DE10119595A1

DE10119595A1 - Verfahren zum Betreiben eines Verbrauchers an einer Batterie

Info

Publication number: DE10119595A1
Application number: DE10119595A
Authority: DE
Inventors: Torsten Klemm
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 2001-04-21
Filing date: 2001-04-21
Publication date: 2002-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrauchers an einer Batterie, bei dem der Verbraucher noch möglichst lange weiterbetrieben werden kann, auch wenn die Batteriespannung durch Entladung oder tiefe Temperatur bereits auf eine im Vergleich zu ihrer Nominalspannung geringe Restspannung abgesunken ist. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Verbraucher dann nur noch mit Spannungsimpulsen betrieben wird, deren Länge oder Tastverhältnis mit zunehmender Entladung der Batterie so geregelt wird, daß die Amplitude der Spannung am Verbraucher oder die Amplitude der Batteriespannung unter der Last konstant bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrauchers an einer Batterie, insbesondere wenn deren Spannung durch Entladung oder tiefe Temperatur bereits auf einen unteren Grenzwert abgesunken ist.

Aus der US 4,499,525 ist eine batteriebetriebene Taschenlampe mit einer elektro nischen Schaltung bekannt, durch die einer Glühlampe Spannungsimpulse zugeführt werden können, deren Amplitude durch die Batteriespannung bestimmt ist, und deren Länge mit zunehmender Entladung der Batterie, d. h. abnehmender Batteriespannung, so vergrößert wird, daß die Leistung der Glühlampe konstant bleibt. Dabei wird vorausge setzt, daß die Nominalspannung der Batterie etwa doppelt so groß ist wie die Betriebs spannung der Glühlampe. Wenn die Batteriespannung bis auf die Betriebsspannung der Glühlampe abgesunken ist, wird die Glühlampe nicht mehr mit Spannungsimpulsen sondern mit Gleichspannung betrieben, wobei sich dann aber die Leistung der Glühlampe mit noch weiter abnehmender Batteriespannung entsprechend verringert.

Aus der DE 43 27 767 ist eine batteriebetriebene Taschenlampe mit einer elektro nischen Schaltung bekannt, durch die die Spannung an der Glühlampe auf die Nenn spannung der Glühlampe begrenzt wird und deren Leistung konstant gehalten werden kann, obwohl sich die Spannung der Batterie mit zunehmender Entladung verringert. Wenn die Batteriespannung einen unteren Grenzwert erreicht hat, wird die Glühlampe abgeschaltet, um eine Tiefentladung der Batterie zu verhindern.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Ver brauchers an einer Batterie anzugeben, bei dem der Verbraucher noch möglichst lange weiterbetrieben werden kann, auch wenn die Batteriespannung durch Entladung oder tiefe Temperatur bereits auf eine im Vergleich zu ihrer Nominalspannung geringe Rest spannung abgesunken ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mit einer an sich bekannten Schaltungsanordnung realisiert werden, bei der ein Verbraucher über einen elektro nischen Schalter mit einer Batterie verbunden ist, wobei der elektronische Schalter von einer Steuereinrichtung betätigt wird, die außerdem die Amplitude der Spannung am Verbraucher oder die Amplitude der Batteriespannung unter Last mißt. Im Gegensatz zu dem aus der DE 43 27 767 bekannten Verfahren wird allerdings der Verbraucher nicht abgeschaltet, wenn die Batteriespannung auf einen ersten unteren Grenzwert abgesun ken ist, sondern erfindungsgemäß weiterversorgt, indem er zwar nicht mehr ununter brochen sondern nur noch mit Spannungsimpulsen betrieben wird, deren Länge oder Tastverhältnis von der Steuereinrichtung so geregelt wird, daß die Amplitude der Spannung am Verbraucher oder die Amplitude der Batteriespannung unter Last konstant bleibt. Bei einer Verkleinerung des Tastverhältnisses verringert sich allerdings die vom Verbraucher aufgenommene Leistung und der zeitliche Mittelwert der Spannung am Verbraucher. Gleichzeitig erhöht sich aber der zeitliche Mittelwert der Batteriespannung, der sich aus der Amplitude der Batteriespannung unter Last, d. h. während der Dauer der Spannungsimpulse, und der im Vergleich dazu höheren Leerlaufspannung der Batterie während der Impulspausen zusammensetzt. Wenn die vom Verbraucher aufgenommene Leistung eine Mindestleistung unterschreitet, die einem bestimmten Mindesttastverhält nis oder, bei gegebener Länge der Impulspausen, einer Mindestlänge der Spannungs impulse entspricht, wird der Verbraucher vorzugsweise bei konstantem Tastverhältnis, nämlich dem Mindesttastverhältnis, oder einem wie oben geregelten Tastverhältnis so lange weiter betrieben, bis die Batteriespannung einen zweiten unteren Grenzwert erreicht hat, und dann abgeschaltet. Der Verbraucher kann aber natürlich auch dann schon abgeschaltet werden, wenn das Mindesttastverhältnis erreicht wurde. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß ein für den Betrieb der Steuereinrichtung erforderlicher Minimalwert der Batteriespannung nicht unterschritten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit einerseits den Vorteil, daß die in einer Batterie gespeicherte Energie fast vollständig entnommen und dem Verbraucher zu geführt werden kann. Andererseits kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Verbraucher aber überraschenderweise auch dann noch betrieben werden, wenn auf grund tiefer Temperaturen die Batteriespannung auf den ersten unteren Grenzwert abgesunken ist, obwohl die Batterie praktisch noch voll geladen ist, wie nachfolgend erläutert wird:
Wie bereits oben beschrieben ist, wird erfindungsgemäß der Verbraucher nicht abge schaltet, wenn die Batteriespannung auf einen ersten unteren Grenzwert abgesunken ist, sondern mit Spannungsimpulsen weiterversorgt, wobei die Amplitude der Spannung am Verbraucher oder die Amplitude der Batteriespannung bei angeschlossenem Ver braucher, d. h. unter Last, auf einen konstanten Wert geregelt wird. Der während dieser Spannungsimpulse fließende Strom erwärmt die Batterie wegen ihres Innenwiderstands. Mit zunehmender Erwärmung der Batterie erhöht sich aber die Batteriespannung. Bei ausreichend großem Strom und genügend geladener Batterie führt daher das Regeln nach einiger Zeit wieder zu einer Vergrößerung des Tastverhältnisses, ohne daß zuvor die vom Verbraucher aufgenommene Mindestleistung unterschritten wurde, die ggfs. zu einem Abschalten des Verbrauchers geführt hätte. Dies kann sogar so weit gehen, daß der Verbraucher nicht mehr mit Spannungsimpulsen sondern wieder ununterbrochen mit Spannung versorgt wird, d. h. das Tastverhältnis wieder den Wert 1 (100%) annimmt. Hat das Tastverhältnis d den Wert 1 erreicht, braucht die Amplitude der Spannung am Verbraucher oder die Amplitude der Batteriespannung bei angeschlossenem Verbrau cher, d. h. unter Last, nicht mehr geregelt zu werden; es kann dann aber beispielsweise in an sich bekannter Weise der zeitliche Mittelwert der Spannung am Verbraucher oder an der Batterie geregelt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Schaltungs anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Ablaufdia gramms des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Weitere Ausgestaltungen sind in der Beschreibung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält einen Verbraucher L, der über einen elektronischen Schalter S mit einer Batterie B verbunden ist. Der elektronische Schalter S ist mit einer Steuereinrichtung C verbunden, die von der Batterie B versorgt wird. Die Steuereinrichtung C enthält an sich bekannte Mittel zur Messung der Batteriespannung, wobei beim erfindungsgemäßen Verfahren die Messung der Batteriespannung U_Batt immer nur bei geschlossenem Schalter S erfolgt. Der Verbraucher L kann mit Gleichstrom bzw. Gleichspannung versorgt werden, solange die Batteriespannung U_Batt größer ist als ein erster unterer Grenzwert U_Batt,min, indem die Steuereinrichtung C den elektronischen Schalter S einschaltet. Sinkt die Batterie spannung U_Batt auf den ersten unteren Grenzwert U_Batt,min oder darunter ab, wird der Verbraucher L erfindungsgemäß nur noch getaktet mit Spannung versorgt. Die Steuer einrichtung C schaltet nämlich dann den elektronischen Schalter S fortlaufend ein und aus, und regelt dabei die Länge der Spannungsimpulse oder das Tastverhältnis d so, daß die Amplitude der Batteriespannung unter Last, d. h. während der Spannungsimpulse, konstant bleibt. Unterschreitet das Tastverhältnis d einen Minimalwert d_min, der einer minimalen an den Verbraucher L gelieferten Leistung entspricht, schaltet die Steuerein richtung C den Verbraucher ganz ab. Dadurch wird die Batterie vor Tiefentladung geschützt. Erreicht das Tastverhältnis d wieder den Wert 100%, wird der Verbraucher wieder kontinuierlich, d. h. mit Gleichstrom bzw. Gleichspannung versorgt, und die Steuereinrichtung C beendet das Regeln der Spannungsamplitude, aber überwacht weiterhin beispielsweise den zeitlichen Mittelwert der Batteriespannung.

Bei einer anderen Ausführung einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens ist die Steuereinrichtung C über eine Meßleitung M mit dem Verbindungspunkt des Verbrauchers L mit dem elektronischen Schalter S verbunden, über die sie die Amplitude und/oder den zeitlichen Mittelwert der Spannung am Ver braucher L messen kann.

Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das Tastverhältnis d von der Steuereinrichtung C so geregelt wird, daß die Amplitude der Batteriespannung U_Batt bei geschlossenem Schalter S konstant bleibt, ist in Fig. 2 dargestellt. In einem ersten Schritt 100 mißt die Steuereinrichtung C die Batteriespannung U_Batt. Danach wird in einem zweiten Schritt 110 die Batteriespannung U_Batt mit einem ersten unteren Grenz wert U_Batt,min verglichen. Solange die Batteriespannung U_Batt größer ist als der erste untere Grenzwert U_Batt,min,wird in einem Schritt 120 geprüft, ob das Tastverhältnis d kleiner ist als 1. Ist das Tastverhältnis kleiner als 1, wird im nächsten Schritt 130 das Tastverhältnis d um einen voreinstellbaren Betrag vergrößert. Danach, oder wenn sich im Schritt 120 herausgestellt hat, daß das Tastverhältnis nicht kleiner ist als 1, wird wieder die Batteriespannung gemessen (Schritt 100). Hat der Vergleich im zweiten Schritt 110 ergeben, daß die Batteriespannung U_Batt bis auf oder sogar unter den ersten unteren Grenzwert U_Batt,min abgesunken ist, wird in einem Schritt 140 geprüft, ob das Tastverhältnis d größer ist als ein Minimalwert d_min, der einer gewünschten Mindestleistung des Verbrauchers L entspricht. Ist das Tastverhältnis größer als d_min, wird im nächsten Schritt 150 das Tastverhältnis d um einen voreinstellbaren Betrag verkleinert. Danach wird wieder die Batteriespannung gemessen (Schritt 100). Hat das Tastverhält nis d den Minimalwert d_min erreicht, wird der Verbraucher L abgeschaltet (Schritt 160), indem der Schalter S geöffnet wird. Die Schaltungsanordnung befindet sich jetzt in einem Zustand, in dem der Verbraucher L von der Batterie B nicht mehr versorgt werden kann, weil die Batterie B leer ist oder eine zu tiefe Temperatur aufweist.

Bei einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt 140 nicht geprüft, ob das Tastverhältnis d größer ist als ein Minimalwert d_min ist, sondern ob die Amplitude der Batteriespannung U_Batt auf einen zweiten unteren Grenzwert abgesunken ist, der kleiner ist als der erste untere Grenzwert U_Batt,min. Wenn dies der Fall ist, wird der Verbraucher L abgeschaltet, wenn nicht, das Tastverhältnis d verkleinert.

Bei einer weiteren Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt 160 der Verbraucher L noch nicht abgeschaltet, sondern bei konstantem Tastverhältnis d = d_min so lange weiterbetrieben, bis die Amplitude der Batteriespannung U_Batt auf einen zweiten unteren Grenzwert abgesunken ist, und der Verbraucher L dann abgeschaltet. Somit entfällt ab dem Erreichen des Schritts 160 bis zum Abschalten des Verbrauchers L die Regelung der Amplitude der Batteriespannung U_Batt.

Bei anderen Varianten der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird statt der Amplitude der Batteriespannung U_Batt die Amplitude der Spannung am Verbraucher L verwendet.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrauchers an einer Batterie, deren Spannung auf einen ersten unteren Grenzwert abgesunken ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (L) nur noch mit Spannungsimpulsen betrieben wird, deren Länge oder Tastverhältnis (d) so geregelt wird, daß die Amplitude der Spannung am Verbraucher (L) oder die Amplitude der Batteriespannung unter Last konstant bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (L) abgeschaltet wird, wenn die vom Verbraucher (L) aufge nommene Leistung eine Mindestleistung unterschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (L) abgeschaltet wird, wenn die Batteriespannung auf einen zweiten unteren Grenzwert abgesunken ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (L) mit einem Mindesttastverhältnis (d_min) betrieben wird, wenn die vom Verbraucher (L) aufgenommene Leistung eine Mindestleistung erreicht hat, und erst abgeschaltet wird, wenn die Batteriespannung einen zweiten unteren Grenzwert erreicht hat.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Regeln der Amplitude der Spannung am Verbraucher (L) oder der Am plitude der Batteriespannung unter Last beendet wird, wenn das Regeln dazu geführt hat, daß der Verbraucher (L) nicht mehr mit Spannungsimpulsen sondern wieder kontinuierlich mit Spannung versorgt wird, d. h. das Tastverhältnis (d) den Wert 1 erreicht hat.