DE2400901C2 - Method and device for measuring the discharge status of batteries - Google Patents

Method and device for measuring the discharge status of batteries

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DE2400901C2 DE19742400901 DE2400901A DE2400901C2 DE 2400901 C2 DE2400901 C2 DE 2400901C2 DE 19742400901 DE19742400901 DE 19742400901 DE 2400901 A DE2400901 A DE 2400901A DE 2400901 C2 DE2400901 C2 DE 2400901C2
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Wilhelm Dipl.-Ing. 8521 Weiher Heinrich
Klaus 8500 Nürnberg Lippenberger
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Mueller & Weigert 8500 Nuernberg De GmbH
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Mueller & Weigert 8500 Nuernberg De GmbH
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    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
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    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
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Description

Der Ladezustand einer Sammlerbatterie kann durch die Messung ihrer Klemmenspannung bestimmt werden. Um auch bei wechselnder Größe des Entladestromes aus den Angaben des Spannungsmessers einen sicheren Schluß auf den Ladezustand einer Batterie ziehen zu können, geht ein Vorschlag in der deutschen Patentschrift 6 48 836 dahin, außer dem normalen Spannungsmeßstrom auch einen Teil des Entladestromes durch die Spule des Spannnungsmessers fließen zu lassen. Hierbei wird in einem Drehspulmeßwerk mit zwei Wicklungen eine Summenmessung aus Klemmenspannung und Spannungsabfall eines vom Entladestrom durchflossenen Nebenwiderslandes durchgeführt.The state of charge of a collector battery can be determined by measuring its terminal voltage. In order to get one from the information on the voltmeter even if the size of the discharge current changes To be able to draw a reliable conclusion about the state of charge of a battery is a suggestion in the German Patent 6 48 836 there, in addition to the normal voltage measurement current, also part of the discharge current to flow through the coil of the tension meter. This is done in a moving coil measuring mechanism two windings a sum measurement of terminal voltage and voltage drop of one of the discharge current carried out by the tributary of the rivers flowed through.

Insbesondere bei Anwendung an Elektrofahrzeugen ist diese Meßart ungünstig, weil das empfindliche Drehspulmeßwerk hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird. Hinzu kommt, daß das Abgleichen am Nebenwiderstand des Meßkreises umständlich ist. Außerdem besitzt ein entsprechend aufgebauter Entladezustandsanzeiger keine Speicherfähigkeit, d. h. er täuscht bei scheinbarer Kapazitätszunahme, die durch Ruhezeiten oder Bremsvorgänge entstehen, eine höhere Kapazität vor als tatsächlich vorhanden ist.This type of measurement is particularly unfavorable when used on electric vehicles because it is sensitive Moving coil measuring mechanism is exposed to high mechanical loads. In addition, the comparison on Shunt resistance of the measuring circuit is cumbersome. It also has a correspondingly constructed discharge status indicator no storage capacity, d. H. it deceives through the apparent increase in capacity Rest periods or braking processes arise, a higher capacity than actually exists.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Mängel zu beseitigen1. Dies wird durch einThe invention is based on the object of eliminating the deficiencies indicated 1 . This is done through a

ίο Verfahren zum Messen des Entladezustandes von Batterien durch Summierung der Batterieklemmenspannung und des Spannungsabfalles an einem vom Entladestrom durchflossenen Neb'enwiderstand, wobei die Meßwerte gegebenenfalls verstärkt werden, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Summenspannung, insbesondere nach vorangegangener Verstärkung, mit einer Referenzspannung verglichen wird und daß eine etwaige Abweichung cjurch Änderung der Referenzspannung ausgeglichen wird, und daß diese Änderung der Referenzspannung angezeigt wird, wobei die Referenzspannung bei vollepi Ladezustand der Batterie auf den hundertprozentigen Ladezustand eingestellt wird, und wobei ferner der Nebenwiderstand auf den Wert des Batterieinnenwiderstandes eingestellt wird. Das Abgleichen des Nebenwiderstandes auf den Wert des Batterieinnenwiderstandes empfiehlt es sich dann, wenn sowohl die Batterieklemmenspannung als auch der Spannungsabfall am Nebenwiderstand verstärkt werden, durch entsprechendes Ändern der Spannungsverstärkung zu bewirken.ίο Procedure for measuring the state of discharge of Batteries by adding up the battery terminal voltage and the voltage drop at one of the The secondary resistance flowing through the discharge current, the measured values possibly being amplified, according to the invention achieved by the fact that the total voltage, especially after previous amplification, is compared with a reference voltage and that any deviation cj by changing the Reference voltage is compensated, and that this change in the reference voltage is displayed, wherein the reference voltage at full pi charge level of the battery to the one hundred percent charge level is set, and the shunt resistance is also set to the value of the battery internal resistance will. It is advisable to adjust the shunt resistance to the value of the internal battery resistance when both the battery terminal voltage and the voltage drop across the shunt increase by changing the voltage gain accordingly.

Ein vorteilhaftes Gerät zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch ein vom Ausgang eines Komparators gesteuertes, von einem Servomotor antreibbares Potentiometer zum Abgreifen der Referenzspannung aus, wobei als Eingang des Komparators einerseits die Summenspannung, andererseits die Referenzspa nnung dienen.An advantageous device for carrying out the method is characterized by a from the output of a Comparator-controlled potentiometer, which can be driven by a servomotor, for tapping the reference voltage off, with the input of the comparator on the one hand the sum voltage and on the other hand the Serve reference voltage.

Als Servomotor kann ein Federmotor oder ein pneumatischer Motor oder auch ein Elektromotor dienen. Der Servomotor soll allerdings nur in einer festgelegten Drehrichtung betreibbar sein, um auf diese Weise eine Speicherfähigkeit zu erhalten.A spring motor or a pneumatic motor or an electric motor can be used as the servomotor to serve. The servomotor should, however, only be operable in a defined direction of rotation in order to access this Way to get a storage ability.

Besonders günstig ist es, mit dem Servomotor starr den Antrieb des Zeigers einer den Ladezustand vermerkenden Anzeigevorrichtung zu verbinden. Aus dem vom Zeiger angegebenen Wert an der Anzeigevorrichtung läßt sich jederzeit der Ladezustand unabhängig von der Stromentnahme feststellen,It is particularly favorable to drive the pointer of the state of charge with the servomotor rigidly to connect annotating display device. From the value indicated by the pointer on the display device the state of charge can be determined at any time regardless of the current consumption,

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, die ein Schaltschema veranschaulicht.The invention is explained below with reference to the drawing, which illustrates a circuit diagram.

Von der Batterie 1 aus wird der Motor 2 angetrieben, wobei der Entladestrom / den Nebenwiderstand 3 durchfließt. Am Widerstand R 1 wird die Spannung {/& gemessen. Diese Spannung ist proportional der Klemmenspannung Ub und damit proportional der EMK E, vermindert um den Spannungsabfall am inneren Widerstand der Batterie. Dieser Spannungsabfall ist gleich dem Produkt aus Laststrom und Batterieinnenwiderstand, so daß gilt:The motor 2 is driven by the battery 1, the discharge current / shunt resistance 3 flowing through it. The voltage {/ & is measured at the resistor R 1. This voltage is proportional to the terminal voltage Ub and thus proportional to the EMF E, reduced by the voltage drop across the internal resistance of the battery. This voltage drop is equal to the product of load current and internal battery resistance, so that:

Ub1=Ub=E-I- R1.Ub 1 = Ub = EI- R 1 .

Am Widerstand fo wird der Spannungsabfall am Nebenwiderstand 3 gemessen, also:The voltage drop across the shunt resistor 3 is measured at the resistor fo, i.e.:

Diese beiden Spannungswerte werden über die Verstärker I und II auf die Werte Ub0 und Us0 gebracht. Diese beiden Werte werden alsdann dem Summenver-These two voltage values are brought to the values Ub 0 and Us 0 via the amplifiers I and II. These two values are then added to the summation

stärker ΠΙ zugeleitet, der die Summierung vornimmt. Dabei ergibt sich:stronger ΠΙ supplied, which carries out the summation. This results in:

Um0 = E-I -R1+!-R,. Um 0 = EI -R 1 +! - R ,.

(G)(G)

Wenn die Batterie 1 durch Entnahme unterschiedlieh starker Ströme / belastet und der verstellbare Abgriff des Nebenwiderstandes 3 so verstellt werden, daß UiU0 bei verschiedenen Stromstärken gleich bleibt, dann wirdIf the battery 1 is loaded by drawing different currents / and the adjustable tap of the shunt resistor 3 is adjusted so that UiU 0 remains the same for different currents, then

Unter dieser Bedingung heben sich in der Gleichung G die Glieder / · R, und / · Rs auf. Es wird somitUnder this condition, the terms / · R, and / · R s cancel each other out in equation G. So it becomes

Unio = E. Unio = E.

1515th

2020th

Das bedeutet, daß in diesem Fall die EMK E unabhängig von der Stromentnahme angegeben wird. Der dem Summenverstärker III nachgeschaltete Komparator IV vergleicht die Ausgangsspannung des Summenverstärkers III mit der Referenzspannung URet u die bei Beginn der Messung auf den hundertprozentigen Ladezustand eingestellt worden ist. Bei Absinken der Batteriekapazität gibt der Komparator /V den Servomotor 4 frei, so daß dieser das Potentiometer 5 verstellt. Die Verstellung erfolgt so lange, bis die Referenzspannung einen Wert erreicht hat, welcher der augenblicklichen Ladekapazität entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird der Servomotor 4 vom Komparator IV aus wieder angehalten. Mit der Abtriebswelle des Servomotors 4 ist starr der Antrieb des Zeigers 6 der Anzeigevorrichtung 7 verbunden. Durch entsprechende Beschallung wird erreicht, daß der Servomotor 4 nur in Richtung der fallenden Kapazitätsanzeige laufen kann.This means that in this case the EMF E is given independently of the current consumption. The comparator IV connected downstream of the summing amplifier III compares the output voltage of the summing amplifier III with the reference voltage URet u which was set to the one hundred percent state of charge at the beginning of the measurement. When the battery capacity drops, the comparator / V releases the servomotor 4 so that it adjusts the potentiometer 5. The adjustment takes place until the reference voltage has reached a value which corresponds to the current charging capacity. If this is the case, the servomotor 4 is stopped again from the comparator IV. The drive of the pointer 6 of the display device 7 is rigidly connected to the output shaft of the servomotor 4. Corresponding sound ensures that the servomotor 4 can only run in the direction of the falling capacity display.

Die Referenzspannung wird so eingestellt, daß bei vollem Ladezustand der Batterie 1 der Zeiger 6 an der Anzeigevorrichtung 7 den hundertprozentigen Ladezustand anzeigt. Bei sinkendem Ladezustand erhält der Komparator IV vom Summenverstärker III eine verminderte Summenspannung, so daß die Referenzspannung verringert wird, was an der Anzeigevorrichtung 7 ablesbar ist. Diese kann unmittelbar in Prozent des Ladezustandes geeicht sein.The reference voltage is set so that when the battery 1 is fully charged, the pointer 6 on the Display device 7 shows the one hundred percent charge level. When the charge level drops, the Comparator IV from the sum amplifier III a reduced sum voltage, so that the reference voltage is reduced, which can be read on the display device 7. This can be directly expressed as a percentage of the state of charge must be calibrated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Messen des Entladezustandes von Batterien durch Summierung der Batterieklemmenspannung und des Spannungsabfalles an einem vom Entladestrom durchflossenen Nebenwiderstand, wobei die gemessenen Spannungswerte gegebenenfalls verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Summenspannung, insbesondere nach vorangegangener Verstärkung, mit einer Referenzspannung verglichen wird und daß eine etwaige Abweichung durch Änderung der Referenzspannung ausgeglichen wird und daß diese Änderung der Referenzspannung angezeigt wird, wobei die Referenzspannung bei vollem Ladezustand der Batterie auf den hundertprozentigen Ladezustand eingestellt wird und wobei ferner der Nebenwiderstand auf den Wert des Batterieinnenwiderstandes eingestellt wird.1. Method of measuring the state of discharge of batteries by summing the battery terminal voltage and the voltage drop across a shunt resistor through which the discharge current flows, wherein the measured voltage values are amplified if necessary, characterized in that that the sum voltage, in particular after previous amplification, is compared with a reference voltage and that any deviation is compensated for by changing the reference voltage and that this Change in reference voltage is displayed, with the reference voltage at full charge the battery is set to the one hundred percent state of charge and furthermore the Shunt resistance is set to the value of the battery internal resistance. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl die Batterieklemmenspannurig, als auch der Spannungsabfall am Nebenwiderstand verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgleichen des Nebenwiderstandswertes auf den Wert des Batterieinnenwiderstandes durch entsprechendes Ändern der Spannungsverstärkung durchgeführt wird.2. The method of claim 1, wherein both the battery terminals tension and the voltage drop be reinforced at the shunt resistance, characterized in that the balancing of the Change the secondary resistance value to the value of the internal battery resistance by changing it accordingly the voltage amplification is carried out. 3. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein vom Ausgang eines dem Summenverstärker (III) nachgeschalteten Komparators (IV) gesteuertes, von einem Servomotor (4) antreibbares Potentiometer (5) zum Abgreifen der Referenzspannung.3. Apparatus for performing the method according to claim 1 and 2, characterized by a from Output of a comparator (IV) connected downstream of the summing amplifier (III) controlled by a Servomotor (4) drivable potentiometer (5) for picking up the reference voltage. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Servomotor (4) ein Federmotor dient.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that a spring motor is used as the servo motor (4). 5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Servomotor (4) ein Elektromotor dient.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that an electric motor is used as the servomotor (4). 6. Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (4) nur in einer festgelegten Drehrichtung betreibbar ist.6. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the servomotor (4) can only be operated in a fixed direction of rotation. 7. Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Ladezustand wiedergebende Anzeigevorrichtung (7) mit einem vom Servomotor (4) verstellbaren Zeiger (6).7. Device according to one or more of the preceding claims, characterized by a display device (7) showing the state of charge with one of the servomotor (4) adjustable pointer (6).
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