DE1938076C3 - Einrichtung zur Überprüfung des Ladezustandes von Akkumulatoren - Google Patents

Description

wobei ein erster Eingang des Regelverstärkers mit dem Ausgang der Wechselstromquelle, ein zweiter Eingang mi'" dem Ausgang der Hilfseinrichtung und der Ausgang des Regelverstärkers mit der Primärwicklung eines Übertragers verbunden ist, dessen Sekundärwicklung über einen Trennkondensator an den Klemmen des Akkumulators angeschlossen ist.

In zweckmäßiger Weise besteht die Hilfseinrichtung aus einem weiteren Trennkondensator, einem weiteren Übertrager, einem Meßwertvorverstärker, einem Bandfilter und einem Meßverstärker, wobei die eine Klemme des Meßwiderstandes mit der ersten Klemme des Trennkondensators und die andere Klemme des Meßwiderstandes mn der ersten Eingangsklemme des Übertragers verbunden ist, die zweite Klemme des Trennkondensators an der zweiten Eingangsklemme des Übertragers liegt und die Ausgangsklemmen des Übertragers an den Eingangsklemmen des Meßwertvorverstärkers angeschlossen sind, welcher seinerseits mit seinen Ausgangsklemmen am Eingang des Bandfilters liegt, dessen Ausgangsklemmen mit den Eingangsklemmen des Meßwertverstärkers verbunden sind, und der mit seinen Ausgangsklemmen am zweiten Eingang des Regelverstärkers liegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Spannungsmeßeinrichtung aus einer Anzeigetafel, einem weiteren Meßverstärker und einem weiteren Bandfilter, wobei der Eingang des Bandfilters mit den Klemmen des Akkumulators und der Ausgang des Bandfilters mit dem Eingang des Meßverstärk_t'rs verbunden ist, welcher seinerseits mit seinem Ausgang an die Anzeigetafel angeschlossen ist.

In zweckmäßiger Weise enthält die Anzeigetafel ein analog anzeigendes Spannungsmeßgerät. Die Anzeige kann auch durch verschiedenfarbige Signallampen für verschiedene diskrete Ladezustandsbereiche des Akkumulators erfolgen. Die eine den untersten gerade noch zulässigen Ladezustand anzeigende Signallampe ist als Blinklampe ausgebildet.

Ein weiterer Vorschlag der Erfindung geht dahin, als Meßwiderstand einen Teil der Akkumulatorzuleitung zu den Verbrauchern zu verwenden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin,die Meß- bzw. Regelverstärker in integrierter Halbleiterbauweise auszuführen.

Bei diesem Meßverfahren wird durch den Akkumulator ein auf einen konstanten Wert geregelter Wechselstrom geleitet und mit Hilfe einer Meßanordnung der Spannungsabfall an den Klemmen des Akkumulators ermittelt, wobei der gemessene Wert proportional der Impedanz des Akkumulators und daher ein Maß für dessen Ladezustand ist.

Der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Wechselstromerzeuger bezeichnet, 2 ist ein Regelverstärker, 3 ein Akkumulator, 4 ein Übertrager, 5 ein Trennkondensator, 6 ein Bandfilter, 7 ein Meßverstärker, 8 eine Anzeigetafel, die entweder ein analog anzeigendes Spannungsmeßgerät 9 oder den Ladezusland anzeigende Signallampen 10 aufweist, 11 ist ein Meßwiderstand, 12 eine Hilfseinrichtung, die aus einem Trennkondensator 13, einem Übertrager 14, einem Meßwertvorverstärker 15, einem Bandfilter 16 und einem Meßverstärker 17 besteht.

Die Wechselstromquelle 1 erzeugt einen frequenzkonstanten Wechselstrom ip, der einem Regelverstärker 2 zugeleitet wird, in dem der Wechselstrom i_p verstärkt und zugleich auf einen konstanten Wert geregelt wird. Der Ausgang des Regelverstärkers 2 ist mit den Klemmen des Akkumulators 3 induktiv über einen Übertrager 4 gekoppelt, wobei zur Vermeidung einer Gleichstromvormagnetisierung des Übertragers 4 in dem Stromkreis der Sekundärwicklung des Übertragers 4 ein Trennkondensator 5 liegt. Der Wechselstrom i_p durchfließt den Akkumulator 3 und bewirkt an dessen Impedanz einen Wechselspannungsabfall u_ny. welcher sich der Gleichstrom-EMK des Akkumulators 3 überlagert. Zur Messung dieses Wechselspannungsabfalles u_m und damit zur Bestimmung des Ladezustandes des Akkumulators ist die Trennung von Gleich- und Wechselspannungsanteil der resultierenden Klemmenspannung des Akkumulators erforderlich. Diese Trennung erfolgt durch ein Bandfilter 6. dem ein Meßverstärker 7 zur Verstärkung der zu messenden Wechselspannung u_m nachgeschaltet ist. Die verstärkte Wechselspannung wird auf einer Anzeigetafel 8 angezeigt, die ein in Ladezustandsgrade geeichtes analog anzeigendes Meßgerät 9 oder verschiedenfarbige Signallampen 10 /ur Anzeige verschiedener diskreter Ladezustande aufweist.

Für die Konstantregelung des Wechselstroms i_p wird der Istwert des Wechselstromes i_p in Form einer dem Wechselstrom i_p proportionalen Istwertspannung k\ ■ ki ■ Ust innerhalb des Meßverstärkers 17 mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, wobei die gleichgerichtete Differenzspannung zwischen Soll- und Istwert den Regelverstärker 2 aussteuert. Zur Gewinnung der Istwertspannung k\ · £2 · u« liegt in dem Stromkreis des Akkumulators 3 ein Meßwiderstand 11, durch den der Wechselstrom /pin eine daran abfallende Wechselspannung Ust umgeformt wird. Da aber außer dem Wechselspannungsabfall u_sl an den Klemmen des Meßwiderstandes 11 auch noch eine durch den Akkumulatoi gleichstrom bewirkte Gleichspannung abfällt, wird der Wechselspannungsanteil u_sl mit Hilfe eines Trennkondensators 13 abgetrennt und über einen Übertrager 14 dem Meßwertvorverstärker 15 zugeleitet, der die sehr geringe Wechselspannung u_it um den Faktor Ar₁ auf den für die Siebung in dem nachgcschaheten Bandfilter 16 erforderlichen Wert k\ ■ u_s, vorve^rstärkt. Die vorverstärkte und gesiebte Wechselspannung ki ■ u_s, wird dann anschließend in dem Meßverstärker 17 um den Faktor fo auf den Wen k\ · ki ■ i/_s, der Istwertspannung weiter verstärkt.

Mit dieser einfachen Meßanordnung ist es möglich. den Ladezustand von Akkumulatoren unter allen Umgebungsbedingungen sicher festzustellen, ohne die angeschlossenen Verbraucher abklemmen zu müssen. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch während der Ladung des Akkumulators durch einen Ladegenerator betrieben werden, da mögliche Störungen von den schmalbandigcn Bandfiltern ausgesiebt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überprüfung des Ladezustandes von Akkumulatoren, gekennzeichnet durch einen an die Klemmen (3a, 36) eines Akkumulators (3) angeschlossenen Wechselstromerzeuger (1) konstanter Frequenz, der eine von einer Hilfseinrichtung (12) angesteuerte Regelvorrichtung zur Konstanthaltung eines den Akkumulator (3) durchfließenden Wechselstromes i_p aufweist, wobei ferner mit den Klemmen des Akkumulators (3) eine der Messung des Spannungsabfalls u_m des Wechselstromes an der Impedanz des Akkumulators (3) dienende Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis des Akkumulators (3) ein Meßwiderstand (ti) eingeschaltet ist, an dessen Klemmen (11a, 116) der Istwert des zu regelnden Wechselstromes /_p gebildet wird.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung aus einem Regelverstärker (2) und einer Hilfseinrichtung (12) zur Siebung und Verstärkung der Istwertspannung besteht, wobei ein erster Eingang (2a, 26) des Regelverstärkers (2) mit dem Ausgang der Wechselstromquelle (1), ein zweiter Eingang (2c. 2d) mit dem Ausgang der Hilfseinrichtung (12) und der Ausgang (2e, 2/) des Regelverstärkers (2) mit der Primärwicklung eines Übertragers (4) verbunden ist, dessen Sekundärwicklung über einen Trennkondensator (5) an den Klemmen (3a, 36) des Akkumulators (3) angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtung (12) aus einem Trennkondensator (13), einem Übertrager (14), einem Meßwertvorverstärker (15). einem Bandfilter (16) und einem Meßverstärker (17) besteht, wobei die eine Klemme (116) des Meßwiderstandes (11) mit der ersten Klemme (13a) des Trennkondensators (13) und die andere Klemme (Ha) des Meßwiderstandes (11) mit der ersten Eingangsklemme (14a) des Übertragers (14) verbunden ist, die zweite Klemme (13a) des Trennkondensators (13) an der zweiten Eingangsklemme (146) des Übertragers (14) liegt und die Ausgangsklemmen (14c, t4cr) des Übertragers (14) an den Eingangsklemmen (15a, 156) des Meßwertvorverstärkers (15) angeschlossen sind, welcher seinerseits mit seinen Ausgangsklemmen (15c, 15d) am Eingang (16a. 166) des Bandfilters (16) liegt, dessen Ausgangsklemmen (16c, 16d) mit den Eingangsklemmen (17a, 176) des Meßverstärkers (17) verbunden sind, und der mit seinen Ausgangsklemmen (17c, 17d) am zweiten Eingang (26,2c) des Regelverstärkers (2) liegt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannur.gsmeßeinrichtung aus einer Anzeigetafel (8), einem Meßverstärker (7) und einem Bandfilter (6) besteht, wobei der Eingang des Bandfilters (6) mit den Klemmen (3a, 36) des Akkumulators (3) und der Ausgang des Bandfilters (6) mit dem Eingang des Meßverstärkers (7) verbunden ist, welcher seinerseits mit seinem Ausgang an die Anzeigetafel (8) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwiderstand (11) ein Teil der Akkumulator-Zuleitung zu den Verbrauchern verwendet wird.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überprüfung des Ladezustandes von Akkumulatoren.

Für viele elektrische mit Gleichstrom gespeiste Anlagen in der Industrie, im Nachrichtenwesen und in Fahrzeugen sind Akkumulatoren als Energiespeicher für den Fall vorgesehen, daß das speisende Netz ausfällt, oder daß der Ladegenerator bei Stillstand des Antriebsmotors ebenfalls stillsteht und wichtige Verbraucher dennoch weiter mit elektrischer Energie versorgt werden müssen.

Es ist daher notwendig, den Ladezustand von Akkumulatoren fortlaufend zu überwachen, um den Akkumulator betriebsbereit zu halten und Schaden durch zu tiefe Entladung zu verhüten. Für die Überprüfung des Ladezustandes sind Geräte bekannt, mit denen die Säuredichte gemessen werden kann. Die Zuverlässigkeit dieser Messungen ist begrenzt, weil der bedeutende Einfluß der Temperatur auf den Ladezustand nicht erfaßt wird, und weil solche Messungen bei nicht besonders präparierten Zellen auch nur bei gut zugänglichen Akkumulatoren und auch dann nur von Zeit zu Zeit als Stichprobe, nicht aber fortlaufend vorgenommen werden können.

Weiter ist ein Gerät bekannt, mit dem die zugeführten und die entnommenen Elektrizitätsmengen gezählt werden. Die Differenz der beiden Mengen soll ein Maß für die vorhandene Batteriekapazität darstellen. Der Einfluß der Temperatur und Alterung auf den Ladezustand kann dabei jedoch nur in der Form von Korrekturfaktoren berücksichtigt werden.

Eine Auswertung der Meßergebnisse setzt die genaue Kenntnis des Vorzustandes des Akkumulators voraus. Auch mit dem als Zellenprüfer bekannten Gerät läßt sich nur eine Stichprobenprüfung vornehmen. Bei diesem Gerät wird jede Zelle des Akkumulators einzeln mit einem niederohmigen Widerstand belastet und die Höhe der Spannung der Zelle bei dieser Belastung gemessen.

Diese bekannten Einrichtungen haben vor allem im Fahrzeugbetrieb den Nachteil, daß es mit ihrer Hilfe nicht rröglich ist, den Ladezustand des Fahrzeugakkumulators fortlaufend zu überprüfen. Bei einem Fahrzeugakkumulator dem bei Stillstand des Fahrzeugmotors weiterhin Energie für die Beleuchtung und für den Antrieb von Hilfseinrichtungen entnommen wird, darf die Entladung den minimal zulässigen Ladezustand, der zum Anlassen des Fahrzeugmotors erforderlich ist, nicht unterschreiten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Meßanordnung mit großer Genauigkeit aber mit verhältnismäßig geringem Schaltungsaufwand zu schaffen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einem an die Klemmen des Akkumulators angeschlossenen Wechselstromerzeuger konstanter Frequenz, der eine von einer Hilfseinrichtung angesteuerte Regelvorrichtung zur Konstanthaltung emes den Akkumulator durchfließenden Wechselstromes ι,, aufweist, wobei ferner mit den Klemmen des Akkumulators eine der Messung des Spannungsabfalls u_m des Wechselstromes an der Impedanz des Akkumulators dienende Spannungsmeßeinrichtung verbunden ist.

Des weiteren ist in den Stromkreis des Akkumulators ein Meßwiderstand eingeschaltet, an dessen Klemmen der Istwert des zu regelnden Wechselstromes i_p abgebildet ist.

In vorteilhafter Weise besteht die Regelvorrichtung aus einem Regelverstärker und einer Hilfseinrichtung zur Siebung und Verstärkung der Istwertspannung,