DE2413818C3 - Einrichtung zum Feststellen des Ladezustandes einer Akkumulatorbatterie - Google Patents

Description

eine von dem zweiten Oszillator (14) angesteuerte 20 erfordert aber eine konstruktive Änderung des her-Stufe zur Temperaturbewertung der Anzeige kömmlichen Batteriebehälters, was unerwünscht ist. vorgesehen ist. Zudem eignet sich diese Einrichtung nur zur Messung

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- größerer Dichteänderungen.

zeichnet, daß die Stufe im Ausgangskreis des Es sind des weiteren Einrichtungen bekannt, bei

Demodulators (19) eine Stromquelle ist, die einen 25 denen die Flüssigkeitsdichtemessung mittels eines

kapazitiven Meßfühlers durchgeführt wird, dessen dichteabhängige Änderung seiner Dielektrizitätskonstanten bzw. seines Verlustwinkels mittels eines Brücke gemessen und angezeigt wird. Diese Einrichtungen

differenzierendes KC-Glied vorgesehen ist, dem eine 30 haben den Nachteil, daß zur Messung insbesondere einen Effektivwert bildende Stufe nachgeschaltet ist. kleiner Änderungen dieser Größen, wie sie bei der

Säuredichte einer Akkumulatorbatterie vorkommen, aufwendige und teure Präzisionsbrücken erforderlich sind. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß in dem in der

dem Meßstrom entgegengesetzten Strom durch das Anzeigeinstrument (20) leitet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Demodulator (19) ein

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Effektivweit bildende Stufe durch das Anzeigeinstrument substituiert ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 35 Akkumulatorbatterie vorliegenden Dichtebereich der

dadurch gekennzeichnet, daß der der Referenzsäure zugeordnete Meßfühler (2) von einem mit der Referenzsäure gefüllten Topf (12) umgeben ist, der mit dem Meßfühler (2) eine Baueinheit bildet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum
Feststellen des Ladezustandes einer Akkumulatorbatte- 45 Einrichtung kann eine genaue

rie, insbesondere der Batterie eines Kraftfahrzeugs, durch Messung der Säuredichte mit einem in die Säure eingetauchten kapazitiven Meßfühler, der ein schwingungsbestimmendes Element eines ersten Oszillators ist, einem zweiten, ein Referenzsignal erzeugenden Oszillator und einer den beiden Oszillatoren nachgeschalteten Modulationsstufe, die ein von der Differenz der beiden Oszillatorfrequenzen abhängiges Ausgangssignal an einen Demodulator abgibt, in dessen Ausgangskreis ein Anzeigeinstrument liegt.

Zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit ist eine Einrichtung bekannt, bei der der Druck der in einem Meßgefäß befindlichen Flüssigkeit unter Konstanthaltung des Flüssigkeitsstandes ermittelt wird. Bei konstan-Verlustwinkel ein Minimum durchläuft, also eine Funktion besitzt, die nur unter hohem Aufwand auswertbar ist.

Bei einer weiteren bekannten Einrichtung ist ein Kondensator vorhanden, zwischen dessen Kondensatorplatten sich ein Strömungsmedium befindet und der ein schwingungsbestimmendes Element eines Oszillators ist, dessen Frequenz durch Variation der Dichte des Strömungsmediums geändert wird Mit einer solchen

Bestimmung geringer

Dichteschwankungen, wie sie bei der Messung der Säurediche in einer Akkumulatorbatterie auftreten, nicht bzw. nur mit einem erheblichen elektronischen Aufwand durchgeführt werden.

Eine andere bekannte Einrichtung, die ebenfalls einen kapazitiven Meßfühler aufweist, der ein schwingungsbestimmendes Element eines ersten Oszillators ist, besitzt einen zweiten, ein Referenzsignal erzeugenden Oszillator, dessen Ausgangssignal mit dem des ersten Oszillators einem Mischer zugeführt wird. In dem Mischer wird ein von der Differenz der beiden Oszillatorfrequenzen abhängiges Signal erzeugt, das einem Demodulator zugeführt wird, der mit einem

Anzeigeinstrument in Verbindung steht. Durch die ter Temperatur der Flüssigkeit ist dann die Dichte dem 60 Verwendung tines ein Referenzsignal erzeugenden so gemessenen Flüssigkeitsdruck proportional. Diese Oszillators wird erreicht, daß auch kleinste Kapazitätsänderungen einwandfrei erfaßt werden. Bei einer anderen bekannten Einrichtung erfolgt die Messung der Dichte eines Strömungsmittels mittels des Vibrations-65 prinzips. Die Einrichtung umfaßt zwei Vibrationssysteme, von denen das eine als Vibrationszylinder, durch den das Strömungsmittel hindurchfließt, ausgebildet und das andere in einer allseits abgeschlossenen Kammer

Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie einen relativ großen Platzbedarf haben und darüber hinaus nur in den Fällen verwendet werden können, wenn ein konstanter Flüssigkeitsstand im Meßgefäß aufrechterhalten werden kann. Sie eignen sich infolgedessen nicht zur Messung der Säuredichte von Akkumulatorbatterien, da sich in diesen der Säurestand ändert.

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konzentrisch zu einem Durchflußrohr angeordnet ist. derartige Lösung bietet den Vorteil, daß mit ihr

Die allseits geschlossene Kammer ist mit einem inerten gleichzeitig auch das bei sehr geringen Differenzfre- Gas bestimmten Drucks gefüllt Diose Einrichtungen quenzen auftretende Schwingen des Zeigers des

haben den Nachteil daß sie aufwendig und teuer sind Anzeigeinstruments beseitigt werden kann. Der Basis-

und sowohl aufgrund ihrer komplizierten Handhabung 5 strom wird hierbei so groß gewählt, daß das vom

als auch im Hinbhck auf ihr Bauvolumen und ihren Anzeigeinstrument gebildete Strom-Zeit-lntegral für

konstruktiven Aufbau fur die vorliegenden Zwecke die niedrigste vorkommende Meßfrequenz, die der

nicht geeignet sind. Hinzu kommt, daß der Temperatur- geringsten Säuredichte zugeordnet ist, gerade Null ist,

gang der Sauredichte in die Messung eingeht, d. h.. die dann also kein Zeigerausschlag erfolgt. Einrichtungen tragender Tatsache nicht Rechnung, daß _{Io ln einer} bevorzugten Ausführungsform ist der der

bei zunehmender Temperatur trotz abnehmender Referenzflüssigkeit zugeordnete Meßfühler von einem

Dichte der Säure der Akkumulatorbatterie, mehr mit der Referenzflüssigkeit gefüllten Topf umgeben, der

Ladung entnommen werden kann. Dies ist darauf mit dem Meßfühler eine Baueinheit bildet. Dieser

zurückzuführen, daß mit steigender Temperatur die erleichtert die Handhabung der Einrichtung beträcht-

Viskosität der Säure ebenfalls abnimmt, wobei dieser 15 lieh.

Effekt überwiegt. Mit ihnen kann also der Ladezustand Die Einrichtung sei anhand der Zeichnung, die in zum

nicht genau festgestellt werden. _Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel

Diese Nachteile der bekannten Einrichtungen sollen enthält, näher erläutert. Es zeigt durch die Erfindung überwunden werden. Es ist daher F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Meßfühler,

Aufgabe der Erfindung, eine Meßeinrichtung zu 20 Fig.2 einen Längsschnitt durch einen Meßfühler mil

konzipieren, bei der der Temperaturgang der Säure- einem mit der Referenzflüssigkeit gefüllten Topf und dichte aus der Messung eliminiert wird. Zudem soll die F i g. 3 ein Schaltbild der Einrichtung.

Meßeinrichtung einen Aufbau möglichst geringen Jeder der beiden für eine Einrichtung zum Messen der

Bauvolumens besitzen, der zudem einen nachtraglichen Sauredichte einer Akkumulatorbatterie vorgesehenen

Anbau der Einrichtung an eine Akkumulatorbattcrie 25 Meßfühler 1 und 2 besitzt zwei konzentrisch zueinander

ohne eine Änderung derselben gestattet. Schließlich soll angeordnete Elektroden 3 und 4, von denen jede aus

die Meßeinrichtung mit möglichst geringen Kosten einem elektrisch leitenden Metallteil 5 und einem

he; stellbar sein. Überzug 6 aus Titandioxyd besteht. Beide Elektroden 3

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Einrich- und 4 sitzen in einer Halterung 7, die als Batteriever tung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch 30 schlußstopfen ausgebildet ist. Die Halterung 7 umfaßt gelöst, daß als schwingungsbeslimmendes Element des einen Kopf 8, dessen Umfang mit einer Rändelung 9 zweiten Oszillators ein zweiter, in eine Rcfercnzsäure versehen ist und einen Gewindeabschnitt 10. der zum eingetauchter kapazitiver Meßfühler und im Ausgangs- Einschrauben der Halterung 7 in eine normalerweise für kreis des Demodulators eine von dem zweiten einen Batterieverschlußstopfen vorgesehene Gewinde-Oszillator angesteuerte Stufe zur Temperaturbewcr- 35 bohrung im Deckeides Akkumulators dient, tung der Anzeige vorgesehen ist. Der der Referenzflüssigkeit zugeordnete Meßfühler 2

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird besitzt, wie aus F 1 g. 2 hervorgehl, einen weiteren eine Meßeinrichtung erhalten, bei der bei einsprechen- Gewindeabschniu Il geringerer Querschnittsabmesder Anordnung der beiden Meßfühler der Temperatur- sung, auf den ein Topf 12 mit einem Innengewinde gang der Sauredichte aus der Messung eliminiert ist. 40 aufschraubbar ist. Der Topf 12 dient zur Aufnahme der Eine konstruktive oder eine andere wesentliche Referenzflüssigkeit, die in vorliegendem Fall Schwefel-Änderung am Batteriegehäuse ist bei der Anbringung säure mit einer Konzentration ist, wie sie der im der Einrichtung nicht erforderlich. Ein besonderer Batteriebehälter befindlichen Säure entspricht. Vorteil der Einrichtung besteht darin, daß sie im Der elektrische Teil der Einrichtung umfaßt zwei Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen ein äußerst ₄₅ Phasendifferenzoszillatoren 13 und 14, wovon lediglich geringes Bauvolumen besitzt und im Vergleich zu der einer detailliert dargestellt ist, da sie beide völlig zuletzt beschriebenen bekannten Einrichtung einen identisch aufgebaut sind, einen Modulator 15, einem wesentlich bauteilärmeren Aufbau aufweist. diesem nachgeschalteten bekannten Tiefpass 16, einen

In einer bevorzugten Ausführungsform ist als daran angeschlossenen Verstärker 17 üblicher Bauart.

Demodulator ein differenzierendes KC-Gücd vorgese- 50 einen mit diesem verbundenen Schmitt-Trigger 18

hen, dem eine einen Effektivwert bildende Stufe bekannten Aufbaus und eine Endstufe mit einem

nachgeschaltet ist. Fin solcher Demodulator hat im Demodulator 19, einem An/eigeinslrument 20 und einer

Vergleich zu anderen verwendbaren Demodulatoren gesteuerten Stromquelle 21.

den Vorteil, daß er aus wenigen Bauteilen besteht und Jeder der beiden Phasendifferenzoszillatoren 13 und

billig ist. Eine andere, etwas aufwendige Lösung besteht 55 14 besieht aus zwei Wc'twinkelphasenschiebern 22 und

darin, als Demodulator einen Frequenzspannungs- 23, die jeweils an Kollektor und Emitter eines

Wandler vorzusehen, dessen Eingang mit einem Darlingtontransistors 24 bzw. 25 liegen. Als phasenver-

Rechteckimpulse, konstanten Strom-Zeit- bzw. Span- schiebende Elemente sind im ersten Phasenschieber 22

nungs-Zeit-lntcgral erzeugenden monostabilcn Multivi- ein Widerstand 26 und die Impedanz des Meßfühlers 1

brator beschaltet und an dessen Ausgang ein Integrator 60 bzw. 2 und im zweiten Phasenschieber 23 ein

angeschlossen ist. Eine weitere Vereinfachung und Widersland 27 und ein Kondensator 28 vorhanden. Die

damit Verbilligung läßt sich dadurch erzielen, dall die Anschlüsse des Widerstandes 27 und des Kondensators

der· Effektivwert bildende Stufe durch das Anzeigein- 28 sind in bezug auf den ersten Phasenschieber 22

strumcnt substituiert ist. vertauscht, so daß am zweiten Phasenschieber 23 die

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die 65 Ausgangsspannung zur Eingangsspannung der, Phasen-Stufe im Ausgangskreis des Demodulators eine· winkel β (C, R, ω) + π hat. Die Phasenverschiebung der Stromquelle, die einen dem Mcßslrom entgegengesetz- Gesamischaltung beträgt also γ = κ +β+ π, wobei nc der ten Strom durch das Anzcigeinstrument leitet. Fine Phascnvcrschiebungswinkel des ersten Phasenschiebers

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22 ist. Der Oszillator schwingt, wenn Ausgangs- und stehende Signal enthält als niedrigste Frequenz die

Eingangsspannung phasengleich sind, also wenn γ = 2π Differenzfrequenz. Diese wird durch den Tiefpass 16,

ist. Da die beiden Darlingtontransistoren 24 und 25 der vom aktiven Typ ist, ausgefiltert,

keine Spannungsverstärkung bewirken, ist zur Erzie- Nach Verstärkung des Differenzfrequenzsignals im

lung einer stationären Schwingung eine Energierück- 5 Verstärker 17 wird dieser mittels des Schmitt-Triggers

führung erforderlich, die durch das /?C-Glied 29 in eine Impulsfolge mit Impulsen konstanter Amplitude

realisiert ist. Um eine gute Frequenzkonstanz zu umgeformt, die dem Demodulator 19 über eine

erreichen, ist ein Amplitudenregelkreis 30 vorhanden. Verstärkerstufe zugeführt wird. In diesem werden die

Dieser enthält unter anderem einen Feldeffekttransistor einzelnen Impulse mittels des tfC-Gliedes 36 differen-

31, der in den Gegenkopplungszweig des Darlington- io ziert und man erhält eine Folge von einander gleichen

transistors 25 eingeschaltet ist. Wie sich gezeigt hat. Impulsen, mit denen das Anzeigeinstrument 20 gespeist

besitzt ein derartiger Oszillator eine sehr hohe wird, das den arithmetischen Mittelwert bildet, der der

Temperaturstabilität. Differenzfrequenz proportional ist.

Aus den von den beiden Oszillatoren 13 und 14 Zur Nullpunktsunterdrückung und zur Temperaturabgegebenen Frequenzsignalen wird im Modulator 15 15 bewertung der Anzeige nach der bekannten Abhängigein Differenzfrequenzsignal gebildet, und zwar dadurch, keit des Ladungszustandes von Akkumulatorbatterien daß die beiden Signale in einer aus den beiden steht das Anzeigeinstrument 20 des weiteren mit der Widerständen 32 und 33 bestehenden Summationsschal- steuerbaren Stromquelle 21 in Verbindung, die einen tung 34 summiert werden und das so erhaltene dem Meßstrom entgegengerichteten Impulsstrom durch Schwebungssignal dem als Gleichrichter arbeitenden 20 das Anzeigeinstrument 20 schickt. Die Steuerung der Feldeffekttransistor 35 zugeführt wird. Durch die Stromquelle 21 erfolgt, wie ersichtlich, durch das Nichtlineariiät der Gleichrichtung entsteht dann unter Ausgangssignal des zweiten Oszillators 14, der dem ir anderem das Differenzfrequenzsignal. die Referenzflüssigkeit eingetauchten Meßfühler 1

Das am Ausgang des Modulators 15 zur Verfügung zugeordnet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Feststellen des Ladezustandes einer Akkumulatorbatterie eines Kraftfahrzeugs durch Messung der Säuredichte mit einem in die Säure eingetauchten kapazitiven Meßfühler, der ein schwingungsbestimmendes Element eines ersten Oszillators ist, einem zweiten, ein Referenzsignal erzeugenden Oszillator und einer, den beiden Oszillatoren nachgeschalteten Modulationsstufe, die ein von der Differenz der beiden Oszillatorfrequenzen abhängiges Ausgangssignal an einen Demodulator abgibt, in dessen Ausgangskreis ein Anzeigein-Des weiteren ist eine Einrichtung zur Messung der Flüssigkeitsdichte bekannt die eine radioaktive Strahlungsquelle und einen Strahlungsdetektor aufweist, zwischen denen sich die zu messende Flüssigkeit

befindet Die bekannte Einrichtung nutzt die dirhteabhängige Absorption von radioaktiven Strahlen aus. Auch bei dieser Einrichtung muß dafür gesorgt werden, daß das zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor vorhandene Flüssigkeitsvolumen

konstant bleibt Andernfalls ergeben sich erhebliche Fehlmessungen. Hinzu kommt daß bei Verwendung einer solchen Einrichtung zur Messung der Säuredichte einer Akkumulatorbatterie eines Kraftfahrzeugs der übliche Batteriebehälter wegen des hohen Volumenan-

strument liegt, dadurch gekennzeichnet, 15 teils der in ihm befindlichen, die radioaktive Strahlung

daß als schwingungsbestimmendes Element des zweiten Oszillators (14) ein zweiter, in eine Referenzsäure eingetauchter kapazitiver Meßfühler (2) und im Ausgangskreis des Demodulators (19) schwächenden Elektroden und anderer Feststoffe nicht unmittelbar als Meßgefäß benutzt werden kann, sondern ein mit dem Batteriebehälter in Verbindung stehender Meßraum vorgesehen werden muß. Dies