DE1763784A1

DE1763784A1 - Vorrichtung zur Anzeige des Ladezustandes einer elektrischen Batterie

Info

Publication number: DE1763784A1
Application number: DE19681763784
Authority: DE
Inventors: Decola Rinaldo E; Zook Irving I; Overlie Per T
Original assignee: Thomas International Corp
Current assignee: Thomas International Corp
Priority date: 1967-08-08
Filing date: 1968-08-08
Publication date: 1972-01-13
Also published as: FR1578364A; NL6811147A; GB1213386A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann

Dipl.-Ing. H."Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN · / O O / O A

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

./ARWlCIi ELEGi¹RONICS INC.

worth Lehigh Avenue, Chicago, Illinois, V. St. A.

Vorrichtung zur Anzeige des Ladezustandes
einer elektrischen Batterie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anzeige des Ladezustandes einer elektrischen Batterie.

1 09883/0422

Häufig besteht der Wunsch, über den Ladezustand, nachstehend auch nur kurz Zustand genannt, einer elektrische Einrichtungen speisenden Batterie bereits vor deren Entladung eine Anzeige zu erhalten. Eine derartige Anzeige ist insbesondere dann erforderlich, wenn wiederaufladbare Batterien verwendet werden, wie Magnesium-Alkali-Batterien, bei denen eine zu starke Entladung zu einer Beschädigung führen kann. Sin Batterie-Zustandsanzeiger dient ferner dazu, einen unerwarteten Ausfall der durch die betreffende Batterie gespeisten elektrischen Einrichtung zu verhindern, indem er bereits vor einer Entladung der Batterie anzeigt, daß die betreffende Batterie ausgetauscht oder wieder aufgeladen v/erden sollte.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber einer an anderer Stelle vorgeschlagenen Batterie-Zustpiias-Anzeigeeinrichtung dar, bei der mit Hilfe eines aifektronischen Schalters die jeweilige Batteriespannung nn^^er Spannung einer Bezugsspannungsquelle verglichenjÄrd. Der elektronische Schalter stellt dabei einen Tmä der Widerstandskomponente eines RC-Gliedes dar, dessenJi<mdensator durch gleichgerichtete Signal spannungen aufgelaufen wird. Wenn die Batteriespannung unter einen bestimnrtjiCTi Wert absinkt, wird der Vergleicher in einen hochohmi^n Zustand umgeschaltet, in welchem der Kondensatoa^aes genannten RC-Gliedes langsamer aufgeladen

sinkt die Folgefrequenz, mit der eine dem mdensator des genannten RC-Gliedes parallel geschaltete

109883/0422

Glimmlampe aufleuchtet oder blinkt und damit die betreffende I¹ il I ι ι 11 iwiii¹1¹I Inn ι III ml· ι aufgeladen werden

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Frequenz, mit eier eine Lichtquelle aufleuchtet, lediglich durch die Amplitude der an ein RC-Glied angelegten, dex* jeweiligen Batteriespannung entsprechenden Spannung gesteuert. Die Folgefrequenz, mit der die Lichtquelle aufleuchtet oder blinkt ist dabei direkt proportional der ,jeweiligen, einen bestimmten Hinimalwert überschreitenden Batteriespannung. Sinkt die Blinkfrequenz kontinuierlich ab, so kann jederzeit der Zustand der Batterie überwacht werden. Einer erforderlichen Wiederaufladung bzw. einem erforderlichen Austausch der betreffenden Batterie kann somit zuvorgekommen werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anzeigevorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe der Zustand einer Batterie überwacht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß einem Merkmal der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Schaltung verwendet wird, die die niedrige Batteriespannung in eine hohe Spannung umsetzt, mit deren Hilfe ein in einem elektrischen Schaltkreis ^Liegender Kondensator aufgeladen wird. An den Kondensator ist eine Sichtanzeigeeinrichtung angeschlossen, deren Ausgangssignal von der Ladegeschwindigkeit abhängt, mit der

109883/0422

der genannte Kondensator aufgeladen wird. Die Amplitude der umgesetzten Spannung stellt die einzige Größe dar, die zur Steuerung der Ladegeschwindigkeit dient, mit der der genannte Kondensator aufgeladen wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie-Zustandsanzeigeeinrichtung dient als Anzeigesignal ein Flackerlicht, dessen Flackerfrequenz direkt proportional der einen bestimmten Minimalwert übersteigenden Batteriespannung ist.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung mit den ihr anhaftenden Merkmalen und Vorteilen nachstehend näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Batterie-Zustandsanzeigeeinrichtung. Fig. 2 zeigt in einem Kurvendiagramm den Verlauf der ,jeweiligen Kondensatoraufladung bei unterschiedlichen Batteriespannungen.

Bevor auf die in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten näher eingegangen wird, sei bemerkt, daß es sich bei der im folgenden näher beschriebenen Batterie-Zustandsanzeigeeinrichtung um ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die Erfindung kann vielmehr ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken noch in verschiedener Weise modifiziert werden. Ferner sei bemerkt, daß die im folgenden angegebenen Werte und Typenbezeichnunf$en für einzelne Schaltungselemente

109883/0422

lediglich zur Erläuterung einer funktionsfähigen Ausführungsform der Erfindung dienen, daß die Erfindung auf derartige Werte und Typen jedoch nicht beschränkt ist.

Gemäß Fig. 1 speist eine Batterie 10 eine elektrische Schaltungsanordnung, wie einen Rundfunkempfänger 11. Die. vorgesehene Batterie-Zustandsanzeigeeinrichtung besteht aus einem Oszillator 12, der die niedrige Spannung (9 V) der Batterie in eine Wechselspannung umsetzt, deren Effektivwert z.B. 120 V beträgt. Die Wechselspannung wird mit Hilfe einer Diode 13 gleichgerichtet und einem RC-Ladekreis zugeführt. Dieser Ladekreis besteht aus einem einstellbaren Widerstand 15> einem dazu in Reihe geschalteten 10-kOhm-Widerstand 16 und einem dazu in Reihe geschalteten 0,05- /UF-Kondensator 17.

Parallel zu dem Kondensator 17 ist eine Gasentladeeinrichtung 20 geschaltet, die im vorliegenden Fall durch eine Glimmlampe des Typs NE-2 gebildet ist. Wenn die Spannung an dem Kondensator 17 die Zündgleichspannung der Glimmlampe erreicht - bei einer Glimmlampe des Typs ITE-2 liegt die Zündgleichspannung bei etwa 90 V - wird die Glimmlampe gezündet. Daraufhin wird ein Licht-Ausgangssignal erzeugt, und außerdem wird der Innenv/iderstand der zur Entladung des Kondensators dienenden Entladeeinrichtung erheblich herabgesetzt. Die Folge hiervon ist, daß der Kondensator 17 entladen wird. Wird der Kondensator entladen, so reicht die an der Glimmlampe 20

109883/0422

liegende Spannung nicht langer aus, um die Zündung aufrechtzuerhalten. Die Folge hiervon ist, daß das Licht-Ausgangs signal wieder verschwindet. Gleichzeitig damit steigt der Innenwiderstand der Glimmlampe auf einen hohen Wert an. Dadurch kann sich der Kondensator 17 wieder auf die Zündspannung aufladen, bei deren Erreichen die Glimmlampe unverzüglich einen Lichtblitz abgibt und den Kondensator wieder entlädt.

Die Gasentladungseinrichtung 20 erzeugt ein Lichtblitz- bzw. Blinksignal, dessen Folgefrequenz direkt von der Amplitude der mit Hilfe der Diode 13 gleichgerichteten Spannung abhängt. Diese Amplitude ist ihrerseits direkt von der Amplitude der von dem Oszillator 12 abgegebenen Wechselspannung abhängig. Der Oszillator enthält einen npn-Transistor und einen Aufwärts-'J?ransformator 2$. Die Basis des Transistors ist an ein Spannungsteilernetzwerk angeschlossen, das aus einem 10-kOhm-Widerstand und aus einem 2,2-kOhm-Widerstand 26 besteht. Dieses Spannungsteilernetzwerk ist an die Batterie 10 angeschlossen. Parallel zu dem Widerstand 26 ist ein 1-yuF-Kondensator 27 geschaltet.

Der Aufwärts-Transformator 23, der das Rückkopplungselement des Oszillators bildet, besitzt zwei Primärwicklungen 28 und 29 und eine Sekundärwicklung 30 mit hohem übersetzungsverhältnis. Die Wicklung 28 ist zwischen dem Kollektor 22 und der positives Potential führenden Klemme der Batterie 10 geschaltet. Parallel

109883/0422

zu der betreffenden Wicklung liegt ein 0,1-,uF-Kondensator Die Wicklung 29 ist mit ihrem einen Ende mit dem Emitter des Transistors 22 verbunden; mit ihrem anderen Ende ist die Wicklung 29 über einen 4-7-Ohm-Widerstand 33 an die negatives xOtential führende Klemme der Batterie 10 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 30 ist über die Gleichrichterdiode 15 direkt mit dem RG-Ladenetzwerk verbunden, das aus der Reihenschaltung der 'Widerstände 15 und 16 und des Kondensator 17 besteht.

Das Aufwärts-übersetzungsverhältnis des Transformators 23 ist so gewählt, daß sich an der Wicklung 30 eine Wechselspannung ausbildet, deren Amplitude 12ü Veff beträgt. Damit liegt die Amplitude dieser Wechselspannung über der Zündspannung E_T der Gasentladungseinrichtung 20, wie dies aus Fig· 2 ersichtlich ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Batteriegleichspannung von 9 V unzureichend wäre, um den Kondensator auf die Zündspannung, der Gasentladungseinrichtung aufzuladen. Die Eigenfrequenz der eine relativ hohe Amplitude besitzenden Wechselspannung ist so niedrig v;ie möglich gewählt, um eine Kochfrequenzstörung von anderen elektrischen Anlagen auf einen möglichst kleinen Wert zu bringen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Batterie 10 zur Speisung eines Rundfunkempfängers dient. Bei einem Rundfunkempfänger 11, der im normalen Mittelwellenband zwischen ^AO und 16W kHz arbeitet, genügt als Eigenfrequenz des Oszillators eine Frequenz von 2 kHz.

109883/0422 _RinnB

BAD ORIGINAL

176378A

Während des Betriebs wird die an der Wicklung 30 auftretende Wechselspannung mit Hilfe der Diode 13 gleichgerichtet. Auf diese Weise wird eine Gleichspannung gewonnen, mit deren Hilfe der Kondensator 17 bis zum Erreichen der Zündspannung der Gasentladungslampe 20 aufgeladen wird. Mit Zünden der Gasentladungslampe erfolgt über diese die Entladung des Kondensators. Dabei wird von der betreffenden Gasentladungslampe ein Lichtblitz abgegeben. Die Amplitude der an der Wicklung 30 -auftretenden V/echselspannung ist direkt proportional der Amplitude der Gleichspannung der Batterie 10. Sinkt die Batteriespannung, so sinkt die an das iiC-Wetzwerk angelernte Gleichspannung entsprechend. Damit sinkt auch die Geschwindigkeit, mit der der Kondensator 17 aufgeladen wird.

In Fig. 2 ist für verschiedene Batteriespannungen in einem Kurvendiagramm der Zusammenhang zwischen der Spannung ±J_fl am Kondensator 17 und der Zeit gezeigt. Wenn die Spannung E_G an dem Kondensator die Zündspannung ti-, der Gasentladungseinrichtung erreicht, wie dies in Fig. 2 durch eine waagerechte gestrichelte Linie angedeutet ist, co wird ein Lichtbliüz erzeugt, und außerdem wird der Kondensator entladen. Die Zeitkonstante des RC-Netzwerkes ist durch errcsprechende Einstellung des in Fig. 1 gezeigten Widerstands 1y co pew/Jhlt, daß bei einer frischen oder vollständig aufgeladenen Batterie die Zeitspanne, die zur Aufladung dec Kondensators aui" die Zündspannung notwendig ist, klein penu;¹: ist, damit ein schnell flackerndes Lichtsignal erhalten v/ird, dessen Flackerfrequcnz

109883/0 4'2 2

BAD ORIGINAL.

für das menschliche Auge zu hoch ist, um einzelne Lichtblitze unterscheiden zu können. Die Folge hiervon ist, daß die Glimmlampe anscheinend ständig gespeist wird.

Sinkt die Batteriespannung, so ist eine längere Zeitspanne erforderlich, um den Kondensator auf die Zündspannung aufzu-

laden. Damit sinkt die Flackerfrequenz in genügendem Maße,

geladener

so daß bei mittelmäßig / Batterie einzelne Lichtblitze sichtbar werden. Sinkt die Batteriespannung weiter ab, so wird die i'lackerfrequenz sehr klein. Sie gelangt dann in die Größenordnung von 3 oder 4- Lichtblitzen pro Sekunde. Auf diese Weise erhält man eine einfache Sichtanzeige darüber, ob die Batterie ersetzt oder bald aufgeladen werden sollte.

Sollte diese Warnung unbeachtet oder unbemerkt bleiben, so hört das Auftreten von Lichtblitzen vollständig auf, wenn die Batterie sehr stark entladen ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Ausgangsspannung des Oszillators 12 unter dem Wert der Zündspannung Ej der Gasentladungseinrichtung abgesunken ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kondensator 17 lediglich auf die Ausgangsspannung des Oszillators voll aufgeladen und behält diese Spannung solange bei, bis die Batterie ausgetauscht oder wieder aufgeladen wird. Das vollständige Aussetzen des ßlinkens stellt eine ohne weiteres verständliche Anzeige darüber dar, dab die betreffende Batterie im wesentlichen entleert ist und daß in dem Fall, daß die Batterie wieder aufladbar ist, sofort eine Wfderaufladung dieser

109883/0422

BAD Or.iGiNAL

Batterie erfolgen muß, um eine dauerhafte Batteriebeschädigung zu vermeiden.

In Fig. ist die Flackerfrequenz für vier verschiedene Batteriezustände angedeutet. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß die üasentladungseinrichfcung bei sämtlichen, einen bestimmten Minimalwert übersteigenden Spannungen ständig aufblitzt bzw. blinkt. Ferner ist die Flackerfrequenz zu einem bestimmten Zeitpunkt direkt proportional dem Ladeeustand der Batterie. Damit liefert die erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung also auch eine Anzeige darüber, zu welchem Zeitpunkt ein Austausch bzw. eine Wiederaufladung der betreffenden Batterie erforderlich sein wird.

109883/0422

Claims

176378A

Patentansprüche

(i? Vorrichtung zur Anzeige des Ladezustandes einer elektrischen Batterie mit Hilfe einer Lichtsignale abgebenden Anzeigeeinrichtung, gekennzeichnet durch eine an die Batterie (10) angeschlossene, die Anzeigeeinrichtung (20) zur Abgabe von Flacker-Lichtsignalen abwechselnd wirksam und unwirksam schaltende Speiseschaltung (12) und durch eine Einrichtung (15)» die die Geschwindigkeit, mit der die Anzeigeeinrichtung (20) wirksam bzw. unwirksam geschaltet wird, in Abhängigkeit vom jeweiligen Ladezustand der Batterie (10) ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aer Speiseschaltung (12) ein Widerstandselemente (15,16) umfassender elektrischer Ladezweig (15,15,10) für einen kondensator (17) nachreschaltet ist und daß die Anzeigeeinrichtung (20) aeni kondensator (17) parallelgeschaltet ice und ,ieweils bei Auftreten einer bestimmten Ladung auf dem Kondensator (1?) bzw. einer bestimmten Spannung an dem Kondensator (17) einen Lichtblitz abgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

α a·! die Anzeigeeinrichtung (20) eine Gasentladungsröhre enthält, die bei Erreichen ihrer Zündspannung an dem kondensator (1y) zündet unu n:it ihrem Aufleuchten einen niederohinigen Entladezweig für den Kondensator (17) schafft.

1Q9883/0422

BAD ORIGINAL

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseschaltung (12) zwischen der Batterie (10) und dem elektrischen Ladezweig (13 bis 16) geschaltet ist und daß diese Speiseschaltung (12) die Aufladegeschwindigkeit, mit der der Kondensator aufgeladen wird, in Abhängigkeit von der jeweiligen Batteriespannung zu ändern erlaubt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseschaltung (12) einen an die Batterie (10) angeschlossenen Oszillator enthält,an welchen ein Gleichrichter (13) angeschlossen ist, der zu dem Ladekreis (15,16) des Kondensators (1?) hinführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (12) einen Spannungs-Aufwärts-Transformator (23) enthält, an den der Gleichrichter (13) angeschlossen ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (12) einen Verstärker (22) enthält und daß der Transformator (23) im Rückkopplungskreis des Verstärkers (22) liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (22) durch einen einzelnen Transistor gebildet ist, dem über ein an die Batterie (10) angeschlossenes

109883/0422

Widerstandsnetzwerk (25,26) eine ihn in den leitenden Zustand steuernde Gleich-Vorspannung zugeführt wird.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Überwachung des Ladezustandes einer Batterie (10), die einen Signalempfänger (11) speist, der Oszillator (12) eine Schwingfrequenz besitzt, die wesentlich niedriger ist als die Frequenz von dem Empfänger (11) empfangener Signale.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Ladezweig einen zu dem Kondensator (17) in Reihe geschalteten einstellbaren Widerstand (15) enthält, der so eingestellt ist, daß der Kondensator (17) bei frischer Batterie (10) so schnell aufgeladen wird, daß die Anzeigeeinrichtung (20) Lichtsignale mit einer derart hohen Folgefrequenz aussendet, daß durch das menschliche Auge nur noch eine kontinuierliche Lichtabgabe feststellbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz der von der Anzeigeeinrichtung (20) jeweils abgegebenen Lichtsignale direkt proportional der über einen bestimmten Minimalwert liegenden jeweiligen Batterxespannung ist.

109883/0422

Leerseite