DE2321108B2

DE2321108B2 - Einrichtung zur ueberwachung des entladezustands einer batterie

Info

Publication number: DE2321108B2
Application number: DE19732321108
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 2800 Bremen Albert
Original assignee: Elektron Fabrik für physikalischtechnische Geräte Kerber & Co., 2800 Bremen
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1976-06-16
Also published as: IT1018647B; GB1456603A; FR2227652B3; SE391421B; FR2227652A1; DE2321108A1

Description

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"'· Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Entladezustands einer Batterie, mit einem der Batterie zugeordneten Strommeßshunt zur Kompensation der Klemmenspannung im Hinblick auf den Laststrom und der Auswirkungen der Frequenz einer gegebenenfalls an die Batterie angeschlossenen Impulssteuerung.

Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit der Kontrolle des Entladezustands von Traktionsbatterien. Um eine Batterie vor Schädigung zu schützen, muß bei einer Mindestspannung, der sogenannten Entladeschlußspannung, die Entladung beendet werden. Die ' Entladeschlußspannung liegt bei 80%iger Entladung einer Batterie. Es geht nun darum, bei Erreichen der Entladeschlußspannung die erforderlichen Maßnahmen einzuleiten, durch die eine weitere Entladung der Batterie vermieden wird.

'- Ein Problem besteht darin, daß die Klemmenspannung einer Batterie auf Grund des Innenwiderstandes derselben von der Strombelastung abhängig ist. Dieser Innenwiderstand der Batterie ist bis zu 80% Entladung einer Batterie nahezu konstant.

Um die Eigenspannung einer Batterie (EMK-Elektromotorische Kraft) kontinuierlich bei unterschiedlicher Strombelastung zu messen, muß der jeweilige Spannungsabfall am Innenwiderstand der Batterie berücksichtigt werden.

Hei einer Hinrichtung der eingangs genannten An, die aus der DT-AS 15 13 105 bekannt ibt, werden die Betriebsspannung der Batterie und der am Strommeß· shunt verursachte Spannungsabfall transistorisch miteinander verglichen, wobei lediglich eine Spannung der Basis-Emittcr-Spannung des Transistors Überlagert wird. Diese bekannte Einrichtung weist jedoch den Nachteil auf, d*ß sie einen Meßshunt mit definierter Meßleitung erfordert. Ferner weist diese Einrichtung den Nachteil auf, daß zusätzlich zu der Meßeinrichtung mit dem Relais ein besonderer zeitverzögernder Schaltbaustein erforderlich ist, um kurze Entladungsstöße, vor Erreichen der Grenze der Normalentladung, eliminierend zu überbrücken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit der auf einfache und zuverlüssige Weise bei der Überwachung des Ladezustands der Batterie der Spannungsabfall am Innenwiderstand derselben berücksichtigt wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung bei Einrichtungen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß einem festen Strommeßshunt ohne definierte Meßleuung ein Differenzverstärker mit einstellbarem * Verstärkungsfaktor nachgeschaltet ist.

Die erfiiidungjgemäße Einrichtung geht davon aus, daß die Klemmenspannung der Batterie mit der Spannung am Strommeßshunt verglichen wird. Die Spannungsdifferenz dient zur Bestimmung des Ladezu- 5- > stands.

Bei der Erfindung wird durch die Verwendung eines nachgeschalteten Differenzverstärkers mit einstellbarem Verstärkungsfaktor ein festes Strommeßshunt ohne definierte Meßleitung ermöglicht.

Dieses ist im Aufbau und in der Anwendung wesentlich einfacher als die bisher für diesen Zweck ausschließlich üblichen veränderbaren Shunts. Die vom Verstärker kommende Ausgangsspannung wird am Vergleichspunkt mit der Batteriespannung verglichen. Die hier sich ergebende Spannungsdifferenz wird über ' Differenzverstärker einmal zur optischen Anzeige des Ladezustands der Batterie, zum anderen aber auch zur Beaufschlagung von Relais verwendet, die als Warnbzw. Abschaltcignale oder für andere Zwecke ausgewertet werden können. Die Einrichtung ist dabei sowohl bei welliger Belastung der Batterie (Impulsbelastung) wie auch bei kontinuierlicher Belastung einsetzbar. Die jeweilige Eigenspannungsmessung der Batterie ist ein Maß für die noch vorhandene Kapazität. Die Relaissignale werden dabei zweckmäß'srerweise so ausgewertet, daß neben einer ständigen Anzeige der Batteriekapazität die Einrichtung bei einer etwa 80°/cigen Entladung der Batterie ein Relaissignai liefert, welches vorzugsweise um etwa 45 sek zeitverzögert ist. Ein weiteres Relaissignal wird unterhalb der Entladeschwelle der Batterie erzeugt.

Dem Verstärker für die Shuntspannung ist ein Spannungswandler, insbesondere ein Eintaktwandier, zugeordnet, der eine höhere Spannung als die Batteriespannung erzeugt und damit einen driftfreien, stabilen Arbeitspunkt ermöglicht. Dadurch können die Klemmenspannung im Hinblick auf den Laststrom und die Auswirkungen der Frequenz einer eventuellen Impulssteuerung besser kompensiert werden.

Dem Vergleichspunkt für die Batteriespannung und die Anschlußspannung des Verstärkers ist ein Potentiometer zugeordnet, mit dessen Hilfe die Grenzspannung für das Entladen der Batterie eingestellt werden kann, ohne daß die nachfolgenden Arbeitspunkte in ihrer

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Schaltung verändert werden.

Aus den Unteninspruchcn gehen vorteilhafte Weiter bildungen der Erfindung hervor. Nachfolgend werden weitere Einzelheiten an Hand eines zeichnerisch •torgesiellien Schaltbildes näher erliUitert. Bs zeigt

Fig. I die Anordnung der Überwachungseinrichtung im Antriebssystem als Schaltbild,

F i g. 2 ein Schaltbild der Überwachungseinrichtung.

Die einrichtung ist an den Pluspol einer Batterie 10 mit dem Anschluß 11 und den Minuspol der Batterie mit dem Anschluß 12 der Batterie 10 anzuschließen. In der Plus-Leitung dir Batterie fO ist ein handelsübliches festes Stroinincßshunt 15 ohne definierte Meßleitung (500 A/60 mV) angeordnet, dessen Meßanschlüsse an Anschlüsse IJ und 14 der Schaltung anschließen.

fließt nun ein Laststrom aus der Batterie 10 (Stromflußrichtiing im Strommeßshunt 15 von Anschluß

14 nach Anschluß 13), 50 wird an dem Strommeßshuni

15 ein Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall wir-J in einem Verstärker 16 verstärkt, wobei der üo

^Verstärkungsfaktor mit dem Potentiometer 17 eingestellt wird. Durch den einstellbaren Verstärkungsfaktor "fet eine Anpassung an den Innenwiderstand der Batterie IO möglich.

Widerstände 18, 19 und Kondensatoren 20 und 21 »ind externe Schaltungselemente des Verstärkers 16. Sie dienen zur Frequenzbegrenzung des Verstärkers J6 und zum Schutz vor Überspannung an den Eingängen 13 und 14 des Verstärkers 16.

Die am Ausgang des Verstärkers 16 entstehende Spannung wird über einen Widerstand 22 einem .Vergleichspunkt 23 zugeführt. Diesem Vergleichsp'inkt "'23 wird auch die Klemmenspannung der Batterie 10 über einen Widerstand 24 zugeführt. Heben sich jetzt der SpannxRgsabfall am Widerstand 24 und der Spannungshub am Widerstand 22 (verstärkte Spannung des Scrommeßshuntes 15 am Ausgang des Verstärkers 16) gegeneinander auf, so entsteht über dem Widerstand 25 und dem Potentiometer 26 eine konstante Verg'.eichsspannung (Vergleichspunkt 23).

Erst v/enn sich die Klemmenspannung der Batterie unabhängig vom Laststrom verändert (und damit die Restkapazität), so ändert sich such die Spannung les Vergleichspunktes 23. Damit der Verstärker 16 einwandfrei arbeitet, braucht er eine Spannung am -Anschluß 27, die höher als die Batteriespannung ist. Aus diesem Grunde wird mit einem Eintaktwandler 28 (Übertrager 29, Transistor 30, Diode 31, Widerstand 32, Widerstand 33 und Kondensator 34) eine Spannung am Kondensator 35 erzeugt, die im Zusammenwirken mit der Spannung auf dem Kondensator 36 höher als die Batteriespannung ist. Dadurch wird ein driftfreier, stabiler Arbeitspunkt erzielt.

Eine Zenerdiode 37 dient zur Begrenzung der

Spannung des Eintaktwandlers 28.

* Die Spannung des Vergleichspunktes 23 wird durch einen nachgeschalteten Tiefpaß 38 (W-derstand 39 und 40 und Kondensator 41 und 42) geglättet. Es wird eine Aussiebung von Störungen bewirkt. Zur Pegelanpitssung an die michgeschalieten Bausteine 43, 44,45 wird die Spannung des Vergleichspunktes 23 einer Trennsuife 46 (Emiiterfolger), bestehend aus dem Transistor 48 und 43« und dem Widerstund 49 zugeführt,

Eine; stiibilc Spannungsversorgung für dicTrennstul'e 4ö sowie für die Bausteine 43, 44 und 45 und Relais 50 und 51 wird durch einen Spannungskonslnntcrbaustcin 52 iin dessen Anschluß 53 erzeugt. Der Kondensator 36 dient zur Glättung dieser Spannung. Auf die Spannung dieses Bausteines 52 ist die Ausgangsspannung des Einwiktwandlers 28 (Wicklung 54) zur Versorgung des Bausteines 16 aufgesetzt. Der Baustein 43 bewirkt mit einem •!(!geschlossenen Meßinstrument 55 eine Anzeige der Spannungsänderung des Vergleichspunktes 23.

Über einen Widerstand 56 wird dem Baustein 43 die Vergleichsspannung zugeführt. Ändert sich jetzt diese Spannung, so rinden sich entsprechend der eingestellten Verstärkung des Bausteines 43 (Baustein 43 ist ein Differenzverstärker, dessen Verstärkungsfaktor mit einem Widerstand 57 und 58 festgelegt ist) die Ausgangsspannung. Diese Änderung ist ein Maß für die Kapazitätsänderung der Batterie.

Die Nullpunkteinjustierung des Differenzverstärkers

43 erfolgt mit einem Potentiometer 59. Da die Skala des Anzeigeinstrumentes 55 mit einer M .ierung bei einer 80% entladenen Batterie versehen ist, kann abgelesen werden, wann eine Batterie entladen ist.

Mit dem Potentiometet 26 kann die Spannung des Vergleichspunktes 23 variiert werden, somit also die Entladeschlußspannungsanzeige des Anzeigeinstrumentes 55 verändert werden, ohne daß sich die Arbeitspunkte am Baustein 43,44 und 45 zueinander verstellen.

Über einen Widerstand 60 wird der Differenzverstärker 45 am Anschluß 61 angesteuert. Sobald die Spannung am Anschluß 61 die am Anschluß 62 des Differenzverstärkers 45 mit einem Potentiometer 63 eingestellte Spannung unterschreitet, wird ein Ausgang 64 des Differenzverstärkers 45 angeschlossen. Über Widerstände 65 und 66 wird ein Kondensator 67 aufgeladen, bis die Referenzspannung einer Zenerdiode 68 erreicht ist. Eine Transistorstufe 69 und 70 steuert durch und das Relais 51 zieht an und öffnet seine Kontakte. Die Zeitverzögerung durch den Kondensator 67 und den Widerstand 66 beträgt etwa 45 sek. Die Einstellung des Differenzverstärkers 45 erfolgt so, daß z. B. bei 80% Entladung der Batterie (Markierung auf dem Anzeigeinstrument)das Relais 51 anspricht.

üoer einen Widerstand 71 wird die Diflerenzstufe mit dem Baustein 44 am Anschluß 72 gesteuert. Unterschreitet die Spannung am Anschluß 72 die Spannung am Anschluß 73. die mit einem Potentiometer 74 eingestellt wird, so schaltet dieser Differenzverstärker

44 am Ausgang (Anschluß 75) von »plus« nach »minus« durch, so daß nun das Relais 52 sofort anzieht und seine Kontakte öffnet. Das Relais 52 ist in bezug zur Anzeigeskala des Intrumentes 55 so eingestellt, daß es am Ende des Anzeigebereiches anspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung *ur Kontrolle und Überwachung des EniladRzustarsdes einer Baeerie mit einem Strommeßshum zur Kompensation der Klemmenspannung im Hinblick auf den Laststrom und der Auswirkungen der Frequenz einer gegebenenfalls an die Batterie angeschlossenen Impulssteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß einem festen Strommeßshunt (15) ohne definierte Meßleitung ein Differenzverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor nachgeschaltet ist,

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungswandler, insbesondere Eintaktwandler (28), so eingeschaltet ist, daß zur Erzielung eines driftfreien, stabilen Arbeitspunktes eine höhere Spannung als die Batteriespannung erzeugt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Vergleichspunkt (23) für die ßatteriespannung und die Anschlußspannung des Verstärkers (16) ein Potentiometer (26) so angeschlossen ist, daß die Grenzspannung für das Entladen einstellbar ist ohne Veränderung der anderen Arbeitspunkte in der Schaltung.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß einem Meßinstrument (55) zur Anzeige des Entladezustands der Batterie ein Differenzverstärker (43) so vorgeschaltet ist. daß ein Meßwert sehr hoher Linearität erzielbar ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kippstufen, durch die Schaltrelais steuerbar sind, dem Verstärker (16) nachgeschaltet sind und die Vergleichsspannung 3,5. zwischen Batteriespannung und Ausgangsspannung des Verstärkers (16) die Kippstufen steuert.