DE2438839A1

DE2438839A1 - Batteriebetriebene ueberwachungsvorrichtung mit an eine batterie-leistungsquelle anzuschliessenden elektrischen leitungen

Info

Publication number: DE2438839A1
Application number: DE2438839A
Authority: DE
Inventors: Paul Andrew Staby
Original assignee: STATITROL CORP
Current assignee: STATITROL CORP
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1975-02-27
Also published as: US3899732A; JPS5049628A; CA1013811A; FR2246088A1; SE409146B; FR2246088B1; GB1479688A; BR7406711D0; SE7410418L

Description

PATENTANWALTS A. GRÜNECKER

DlPU-INQ.

H. KINKELDEY

DR.-ING.

W. STOCKMAIR

DR.-INS. · AeE(CAUTECH)

K. SCHUMANN

DR. RER. NAT. · DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

OfPU-INQ.

G. BEZOLD

OR. RSR. NAT. · DIPL.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

OR. RER. OEC. IN

UNDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIUANSTRASSE 43

13« Aug. 1974-P 8411

STATITROL Corporation

South Union Boulevard

Country of Jefferson, Colorado / USA

Qii H er U b e tr ι- eie/i<f

Überwachungsvorrichtung e

L-ί < rnnnna

Die Erfindung "betrifft eine batteriebetriebene Uberwacihungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten, an den Plusbzw, an den Minus-Pol einer Batterie-Leistungsquelle anzu- ■ schließenden elektrischen Leitung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine sich selbst überwachende Vorrichtung, die mit einem Akkumulator oder einer Batterie betrieben wird, sowie auf ein Verfahren zur Überwachung-des Energieinhaltes der Batterie, von der die Vorrichtung gespeist wird.

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Bis ZUB Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung wurden .Einrichtungen, die von einer Batterie gespeist werden, allgemein als unzuverlässig angesehen. Diese Unzuverlässigkeit beruht hauptsächlich auf der Tatsache, daß zwischen den einzelnen Batterien relativ große Unterschiede vorhanden sind, die.bewirken, daß die Lebensdauer bzw. die Benutzungsdauer für die einzelnen Batterien sich beträchtlich voneinander unterscheiden. Demzufolge ist es schwierig, genau vorherzusagen, wann die'Batterien ausgetauscht werden müssen. Daher wurde es immer als gefährlich angesehen, Warnanlagen, beispielsweise Feuermelder und Feuer-Überwachungseinrichtungen , mit Batterien zu betreiben.

Ein Batterieausfall wird dadurch verursacht, daß der in einer Batterie vorhandene Energieinhalt unter einen Wert abfällt, der gerade noch groß genug ist, die von der Batterie versorgte Einrichtung richtig und fehlerlos zu betreibe:.!. Dieser Energieabfall tritt normalerweise durch das gemeinsame Auftreten einer Abnahme der Batterie-Ausgangsspannung und einer Zunahme des Batterie-Innerrwiderstandes in Erscheinung. Eine Abnahme des Batterie-Innenwiderstandes führt zu einer Beschränkung des Batterie-Ausgangsstroraes und damit auch zu einer Beschränkung der Batterie-Ausgangsleistung. In gleicher Weise führt eine Abnahme der Batterie-Ausgangsspaiinung zu einer Beschränkung der Leistungsabgabe der B tterie.

Es wurden Schaltungen, entwickelt, um einen Batterieausfall festzustellen, der lediglich durch eine niedere Batterie-Ausgangsspannung oder durch einen geringen Batteriestrom in Erscheinung trat. Die An-

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■Wendungsmöglichkeiten dieser Schaltungen waren jedoch beschränkt, da , wie zuvor angedeutet, die meisten Ausfälle von Batterien eher auf eine Abnahme der Batterie-Ausgangs spannung in Zusammenhang mit einer Zunahme des Batterie-Innenwiderständes als auf eine st&rker ausgeprägte Änderung bei nur einem dieser Parameter zurückzuführen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine sich selbst überwachende Einrichtung zu schaffen, die die Nachteile der bekannteil Einrichtungen nicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine batteriebetriebene Nachweisvorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine auf die Batterieleistung ansprechende Schaltungseinrichtung, um einen ausgewählten Zustand abzufühlen und ein diesem Zustand entsprechendes , erstes elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, wobei die Abfühleinrichtung zwischen die zwei elektrischen Leitungen, von denen sie Leistung aufnimmt, gelegt ist und von einer Batterie-Leistungsquelle gespeist wird, wenn diese an den Leitungen liegt, durch eine auf die Batterieleistung ansprechende, zwischen die erste und zweite elektrische Leitung gelegte, und von. diesem Leistung aufnehmende Warneinrichtung, die von der mit ihr in Verbindung stehenden Batterie-Leistungsquelle gespeist wird und mit der- Abfühleinrichtung zum. Zuführen des ersten Ausgangssignals in Verbindung steht und ein diesem ersten Ausgangssignal entspx-echendes 17arn-Ausgangssignal erzeugt, durch eine zwischen dxe erste und zweite elektrische Leitung gelegte Einrichtung zum periodischen Belasten einer damit verbundenen.Batterieleistungsquelle, um diese einem kurzzeitig erhöhten

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Entladestron auszusetzen, durch eine Schaltungseinrichtung, un aus der Ausgangsspannung der unbelasteten Batterie ein erstes Signal und aus der Ausgangsspannung der belasteten Batterie ein zweites Signal zu erzeugen, und um die Signaldifferenz zwischen dem ersten und zweiten Signal festzustellen und ein zweites elektrisches Ausgangssignal bereit zu stellen, wenn diese Signaldifferenz einen vorgegebenen Wert übersteigt, wobei diese Signaldiff er e"nz nur dann einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenn, die in der Batterie-Leistungsquelle gespeicherte Energie unterhalb eines ausgewählten Energiewortes liegt, sowie durch eine Warneinrichtung, die das zweite elektrische Aus gangs signal zugeführt bekouiat und ein diesen Signal entsprechendes Farn-Ausgang3signal erzeugt.

E.in erfindungsgemäßes Verfahren, Uta zu bestimmen, ob der Energieinhalt in einer elektrischen Akkumulatorzelle oder in einer Batterie größer als ein bestinuter Energiewert ist, ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: Abfühlen der Ausgangsspanr.ung der Batterie bei einem ausgewählten Belastungszustand und Erzeugen eines ersten Spannungssignals mit einer Spannungsgröße, die einen ausgewählten Bruchteil der in diesem Fall auftretenden Ausgangsspannung gleich ist, wobei der Bruchteil kleiner als einhundert Prozent ist, Belasten der Batterie, um diese einem kurzzeitig erhöhten Entladestrom auszusetzen, Erzeugen eines zweiten Spannungßsignals nit einen Spannungswert, der kleiner als das erste Spannungssignal und gleich der Ausgangsspannung der einem kurzzeitig erhöhten Entladestrom ausgesetzten Batterie abzüglich eines vorgegebenen

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Spannungsabfalls ist, und Abfühlen des Spannungsunterschieds zwischen dem ersten und zweiten Spannungssignals, wobei der Spannungsunterschied nur dann einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenn die in der Batterie gespeicherte Energie unterhalb^ines ausgewählten Energiewertes liegt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also eine sich selbst überwachende Feuernachweis-Einrichtung geschaffen, die mit einer Batterie betrieben wird und eine

Warneinrichtung aufweist. Die Schaltung wirkt derart, daß sie den Energieinhalt der Batterie, die dieSchaltung versorgt, selbst überwacht, dadurch, daß ein erstes Signal, welches eine Funktion der Ausgangsspannung bei unbelasteter Batterie ist, mit einem zweiten Signal, welches eine Funktion der Ausgangsspannung bei belasteter Batterie ..ist, vergUcken . wird. Ein Differenzsignal wird aus dem ersten und zweiten Signal hergeleitet, das nur dann einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenn die in der Batterie gespeicherte Energie unterhalb eines bestimmten Energiepegels liegt. Das Diffsrenzsignal löst die Warneinrichtung aus, um immer dann einen bevorstehenden Batterieausfall anzuzeigen, wenn das Differenzsignal den vorgegebenen Wert übersteigt» Das Differenzsignal wird auch dazu benutzt, entweder eine von der für die Anzeige eines abgefühlten Zustandes verwendete unterschiedliche Alarmeinx*ichtung oder die gleiche Alarmeinrichtung in der Weise zu betreiben, daß sich das Alarmsignal, das einen bevorstehenden Batterieausfall anzeigt, deutlich von dem Warnsignal unterscheidet, das in Abhängigkeit vom Feststellen eines abgefühlten Zustandes, beispielsweise in Abhängigkeit eines Feuerausbruchs erzeugt wird.

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Die vorliegende Erfindung schafft also- eine batteriebetriebene, sich selbst überwachende Einrichtung ader Schaltung, die zuverlässiger arbeitet und vor einem bevorstehenden Batterieausfall warnen kann, der sowohl durch ein Abnehmen der Batterie-Ausgangsspannung in Zusammenhang mit einem Ansteigen des Batterie-Innenwiderstandes als auch durch eine ausgeprägtere Änderung lediglich eines dieser Parameter verursacht wird.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein verbessertes Verfahren, sowie eine verbesserte Schaltung, un den Energieinhalt einer Batterie zu überwachen und um festzustelleia, vrann der Energieinhalt der Batterie einen vorgegebenen Wert übersteigt.

Die Erfindung, sowie weitere Ausbildungsformen , Vorteile und Merkmale werden anhand der Zeichnungen nachfolgend beispielsweise beschrieben. Es zeigen;

Figur 1 einen schematischen Schaltungsaufbau einer sich selbst überwachenden , batteriebetriebenen Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die entwickelt wurde, um einen bestimmten Zustand festzustellen,

Figur 2 einen Schaltungsaufbau der Energieabfühlschaltung gemäß Fig. 1,

Figur 3 einen Schaltungsaufbau der Batterie-Lastschaltung gemäß Fig. 1 ,

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Figur k einen Schaltungsaufbau der Warnschältung gemäß Fig. 1 und

Figur 5 einen Schaltungsaufbau der Schaltung zum Feststellen eines Zustandes gemäß Fig. 1, der dafür entwickelt wurde, durch Feststellen von vorhandenem Rauch Feuer nachzuweisen.

In Fig. 1 ist eine sich selbst überwachende Vorrichtung zum Nachweis eines Zustandes insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Die Vorrichtung 10 besteht aus einer Versorgungsquelle 11 in Form eines elektrischen Akkumulators, einer Zustands-Nachweisschaltung 12, einer Warnschaltung 13» einer Batterie-Lastschaltung Ik und einer Schaltung 15 zuoFeststeilen der Energie.

Die Batterie-Versorgungsquelle 11 besitzt einen Plus- und einen Minus-Anschluß, die durch ein Plus-Zeichen bzw. ein Minuszeichen gekennzeichnet sind. Die Batterie-Versorgungsquelle 11 kann aus einei- oder mehreren einzelnen Akkumulator-Zellen oder Batterien bestehen, die in geeigneter Weise in Reihenschaltung oder Parallelschaltung verbunden sind. Die Schaltungen 12, 13 » I^ und 15 besitzen mit der Versorgungsquelle in Verbindung stehende Anschlüsse 20, 21; 22, 23; 24, 25 bzw. 26, 27· Darüberhinaus weist die Zustands-Nachweisschaltung 12 und die Schaltung 15 zum Feststellen der Energie Ausgangsklemmen 28 bzw. 29 auf, die üblicherweise am Schaltungspunkt 30 mit der Eingangsklemme 31 de** Warnschaltung 13 in Verbindung stehen. Die Eingangskleraraen 20, 22, 2k und 26 für die Versorgung sind mit dem Plus-Anschluß der Batterie 11 über eine elektrische Leitung verbunden, während die Klemmen 21 , 23 , 25 und 2? mit

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dem Minus-Anschluß der Batterie über eine elektrische Leitung 9 i*i Verbindung stehen.

In Fig. 5 ist in einer bdspielsweisen Ausführungsform die batteriegespeiste Zustands-Nachweisschaltung 12 gezeigt, die dazu vorgesehen ist, durch Feststellen von Rauch in der Luft Feuer nachzuweisen und anzuzeigen. Die Schaltung 12 besteht aus einer Ionisationskammer, einem Feldeffekt-Transistor (FET ) 4l, den Transistoren 42, 43 und 44, den. Dioden 45 , einer Zener-Diode 46, einen Thermistor 47 und«den Widerständen 48 bis

In derSchaltung 12 bilden der Transistor 44 , der Widerstand 56 und die Zener - Diode 46 einen Spannungsregler, der die an der Minus-Seite 57 der Schaltung 12 gelegte Gleichspannung regelt. Die von der Batterie 11 an die Schaltung 12 gelegte , geregelte Spannung kann beipielsweise sechs Volt betragen. Die Widerstände 5I his 5^ bilden einen Spannungsteiler, der an die Basis des Transistors 43 eine geeignete Vorspannung anlegt. Der Transistor 43 ist als Emitterfolger geschaltet und stellt die Spannung ein, die an den Emitter des Transistors 42 gelegt wird, der den Spannungsschalter bildet.

Wenn sich die Schaltung 12 im Einsatz befindet, ist die Ionisationskammer 40 im Falle, daß kein Rauch in der Kammer vorhanden ist, genügend gut leitend, um den Feldeffekt-Transistor 4l in den leitenden Zustand vorzuspannen. Durch den sich in leitendem Zustand befindlichen Feldeffekttransistor 4l wird der Transistor 42 in Sperrichtung vorgespannt, so daß an der Ausgangsklemme 28 kein Ausgangssignal erzeugt

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■'i.'

wird, das die Wamse haltung ±3 betätigen könnte. Wenn ein Feuer ausbricht, kommen Verbrennungsprodukte und/oder in der Luft befindlicher Hauch in die- Ionisationskammer 40 und verringern darin die Leitfähigkeit der Luft» Als Folge davon nimmt der durch die Kammer 4o und den Widerstand 48- fließende Strom soweit ab, daß der Feldeffekt-Transistor 4l in den nicht-leitenden Zustand vorgespannt wird. Auf diese Weise wird der aus dem Transistor 42 bestehende Schalter in den ,leitenden Zustand versetzt und führt die Spannung vom Kollektor als das den Alarm auslösende Signal zur Ausgangskletnne 28. Die Warnschaltung 13 wird demzufolge ausgelöst und zeigt einen Feuerausbruch an.

Die Alarmschaltung 13 ist in Fig, 4 dargestellt und besteht aus einem akkustischeη Signalgeber 60, einen Thyristor ( auch siliziumgesteuerter Gleichrichter. genannt) 6i, einem Vorvriderstand 62 und einer-Diode 63· Der akkustische Signalgeber is"t in der üblichen Weise aufgebaut und besitzt Kontakte, die sich öffnen, wenn ein Strom durch sie llindurcllfließen, d.h. wenn durch den Anoden-Kathodenweg des Thyristors 6l ein Strom fließt» Die Kontakte werden jedoch danach automatisch geschlossen. Mit dem zuvor genannten Alarm-Auslösesignal , das vom Kollektor 'des Transistors 42 an die Ausgangsklemme 28 der Nachweisschaltung gelangt, wird der Thyristor 6l in den leitenden Zustand vorgespannt* Dementsprechend schaltet die Warnschaltung 13 die Warnsignal-Einrichtung 60 ein , die eine schnelle Folge von Luftschwingungen im akkustischen Signalgeber 60 erzeugt, die so lange als Dauerton klingen, solange die Nachweisschaltung ein Ausgangssignal liefertj

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auf diese Weise wird ein Feuerausbruch angezeigt. Die Luftschwingungen des afckustischen Signalgebers bzw. der Hupe 60 werden jeweils bei Schließen der Signalgeber-Kontakte erzeugt. Selbstverständlich kann die Warnsignaleinrichtung in geeigneter Weise auch durch eine optische Signaleinrichtung oder andere Signaleinrichtungen ersetzt werden. Weiterhin kann die Warnsignaleinrichtung auch aus einer Signaleinrichtung für den nachgewiesenen Zustand einer weiteren Signaleinrichtung für die Anzeige des Batterieladezustandes bestehen.

Die Schaltung zur Zontrolle des Energieinhalts der Batterie 11 besteht aus einer Batterie-Lastschaltung 14· und einer Energiefeststellschaltung 15·

In Fig. 3 ist beispielsweise ein Ausführungsbeispiel für die Batterie-Lastschaltung 14 dargestellt, die aus einer programmierbaren Doppelbasisdiode (auch Unijunktions-Transistor genannt) 70 oder einem entsprechenden Bauteil, aus einer Licht aussendenden Diode 71 j einem Kondensator 72 und den Widerständen 73 his 76 besteht. Der Ausdruck programmierbare Doppelbasisdiode oder ein entsprechendes . Bauteil soll ausdrücken, daß damit ein dem Fachmann unter der Abkürzung PUT bekannter programmierbarer Unijunktions-Transistor bzw. eine programmierbare Doppelbasisdiode, oder ein Paar komplementärer Transistoren gemeint ist, die so geschaltet sind, daß sie in entsprechender Weise wie ein programmierbarer unijunktions-Transistor wirken. Die Batterie-Lastschaltung 14- arbeitet als freilaufender Oszillator in einer geeigneten Frequenz, beispielsweise mit zwölf Schwingungen pro Minute. Der Kondensator 72 und der Widerstand 75

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sind als Integrierstufe geschaltet und führen der Anode des Unijunktions-Transistors 70 ein integriertes Ausgangs-Spannungssignal zu. Die Torelektrode des Uni junktions-Transistors 70 erhält eine Vorspannung von dem Spannungsteiler, der sich aus der Licht emittierenden Diode 71 und den Widerständen 76 * 74 zusammensetzt, Die Kathode des Unijunktions-Transistors 71 ist über den Widerstand 73 niit dem Minus-Anschluß 25 der Spannungsversorgung verbunden.

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Während des Betriebs der . Last-Schaltung l4 wird der Unijunktions-Transistor 70 periodisch immer dann in den leitenden Zustand versetzt, wenn der Kondensator 72 sich auf eine Spannung aufgeladen hat, die ausreicht, die innere Haltespannung ( stand-off-Spannung) zwischen der Anode und der Steuerelektrode des Unijunktionstransistors 70 zu übersteigen. Diese Haltespannung kann beispielsweise 0,6 Volt betragen. Nachdem der Unijunktionstransistor 70 in den leitenden Zustand übergegangen ist, wird der Kondensator 72 entladen und die Steuerelektrode des Unijunktions-Transistors 7 fällt auf das Potential ab, das an der Minus-Klemme 25 der Gleichspannungs-Versorgung auftritt. Auf diese Weise wird die Batterie 11 periodisch belastet und es tritt vorübergehend ein erhöhter Entladestrom auf.

An die Steuerelektrode des Unijunktions-Transistors 70 muß ein genügend großer Strom über den Widerstand zugeführt werden, um den Unijunktions-Transistor 70 aus dem leitenden Zustand in den nicht-leitenden Zustand zu bringen, so daß der Oszillator zurückspringen kann. Normalerweise würde es ausreichen, den Spannungsteiler aus den Widerständen 74 und 76 zusammenzusetzen, um einen relativ großen Strom, beispielsweise 5 oder 1Ö

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Milliampere zu erhalten. Ein derartig großer Stromverbrauch iriirde jedoch in Hinblick auf eine lange Betriebsdauer der Batterie 11 nicht geeignet sein. Dadurch, daß man eine Licht emittierende Diode 71 in Reihe mit dem Widerstand 76 legt, erhält man bei niederen Strömen, beispielsweise bei 10 Mikroampere einen Spannungsabfall von etwa 1 Volt. Demzufolge arbeitet der ünijunktions-Transistor 70 sicher und geht auch sicher in den nicht-leitenden Zustand zurück, wenn die Licht emittierende Diode sich in der Schaltung befindet, wobei die Batterie lediglich mit einem mittleren Strom von weniger als 50 und größenordnungsmässig von 20 Mikroampere belastet wird. Darüberhinaus erhält man durch das periodische Aufleuchten der licht emittierenden Diode 71 eine optische Anzeige, daß die Batterie-Kontrollschaltung fehlerfrei arbeitet.

In Fig. 2 ist beispielsweise eine Ausführungsform als Schaltung 15 zum Feststellen der Energie gezeigt. Die Schaltung 15 besteht aus einem programmierbaren Unijunktions-Transistor SO oder einem entsprechenden Bauteil, aus Kondensatoren 82 bis 83, aus Dioden 84 bis 85, aus einem Thermistor 86 und aus Widerständen 87 bis 92.

Der Unijuiiktions.-. Transistor 80 wird derart vorgespannt, daß er sich im Ruhezustand im nicht-leitenden Zustand befindet. Die Dioden 84 und 85 und der Widerstand stellen den Vorwiderstand für die Steuerelektrode des Unijunktions-Transistors 80 dar. Der Thermistor 86 und die Widerstände 87 bis 90 bilden eine temperatur-

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kompensierte Vorspannungs-Schaltung für die Anode des Unijunktions -Transistors 80. Die Kathode des Unijunktions-Transistors 80 ist über den Widerstand 91 mit der Minus-Klemme 27 der Gleichspannungsversorgung verbunden»

Im Ruhezustand wird die Spannung an der Anode des Unijunktions-Transistors 80 auf einem Wert gehalten, der beinahe ausreicht, den Unijunktions-Transistor So in den leitenden Zustand zu versetzen. Jedesmal, wenn die Batterie 11 durch*den sich im leitenden Zustand befindlichen Unijunktions-Transistor 70 belastet wird, fällt die Spannung_fdie von der Batterie 11 über den Klemmen 26, 27 angelegt wird, leicht ab. dieser geringe Spannungsabfall der Batterie- · Ausgangsspannung rührt vom Spannungsabfall innerhalb der aufgeladenen Batterie am inneren Widerstand der Brtterie her und kann beispielsweise etwa einige 100 stel Volt betragen.

Dieser Abfall der Ausgangsspannung an der Batterie tritt voll an der Steuerelektrode des Unijunktions-Transistors 80 in Erscheinung, wobei dieser Spannungsabfall direkt über die Dioden 84,85 an die Steuerelektrode gelangt. Die momentane Spannung an der Anode des Unijunktionstransistors 80 ändert sich jedoch nicht, da der Kondensator 82 wähiend des Belastens der Batterie 11 seine Ladung praktisch unverändert beibehält. Wenn die Steuerspannung des Unijunktions-Transistors 80 bei Belasten öer Batterie 11 in Bezug auf die Anodenspannung weit genug absin kt, wird der Unijunktions-Transistor oO leitend und ein nur kurz andauernder Ausgangsimpuls , der eine Batterie-

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schwäche anzeigt, wird über den Kondensator 83 an die Eingang ski etane 31 der Warnschaltung 13 geführt. In dienen Zusammenhang sei bemerkt, daß die Schaltungsteile und Vorspannungen so ausgebildet sind, daß das Differenz-Spannungssignal zwischen der Anode des Unijunktions-Transistors 80 und der Steuerelektrode lediglich den ausgewählten Wert soweit überschreitet, wie dies notwendig ist, um den Unijunktions-Transistor 80 in den leitenden Zustand ZU versetzen, wenn der Energieinhalt der Batterie 11 unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist. Wenn der Unijunktions-Transistor 80 einmal in den leitenden Zustand versetzt worden ist, wird ein genügend großer Strom über die Dioden ok, 85 an dio Steuerelektroden des Unijunktions-Transistors angelegt, un den Unijunktions-Transistor oO in den nicht-leitenden Zustand , also in den Ruheaustand, zurückzubringen.

In Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Schaltung wird der Thyristor 6l in der Warnschaltung 13 in den leitenden Zustand versetzt. Bei leitendem Thyristor 6l öffnen sich die Kontakte des akkustischen Signalgebers 60 und der akkustische Signalgeber fängt an, einen Warnton abzugeben. Der Strom des Thyristors 6l fällt demzufolge auf Null ab,und der Thyristor 6l geht in den nicht-leitenden Zustand über, da das Ausgangssignal von der Schaltung 15 nicht mehr an der Steuerelektrode des Thyristors anliegt. In Abhängigkeit von einem Ausgangsinpuls der Schaltung 15 wird der alckustische Signalgeber 60 daher anstatt einen lauten Ton zu erzeugen, lediglich aus und an ¹¹ ticken ". Dementsprechend wird ein Warnsignal erzeugt , das ganz anders als das Feuer-Warnsignal klingt, so daß dadurch angezeigt werden kann, daß die

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Batterie 11 schwach ist und ausgewechselt werden sollte. Es ist natürlich auch möglich, das Signal, das eine schwache Batterie anzeigt, und das an der Leitung 29 der Schaltung 15 zun Feststellen des Energieinhaltes auftritt, auch an eine andere Warnschaltung als an die Warnschaltung angelegt werden kann, an die das Signal von der Zustands-Nachweisschaltung geführt wird» un dadurch unterscheiden zu können, welche Schaltung ausgelöst worden ist.

Aus dem folgenden Grunde stellt die Spannungsdifferenz zwischen der Anode und dei· Steuerelektrode des Unijunktions-Transistors 80 ein Maß für die in der Batterie 11 noch vorhandene Energie dar. Wenn Energie von der Batterie abgenommen wird, so nimmt die Ausgangsspannung der Batterie bei Vorliegen eines normalen Lastzustandes allmählich 'ab, und da die Versorgungsspannung abnimmt, .'^belastet der Unijunktions-Transistor 70 die Batterie weniger stark. „Diese Abnahme der Aus gangs spannung tritt über dem aus den Widerständen 86 bis 90 gebildeten Spannungsteiler auf und wird als erstes Spannungssignal über den Widerstand 90 und den Kondensator 82 an die Anode des Unijunktions-Transistors gelegt. Dieses erste Spannungssignal besitzt eine Größe, die einer ausgewählten Teilspannung der Ausgangsspannung gleich ist, die kleiner als 100 Prozent der über dem Spannungsteiler 86 bis 9p auftretenden Spannung ist. Das erste Spannungs signal wird sich nicht sehr ändern, wenn die Batterie durch den Unijunktions-Transistor 70 belastet -wird, weil der Kondensator 82 seine Aufladung beibehält«, Das zweite, an der Steuerelektrode

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des Unijunktions-Transistors auftretende Spannungssignal ist jedoch gleich der momentanen Ausgangsspannung der belasteten und nicht belasteten Batterie 11, abzüglich eines vorgegebenen Spannungsabfalls. Dieser vorgegebene praktisch konstante Spannungsabfall beruht auf der Tatsache, daß das Spannungsabfall über der Diode 84, 85 konstant ist und nicht von den durch die Diode 84, 85 fließenden Strom abhängt. Der Spannungsabfall über den Dioden 84,85 bleibt praktisch konstant-, so daß im Falle, daß die Spannung, die von der Batterie geliefert wird, abnimmt, die Empfindlichkeit des Nachweises des Energieinhaltes erhöht wird.

Infolge des zuvor beschriebenen Schaltungsaufbaus nimmt die Spannungsdifferenz zvrisehen der Anode und der Steuerelektrode des Uni junktions-Transistors 80 allmählich zu, wenn die Batterie-Ausgangs spannung abnimmt, da der gesamte Batterie-Spannungsabfall an der Steuerelektrode auftritt, während an der Anode lediglich ein Bruchteil dieses Batterie-Spannungsabfalls liegt. Wenn daher die Ausgangsspannung der Batterie 11 infolge der Energieentnahme abnimmt, ist nur noch ein geringerer Spannungsabfall infolge des Batterie-Innenwiderstandes notwendig, den Unijunktions-Transistor 80 in den leitenden Zustand zu versetzen.

Es wurde also eine verbesserte Schaltungsanordnung und ein Verfahren geschaffen, mit der bzw. mit dem nan feststellen kann, wenn die noch in der Batterie vorhandene Energie einen bestimmten Wert überschreitet und eine Ifernung bei einem bevorstehenden Batterie-

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ausfall ermöglicht, der sowohl in Zusammenhang mit einen Ansteigen des Batterie-Innenwiderstandes bei Abnahme der Batterie-Ausgangsspartnung ', als auch bei einer größeren Änderungen von nur einer dieser Größäiverursacht wird» Darüberhinaus weist die Schaltungsanordnung den Vorteil auf, daß an der zu überwachenden Batterie nur ein sehr geringer Energieverlust auftritt.

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Claims

Pat entansprüche

1. Batteriebetriebene Überwachungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten, an den Plus- bzw. an den Minus-Pol einer Batterie-Leistungsquelle anzuschließenden elektrischen Leitung, gekennzeichnet durch eine auf die Batterieleistung ansprechende Schaltungseinrichtung (12), um einen ausgewählten Zustand abzufühlen und ein diesem Zustand entsprechende, erstes elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, wobei die Abfühleinrichtung (12) zwischen die zwei elektrischen Leitungen (8,9)> von denen sie Leistung aufnimmt, gelegt ist und von einer Batterie-Lei stungs quelle (11) gespeist wird, wenn diese an den Leitungen (8,9) liegt, durch eine auf die Batterieleistung ansprechende, zwischen die erste und zweite elektrische Leitung (8,9) gelegte, und von diesen Leistung aufnehmende Warneinrichtung (13) _? die von der mit ihr in Verbindung stehenden Batterie-Leistungsquelle (11) gespeist wird und mit der Abfühleinrichtung (12) zum Zuführen des ersten Ausgangssignals in Verbindung steht und ein diesem ersten Ausgangssignal entsprechendes Varn-Ausgangssignal erzeugt, durch eine zwischen die erste und zweite elektrische Leitung (8»9) gelegte Einrichtung (14·) zum periodischen Belasten einer damit verbundenen Batterieleistungsquelle (11), um diese einem kurzzeitig erhöhten Entladestrom auszusetzen, durch eine Schaltimgseinrichtung (15)» um aus der Ausgangsspannung der unbelasteten Batterie (11) ein erstes Signal und aus der Ausgangsspannung der belasteten Batterie (11) ein zweites Signal zu erzeugen und um die Signaldifferenz zwischen dem ersten und zweiten Signal festzu-

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stellen und ein zweites elektrisches Ausgangssignal bereitzustellen, wenn diese Signaldifferenz einen vorgegebenen Wert übersteigt, wobei diese Signaldifferenz nur dann einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenn die in der Batterie-Leistungsquelle (11) gespeicherte Energie unterhalb eines ausgewählten Energiewertes liegt, sowie durch eine Warneinrichtung ,(13)» die das zweite elektrische Ausgangssignal zugeführt bekommt und ein diesem Signal entsprechendes Warn-Ausgangssignal erzeugt.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Warneinrichtung (13)» der das zweite Ausgangssignal zugeführt wird, durch die von der Batterie gespeisten Warneinrichtung gebildet wird.

3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Abfühleinrichtung (12) abgefühlte, ausgewählte Zustand die Leitfähigkeit der Luft ist, wodurch ein Feuerausbruch durch vorhandenen Rauch und/oder Verbrennungsprodukte in der Luft festgestellt werden kann.

4. Überwachungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14) zum periodischen Belasten der Batterie-Leistungsquelle (11) ein selbsterregter Oszillator ist. - ..

5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Oszillator einen programmierbaren Unijunktionstransistor (70) oder eine Schaltung bzw. ein Bauteil entsprechender Wirkung aufweist.

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6. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (14) zum periodischen Belasten der Batterie-Leistungsquelle (11) eine Licht aussendende Diode (71) enthält, um den Oszillator zum Zurückschwingen vorzuspannen, so daß der Energieverlust in der Batterie-Leistungsquelle (11) klein gehalten wird.

7. Überwachungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsteiler-Schaltung (86 - 90) zwischen die erste und zweite elektrische Leitung (8_T9) gelegt ist, um das erste Spannungssignal zu erzeugen«

8. Überwachungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Diode (84,85) mit einem Widerstand (92) zwischen die erste und zweite elektrische Leitung (8,9) gelegt ist, um am Verbindungspunkt der Diode (85) und des Widerstandes (92) das zweite Spannungssignal bereitzustellen.

9. Überwachungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (15) zum Vergleichen des ersten und zweiten Spannungssignals und zum Erzeugen der zweiten Aus gangs spannung einen programmierbaren Unijunktionstransistor (80) oder ein Bauteil bzw. ein Schaltungsteil entsprechender Wirkungsweise aufweist.

10. Überwachungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Ab fühl einrichtung (12) erzeugte erste Ausgangssignal solange bereitgestellt wird, wie der ausge-

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wählte Zustand abgeführt wird, daß das zweite Ausgangssignal, das von der Schaltungseinrichtung (15) für das Vergleichen des ersten und zweiten Spannungssignals erzeugt wird, ein kurzdauernder Impuls ist, wobei die Warneinrichtung (13) ein unterschiedliches Warnsignal erzeugt, je nachdem, ob sie das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal zugeführt erhalte

11. Überwachungsvorrichtung nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet ,- daß die Warn-Schaltungseinrichtung (13) einen Thyristor (61) und einen akkustischen Signalgeber (60) aufweist, wobei der Anoden-Kathoden-Stromweg des Thyristors (61) in Reihe mit dem akkustischen Signalgeber (60) liegt, und an die Steuerelektrode des Tyristors (61) das erste und zweite Ausgangssignal angelegt wird, und der akkustische Signalgeber (60) sich automatisch wieder schließende Kontakte besitzt, die sich öffnen, wenn ein elektrischer Strom durch den akkustischen Signalgeber (60) hindurchfließt, so daß in Abhängigkeit vom ersten Ausgangssignal vom Signalgeber (60) aufeinanderfolgende Tonschwingungen erzeugt werden und der akkustische Signalgeber (60) in Abhängigkeit des zweiten Ausgangssignals angeschaltet, jedoch sofort wieder abgeschaltet wird, so daß ein hörbares Klicken erzeugt wird.

12. Überwachungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch..gekenn, zeichnet, daß die Einrichtung (14) zum periodischen Belasten der Batterie-Leistungsquelle (11) von dieser einen Strom von weniger als 50 Mikroampere benötigt«

13. Schaltungsanordnung um festzustellen, ob die in einer elektrischen Akkumulatorzelle oder in einer Batterie vorhandene Energie einen bestimmten Wert überschreitet,

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gekennzeichnet durch Leitungen (8,9)» die die Schaltungsteile mit der Zelle oder Batterie verbinden, durch mit den Leitern (8,9) verbundene Schaltungseinrichtungen zur Erzeugung eines ersten Signals mit einer Signalgröße, die einem ausgewählten Bruchteil, der kleiner ist als einhundert Prozent der Ausgangsspannung bei unbelasteter Batterie (11), gleich ist, durch eine mit den Leitern (8,9) in Verbindung stehende Schaltungseinrichtung (14) zum periodischen Belasten der Batterie (11), um diese einem kurzzeitig erhöhten Entladestrom auszusetzen, durch eine mit den Leitern (8,9) in Verbindung stehende Schaltungseinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signals mit einer Signalgröße, die kleiner als das erste Signal und gleich der Ausgangsspannung der belasteten Batterie (11) abzüglich eines vorgegebenen Wertes ist, sowie durch eine Schal tungs einrichtung, um das erste und zweite Signal miteinander zu vergleichen und immer dann ein Ausgangssignal bereit zu stellen, wenn der Unterschied zwischen den beiden Signalen einen vorgegebenen Wert übersteigt, wobei der Signalunterschied nur dann einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenn die in der Batterie (1) gespeicherte Energie unterhalb eines ausgewählten Energiewertes liegt.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (14·) zum periodischen Belasten, der Batterie-Leistungsquelle (11) diese mit einem Strom von weniger als 50 Mikroampere belastet.

15. Verfahren um festzustellen, ob die Energie in einem elektrischen Akkumulator oder in einer Batterie einen vorgegebenen Wert übersteigt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Abfühlen der Aus gangs spannung

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der Batterie bei einem ausgewählten Belastungszustand und Erzeugen eines ersten Spannungssignals mit einer Spannungsgröße, die einem ausgewählten Bruchteil der in diesem Fall auftretenden Ausgangsspannung gleich ist, wobei der Bruchteil kleiner als einhundert Prozent ist, Belasten der Batterie (11), um diese einem kurzzeitig erhöhten Entladestrom auszusetzen Erzeugen eines zweiten Spannungssignals mit einem Spannungswert, der kleiner als das erste Spannungssignal und gleich der Ausgangsspannung der einem kurzzeitig erhöhten Entladestrom ausgesetzten Batterie (11) abzüglich eines vorgegebenen Spannungsabfalls ist, und Abfühlen des Spannungsunter" schiedes zwischen dem ersten und zweiten Spannungssignals, wobei der Spannungsunterschied nur dann einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenn die in der Batterie (11) gespeicherte Energie unterhalb eines ausgewählten Energiewertes liegt.

16. Verfahren um festzustellen, ob die Energie in einem elektrischen Akkumulator oder in einer Batterie einen ausgewählten Betrag übersteigt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Abfühlen der Ausgangsspannung einer Batterie (11) und eines ausgewählten Belastungszustandes und Bereitstellen eines daraus abgeleiteten ersten Spannungssignals, Belasten der Batterie (11), um diese einem kurzzeitig erhöhten Entladestrom auszusetzen, Erzeugen eines zweiten Spannungssignals, das der Aus gangs spannung der kurzzeitig einem erhöhten Ladestrom ausgesetzten Batterie (11) gleich ist und Abfühlen des Spannungsunterschiedes zwischen dem ersten und zweiten Spannungssignals, wobei der Spannungsunterschied nur dann einen vorgegebenen Wert übersteigt, wenn die in der Batterie (11) gespeicherte Energie unterhalb eines ausgewählten Energiewertes liegt.

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