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GEBIET DER ERFINDUNG
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Impulsgeneratoren zur Beseitigung der Sulfatierung von Batterien.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Batterie eines Fahrzeuges (oder einer anderen Art von System, in dem man Batterien mit einer Leistung von bis zu 48 Volt einsetzen kann) – in der Regel handelt es sich dabei um Blei-Säure-Batterien – unterstützt kontinuierlich ablaufende Lade- und Entladevorgänge. Bei praktisch jeder Entladung kommt es hierbei zu einem Prozess, der als Sulfatierung bekannt ist; diese führt zu einer permanenten Verschlechterung des Zustandes der Batterie. Zur Sulfatierung kommt es, weil sich im Wasser unlösliche (Blei-)sulfate auf den Bleiplatten ablagern. Dies unterbricht die Umwandlung in Bleioxid, welche unter Einwirkung der Schwefelsäure abläuft, es kommt zu einer Hemmung der Weiterleitung elektrischer Ladungen. Auch die Ablagerung weißer Kristalle auf den Polen der Batterie ist eine Sulfatierung, die auf die normalerweise während des Ladevorgangs freiwerdenden Elektrolytdämpfe zurückzuführen ist.
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Derzeit bekannt ist ein Verfahren, bei dem Stromimpulse an den Polen der Batterie – v. a. am Pluspol -verwendet werden, um die Kristalle aufzubrechen, die sich hier angesammelt haben und zumindest teilweise dafür zu sorgen, die ursprüngliche Leistungsfähigkeit der Batterie wiederherzustellen, was nicht nur die Effizienz, sondern auch die Lebensdauer der Batterie erhöht. Zum Generieren der Stromimpulse werden Impulsgeneratoren eingesetzt, die manchmal im Fahrzeug selbst verbaut und individuell auf die einzelnen Batterien eingestellt sind.
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Im Dokument
JP2010176691A wird ein Impulsgenerator für eine Batterie offenbart, der einen induktiven Blindwiderstand umfasst, dessen Energie in Form von Impulsen auf die Batterie übertragen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Impulsgenerators zur Beseitigung der Sulfatierung von Batterien in der nachstehend beschriebenen Weise.
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Der erfindungsgemäße Impulsgenerator umfasst einen induktiven Blindwiderstand, dessen Energie eingesetzt wird, um die Impulse für einen Batteriestrom zu erzeugen, der die Sulfatierung der Batterie, an die er angeschlossen ist, beseitigt.
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Der Generator ist so beschaffen, dass er an die Pole von Fahrzeugbatterien (oder einer anderen Art von System, in dem man Batterien mit einer Leistung von bis zu 48 Volt einsetzen kann) angeschlossen werden kann, wodurch Stromimpulse erzeugt werden, die an den Polen der Batterie so wirken, dass die Sulfatierung der Batterie, an die sie angeschlossen sind – insbesondere am Pluspol – beseitigt wird; er umfasst einen Pol 1 zum Anschluss des Generators an den Pluspol der Batterie sowie einen Pol 2 zum Anschluss des Generators an den Minuspol der Batterie und nutzt so die an der Batterie herrschende Spannung, um Stromimpulse zu erzeugen, die an der betreffenden Batterie wirken können, ohne dass weitere externe bzw. interne Stromquellen erforderlich sind.
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Darüber hinaus umfasst der Generator einen Stromkreis 1, der einen Schalter 1 sowie einen Kondensator umfasst, die zwischen den beiden Polen hintereinander geschaltet sind, wodurch der Kondensator mit von der Batterie kommenden Energie aufgeladen wird; außerdem einen Stromkreis 2, der den Kondensator, den induktiven Blindwiderstand sowie einen Schalter 2 umfasst, die hintereinander geschaltet sind, wodurch ein geschlossener Stromkreis entsteht, über den der Kondensator zumindest teilweise entladen wird; außerdem einen Stromkreis 3, der den Induktanzkondensator und eine Sperre umfasst, die zwischen den beiden Polen hintereinander geschaltet sind; hierbei blockiert die Sperre zwar den Fluss des Stroms zwischen dem ersten und zweiten Pol, lässt in Gegenrichtung aber Strom durch, wodurch zumindest ein Teil des im Kondensator gespeicherten Stroms durch den induktiven Blindwiderstand in Form von Impulsen zur Batterie gelangt; außerdem eine Steuervorrichtung, die an die Schalter angeschlossen und deren Aufgabe es ist, das Öffnen und Schließen der Schalter zu überwachen, damit bei der Erzeugung der Impulse ein erster, zweiter bzw. dritter Stromkreis entsteht.
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Der erfindungsgemäße Generator bietet zumindest die Vorteile, die batterieeigene Energie zu nutzen, dass sich die Batterie im Ruhezustand (wenn er an die Batterie angeschlossen ist, aber keine Impulse generiert) nicht wieder entlädt; durch das Vorhandensein von Schalter 1 und die Möglichkeit, die drei genannten Stromkreise und den Kontrollschalter zu konfigurieren, lässt sich der Impulsgenerator zum Beispiel an verschiedene Batterietypen anpassen (hierbei werden Öffnen und Schließen gesteuert) – dies macht den Generator vielseitig einsetzbar.
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Diese und andere Vorteile und charakteristische Eigenschaften der Erfindung werden bei der Betrachtung der Zeichnungen und der genauen Beschreibung der Erfindung deutlich.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Schaltschema einer Vorzugsausführung des erfindungsgemäßen Impulsgenerators.
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2 zeigt eine Batterie in schematischer und in perspektivischer Darstellung.
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3 zeigt ein Schaltschema des Generators aus 1 mit der Konfiguration des 1. Stromkreises.
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4 zeigt ein Schaltschema des Generators aus 1 mit der Konfiguration des 2. Stromkreises.
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5 zeigt ein Schaltschema des Generators aus 1 mit der Konfiguration des 3. Stromkreises.
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6 zeigt beispielhaft einen mit dem Impulsgenerator aus 1 erzeugten Stromimpuls.
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7 zeigt beispielhaft eine mit dem Impulsgenerator aus 1 erzeugte Impulsfolge.
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8 zeigt einen Verpolungsschutz des Impulsgenerators aus 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine Vorzugsausführung des erfindungsgemäßen Impulsgenerators (100), die zur Beseitigung der Sulfatierung verwendet wird, welche an der Batterie (9) eines Fahrzeuges entsteht – z. B. an der in 2 gezeigten –, um so die ursprüngliche Leistungsfähigkeit der betreffenden Batterie (9) in größtmöglichem Maße wiederherzustellen. Zu einer Sulfatierung der Batterie (9) kommt es infolge eines unvermeidlichen chemischen Prozesses praktisch mit jeder Entladung der Batterie (9) – insbesondere bei Blei-Säure-Batterien; die Folge ist der allmähliche Verlust der Leistungsfähigkeit der Batterie (9).
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Der Impulsgenerator (100) ist so eingestellt, dass er an den Pluspol (91) sowie an den Minuspol (92) der Batterie (9), deren Sulfatierung man beseitigen möchte, angeschlossen werden kann, wodurch Stromimpulse (P) erzeugt werden, die auf die Pole (91 und 92) im Sinne einer Beseitigung der Sulfatierung wirken, wodurch die ursprüngliche Leistungsfähigkeit der Batterie (9) im größtmöglichen Maße – insbesondere am Pluspol (91) – wiederhergestellt wird; zu diesem Zweck umfasst die Erfindung einen Pol 1 (101) für den Anschluss an den Pluspol (91) sowie einen Pol 2 (102) für den Anschluss an den Minuspol (92). Durch die Stromimpulse (P) wird die an den Polen (91 und 92) der Batterie (9) festzustellende Sulfatierung aufgelöst, wodurch die Batterieleistung wieder steigt.
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Darüber hinaus umfasst der Impulsgenerator (100) einen Stromkreis 1 mit einem Schalter 1 (10) und einem Kondensator (4), die zwischen den beiden Polen (91 und 92) hintereinander geschaltet sind und durch den ein Strom 1 (I1) fließt, der – wie in 3 gezeigt – den Kondensator (4) mit Energie auflädt, die aus der Batterie (9) kommt; Stromkreis 2 umfasst einen Kondensator (4), einen induktiven Blindwiderstand (5) sowie einen Schalter 2 (20), die hintereinander geschaltet sind, wodurch ein geschlossener Stromkreis entsteht, über den sich – wie aus 4 hervorgeht – der Kondensator (4) zumindest teilweise mit einem zweiten Strom (I2) entlädt; Stromkreis 3 umfasst den Kondensator (4), den induktiven Blindwiderstand (5) und eine Sperre (6), die zwischen den beiden Polen (91 und 92) hintereinander geschaltet sind; dadurch blockiert die Sperre (6) den zwischen Pol 1 (91) und Pol 2 (92) fließenden Strom, ermöglicht aber das Fließen des Stroms in entgegengesetzter Richtung; so entsteht ein dritter Strom (I3), der beispielhaft in 5 dargestellt ist; hierbei wird im Kondensator (4) gespeicherte Energie zum Erzeugen von Stromimpulsen (P) verwendet, die auf die Batterie (9) angewandt werden. Zur Erzeugung des Stromimpulses (P) bedient man sich der elektrischen Eigenschaften des induktiven Blindwiderstandes (5) in einer Weise, dass Stromimpulse (P) wie die in 6 erzeugt werden.
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Der Impulsgenerator (100) umfasst des Weiteren eine Steuervorrichtung (7), die so an die beiden Schalter (10 und 20) angeschlossen ist, dass die drei Stromkreise (1, 2 und 3) wie gewünscht konfiguriert werden können; so wird es z. B. möglich, den Stromimpuls (P) an die Kapazität der anzuschließenden Batterie (9) und/oder an die Art der betreffenden Batterie anzupassen. Die Aufeinanderfolge von Schließen und Öffnen der Schalter folgt hierbei vorzugsweise folgendem Muster:
- – Zunächst wird der Impulsgenerator (100) an die Pole (91 und 92) der Batterie [(9)] über Pol 101 und 102 des Impulsgenerators (100) angeschlossen. Hierbei sind der Kondensator (4) in entladenem Zustand und die Schalter (10 und 20) geöffnet. Auf diese Weise kann der Impulsgenerator (100) an die Batterie angeschlossen werden, ohne dass diese sich wieder entlädt (z. B. im Ruhezustand). Dies ist deshalb von Vorteil, weil es Augenblicke geben kann, in denen – obwohl der Impulsgenerator (100) an die Batterie (9) angeschlossen ist – keine Impulse generiert werden (z. B. weil der Benutzer vergessen hat, die Vorrichtung auszuschalten); hierdurch wird in solchen Situationen einer Entladung der Batterie (9) vorgebeugt.
- – Danach sorgt die Kontrollvorrichtung (7) das Schließen des ersten Schalters (10); Schalter 20 bleibt hierbei in geöffnetem Zustand – somit entsteht der erste elektrische Stromkreis. Der Kondensator (4) wird durch den ersten Strom (I1) mit aus der Batterie (9) zufließendem Strom geladen.
- – Nachdem ein zuvor festgelegter (und personalisierbarer) Zeitraum vergangen ist, öffnet sich Schalter 1 (10), während Schalter 2 (20) sich schließt – so entsteht der zweite elektrische Stromkreis (der erste Stromkreis wird unterbrochen). Der Kondensator (4) beginnt, mit dem über den induktiven Blindwiderstand (5) fließenden, zweiten Strom (I2) entladen zu werden. Aufgrund der elektrischen Eigenschaften induktiver Blindwiderstände ist der ursprüngliche Wert des zweiten Stroms (I2) gleich Null; dieser Wert steigt jedoch allmählich an, und zwar in Abhängigkeit vom im Kondensator (4) und dem Wert des induktiven Blindwiderstandes (5) gespeicherten Strom.
- – Nachdem eine bestimmte (personalisierbare) Ladezeit verstrichen ist, öffnet sich Schalter 2 (20); Schalter 1 (10) bleibt weiterhin offen – so entsteht der dritte Stromkreis (der zweite Stromkreis wird unterbrochen). Aufgrund des Vorhandenseins des induktiven Blindwiderstandes (5) entsteht ein dritter Strom (I3), der über die Sperre (6) zu Pol 1 (101) gelangt; dieser dritte Strom wird allmählich schwächer und geht gegen Null. Der dritte Strom (I3) ist der im Impulsgenerator (100) erzeugte, der Batterie (9) zugeführte Pulsstrom (Stromimpuls P).
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Die Steuervorrichtung (7) kann ebenfalls so an den Kondensator (4) angeschlossen sein, dass eine Stromversorgung aus dem Kondensator (4) erfolgt. Dadurch ist am Impulsgenerator (100) keine interne Stromversorgung mehr erforderlich – die technische Gestaltung wird einfacher und kostengünstiger. In diesem Fall kann Schalter 1 (10) im Ruhezustand geschlossen sein, wodurch in dem Moment, in dem man den Impulsgenerator (100) an die Batterie (9) anschließt, mit dem Aufladen des Kondensators (4) begonnen wird; auch die Steuervorrichtung (7) wird nun mit Strom versorgt. Deshalb kann der Impulsgenerator (100) auch mit einem (auf den Abbildungen nicht gezeigten) niederohmigen Widerstand zwischen Pol 1 (101) und dem Kondensator (4) versehen sein.
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Die Steuervorrichtung (7) ist vorzugsweise als periphere Schnittstelle (kurz „PIC” genannt) ausgeführt; es kann sich aber auch um eine andere Vorrichtung handeln, deren Rechen- und Programmierleistung so beschaffen ist, dass es möglich wird, das Schließen und Öffnen von Schalter 10 und 20 (sowie die Zeit, während derer diese geöffnet und/oder geschlossen bleiben) und die Impulse der zu generierenden Ströme (P) an die bestehenden Anforderungen (Art der Batterie, Ladung etc.) anzupassen.
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Bei Schalter 10 und 20 kann es sich beispielsweise um MOSFET-Transistoren handeln, bei denen die Steuervorrichtung (7) unmittelbar an die Basis der Transistoren angeschlossen ist, um den Durchfluss von Strom durch den Transistoren-Emitter und -Kollektor zu ermöglichen bzw. zu blockieren (Öffnen bzw. Schließen der Schalter 10 und 20).
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Darüber hinaus kann der Impulsgenerator (100) mit einem (auf den Abbildungen nicht dargestellten) Anschluss für Peripheriegeräte wie z. B. einen PC ausgestattet sein; die Steuervorrichtung (7) ist elektrisch mit diesem Anschluss verbunden. Auf diese Weise kann man vom Peripheriegerät aus ganz einfach die erforderlichen Zeiten programmieren, die Schalter 10 und 20 brauchen, um die jeweils erforderlichen Stromimpulse (P) zu erzeugen. Über die Steuervorrichtung (7) lassen sich hier nicht nur Zeiteinstellungen vornehmen, sondern auch andere Arten von Parametern wie z. B. die Frequenz der Stromimpulse (P) (welche in direktem Zusammenhang mit diesen Zeiten steht), die Anzahl der in jedem Zeitraum zu generierenden Stromimpulse (P) sowie die Ruhezeit (TR) zwischen den einzelnen benachbarten Impulsfolgen (TP) einstellen; in dieser Zeit werden keinerlei Pulse erzeugt. Die hier in 7 exemplarisch dargestellte Ruhezeit (TR) hängt von der Frequenz und Anzahl der Stromimpulse (P) pro Zeiteinheit ab, definiert als Zeitraum, in dem der Impulsgenerator (100) keine Stromimpulse (P) mehr erzeugt (Ruhezeitraum), wodurch einer unerwünschten Erhitzung vorgebeugt werden soll. Gewählt wird hier vorzugsweise ein USB-Anschluss; es kann auch ein anderer, ggf. sogar ein kabelloser Anschluss (Wi-Fi) eingesetzt werden.
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Der Impulsgenerator (100) kann darüber hinaus noch eine Schutzvorrichtung (104) – wie die z. B. in 8 gezeigte – umfassen, die Falschanschlüsse an der Batterie (9) meldet (Verpolungsschutz); zu Falschanschlüssen kann es kommen, wenn Pol 1 (101) an den Minuspol (92) bzw. Pol 2 (102) an den Pluspol (91) angeschlossen wird. Die Schutzvorrichtung (104) umfasst vorzugsweise eine LED-Anzeige (105), die direkt an Pol 1 (101) und Pol 2 (102) angeschlossen ist; die Anzeige leuchtet nur dann auf, wenn der Impulsgenerator (100) ordnungsgemäß an die Batterie (9) angeschlossen wurde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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