorgangs in der anderen Zählrichtung der Aufladung proportionale Zahlenwerte berechnender und diese Zahlenwerte dem Rechnerstand nach Betrag und Richtung zuaddierender Rechner vorgesehen ist
Eine verbreitete Methode zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie ist die Messung der Batteriespannung unter einer definierten Last. In der EP-B-0 188 477 oder der DE-A 38 15 001 ist eine derartige Methode zur Bestimmung des Ladezustands beschrieben, bei der zur Verbesserung der Methode die Kenndaten beim Laden und Entladen einer Batterie erfasst und abgespeichert werden. Diese können dann als Referenzwerte bei späteren Lade- und Entladevorgängen dienen.
Der Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht darin, dass die Bestimmung des Ladezustands abhängig von der Batteriespannung erfolgt, die von Batterie zu Batterie bei gleichem Ladezustand grosse Unterschiede aufweisen kann. Insbesondere bei gasdichten NiCd-Battenen, die eine sehr flache Entladekennlinie aufweisen, sind diese bekannten Verfahren ungenau und kaum einsetzbar.
Aus der DE-A 38 23 038 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustands einer wiederaufladbaren Batterie bekannt. Dort ist ein elektronischer Zähler zur Stromsimulation als Abwärtszähler geschaltet und zählt während des Betriebs eines Verbrauchers von einem Anfangszählerstand aus, auf den der Zähler bei voll geladener Batterie gesetzt wird, abwärts. Der Zählerstand ist dann jeweils ein Mass für den Ladezustand der Battene.
Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht dann, dass Teilladungen der Batterie nicht berücksichtigt werden können. Ebensowenig berücksichtigt werden kann ein gleichzeitiges Laden und Entladen der Batterie, so dass die bekannte Vorrichtung wenig variabel und für die meisten Anwendungen nicht einsetzbar ist.
Die DE-A 2 313 566 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der der Ladezustand der Batterie über Frequenzsignale angezeigt wird, die eine Funktion des Entlade- bzw. Ladestromes sind. Es werden zu den Strömen proportionale Spannungen erzeugt, welche über die Zeit integriert werden und es werden der Höhe des Entladestromes entsprechende, veränderliche Frequenzen erzeugt.
Die FR-A 1-2 534 381 beschreibt eine Anzeigevorrichtung für die Ladung und Entladung einer elektrischen Batterie, wobei entsprechend dem Lade- oder Entladestrom Signale mit entsprechend veränderter Frequenz erzeugt werden, die zur Bestimmung des jeweiligen Ladezustands dienen. Auf diese Weise kann der jeweilige Ladezustand der Batterie proportional dem jeweils geflossenen Lade- bzw. Entladestrom bestimmt werden.
Ebenso handelt es sich bei der US-A-4 803 416 um Schaltungsanordnungen, bei denen der Ladezustand der Batterie über Frequenzsignale angezeigt wird, die eine Funktion des Entlade- bzw. Ladestromes sind.
Bei der eingangs erwähnten Vorrichtung wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass jedem Verbraucher ein Entlade-Zahlenwert zugeordnet ist und sich die Zahlenwerte bei mehreren gleichzeitig eingeschalteten Verbrauchern addieren.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat den Vorteil, dass zum einen die Bestimmung des Ladezustands der Batterie unabhängig von der Batteriespannung erfolgt, so dass sich diese Vorrichtung insbesondere zur Bestimmung des Ladezustands von NiCd-Batterien eignet, und dass zum anderen auch Teilladungen der Batterie durch das Ladegerät berücksichtigt werden können, selbst wenn sie gleichzeitig mit einer Entladung stattfinden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Um die gleichzeitige Registrierung von Lade- und Entladevorgängen sicherzustellen, weist die Zäh) vor- richtung unabhängig voneinander arbeitende Zähleingänge für den Abwärts- und Aufwärtszählvorgang auf.
Insbesondere interne Register eines Mikroprozessors können als Zählvorrichtung dienen. Die Realiserung einer derartigen Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie kann mit einem handelsüblichen Mikrorechner erfolgen, der lediglich ein speziell angepasstes Programm aufweist.
Zur Berücksichtigung der Selbstentladung der Batterie sind in vorteilhafter Weise Mittel zur Erzeugung von zyklisch den Zählerstand verändernden Selbstentlade-Zahlenwerten vorgesehen. Hierdurch werden die tatsächlichen Verhältnisse in einer aufladbaren Batterie noch exakter simuliert. Diese Exaktheit kann noch dadurch gesteigert werden, dass die Selbstentlade-Zahlenwerte temperaturabhängig sind, da die Selbstentla- dung der Batterie von ihrer Temperatur abhängt. Zur Realisierung kann hierzu ein von einem NTC-
Widerstand gesteuerter Zahlenwertgenerator vorgesehen sein.
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Um einen Über- oder Unterlauf des Zählers zu verhindern, die zu unrealistischen Ergebnissen führen würden, sind zwei Zählerstände als Grenzwerte für einen maximalen und einen minimalen Ladezustand der Batterie vorgesehen, wobei Mittel zur Verhinderung des Überschreitens des oberen und des Unterschreiten des unteren Zählerstands vorgesehen sind. Hiedurch erfolgt bei vollem Ladezustand oder im tiefsentladenen Zustand eine ständige Normierung der Vorrichtung.
Die beiden Zählerstände sind zweckmässigerweise der Zählerstand Null und der maximale Zählerstand der Zählvorrichtung, wobei zu addierende Zahlenwerte, die zu Werten ausserhalb der beiden Grenzwerte führen würden, als Rücksetz- und Setzsignale auf jeweils diese Zählerstände ausgebildet sind. Hiedurch kann auf einfache Weise ein Überschreiten der Grenzwerte verhindert werden.
Ein weiteres Mittel zur Korrektur des Zählerstandes bzw. zu seiner Normierung ist eine Spannungsüberwachungsvorrichtung für die Batterie, durch die bei Absinken der Batteriespannung unter einen vorgebbaren Wert die Zäh ! vorrichtung auf den dem minimalen Zustand entsprechenden Zählerstand setzbar ist, vorzugsweise auf den Zählerstand 0.
Zur Wiedergabe des durch Zählersimulation ermittelten Ladezustands der Batterie sind zweckmässiger- weise Mittel zur Erzeugung eines optischen und oder akustischen Warnsignais bei Erreichen eines einen vorgebbaren niedrigen Ladezustand entsprechenden Zählerstands vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich können Mittel zur Wiedergabe des jeweiligen Zählerstands als Anzeigevorrichtung für den Ladezustand der Battene vorgesehen sein. Hiedurch kann kontinuierlich der Ladezustand abgelesen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und m der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Mikrorechner zur Bestimmung des Ladezustands einer wiederaufladbaren Batterie als Ausführungsbeispiel.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Ladegerät 10 mit einer aufladbaren Batterie 11 verbunden, die beispielsweise als NiCd-Batterieblock ausgebildet sein kann. Diese Batterie 11 versorgt zwei Verbraucher 12,13 über zwei Schalter 14,15. Bei dieser Anordnung kann es sich beispielsweise um einen batteriebetriebenen Handscheinwerfer oder ein batteriebetriebenes Elektrowerkzeug handeln. Die beiden Verbraucher 12,13 sind bei einer derartigen Anwendung als Glühlampen unterschiedlicher Stärke und/oder als Elektromotoren ausgebildet, insbesondere als Elektromotoren mit unterschiedlichen Leistunganschlüssen. In einer einfacheren Ausführung kann selbstverständlich auch nur ein einziger Verbraucher 12 bzw. 13 vorgesehen sein, oder es können noch weitere zusätzliche Verbraucher zugeschaltet werden.
In einem Mikrocomputer 25 werden die Zählerstände von internen Registern beim Laden der Batterie entsprechend dem Ladestrom erhöht bzw. bei der Entladung entsprechend verringert. Durch das Programm des Mikrorechners 25 werden periodisch Zahlenwerte ermittelt, die dem Lade- bzw. Entladestrom über eine gewisse Zeitperiode entsprechen. Diese Zahlenwerte werden dann dem Registerstand zuaddiert bzw von diesem abgezogen.
Durch die beschriebene Vorrichtung wird der Lade- und Entladevorgang der Batterie 11 mittels des Mikrocomputers simuliert. Der Zählerstand ist dabei jeweils ein Mass für den Ladezustand der Batterie 11.
Während des Ladevorgangs werden periodisch dem Ladestrom entsprechende Zahlenwerte errechnet und addiert, während beim Einschalten der Verbraucher 12, 13 dem Entladestrom entsprechende Zahlenwerte errechnet und subtrahiert werden. Auch wenn kein Verbraucher eingeschaltet ist, werden ständig Selbstentlade-Zahlenwerte subtrahiert, die der Selbstentladung der Batterie entsprechen. Diese SelbstentladeZahlenwerte sind-wie die Selbstentladung der Batterie - von der Temperatur abhängig. Bei gleichzeitig ablaufenden Lade- und Entladevorgang werden entsprechende Zahlenwerte addiert und subtrahiert.
Es ist selbstverständlich auch möglich, in umgekehrter Weise bei der Entladung zu addieren und bei der Aufladung zu subtrahieren. In diesem Falle entspricht ein niedriger Zählerstand einem hohen Ladezustand und umgekehrt. Die so erhaltenen Registerstände können dann wiederum über die Auswerteschaltung 20 wiedergegeben werden, durch die der jeweilige Zählerstand in Form von Zahlenwerten auf einem Display 21 wiedergegeben wird. Die optische Wiedergabe kann selbstverständlich auch durch einen analogen Zeiger, durch ein Leuchtband oder dgl. erfolgen. Die jeweiligen Zählerstände werden beispielsweise durch Zahlen zwischen 0 und 100 wiedergegeben, um den prozentualen Ladezustand anzuzeigen.
EMI2.1
angesteuert, um anzuzeigen, dass die Batterie einen kritischen niedrigen Ladezustand erreicht hat.
Selbstver- ständlich ist auch ein inverser Betrieb der Leuchte 22 möglich, d. h., sie wird dann eingeschaltet, wenn die Batterie noch einen guten bis befriedigenden Ladezustand aufweist. Eine Kombination von Leuchten ist ebenfalls möglich, wobei dann eine Leuchte einen ausreichenden Ladezustand und eine andere Leuchte einen unzureichenden Ladezustand wiedergibt.
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In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann eine Leuchtdiode 22 auch direkt von einem entsprechenden Steuerausgang des Mikrorechners 25 ein- und ausgeschaltet werden. Alternative oder zusätzlich sind auch akustische Warnvorrichtungen möglich.
Entsprechende Mittel zur Simulation der Selbstentladung der Batterie sind selbstverständlich ebenfalls im Mikrorechner 25 enthalten, um dort die Registerstände kontinuierlich bzw. stufenweise zu verringern. Eine Abhängigkeit von der Batterietemperatur kann ebenfalls vorgesehen werden. Auch eine Spannungs- überwachung kann vorgesehen sein. Ein Überschreiten des höchsten und ein Unterschreiten des niedrigsten Registerstandes kann durch geeignete Programmierung des Mikrorechners 25 verhindert werden.