DE2623807A1

DE2623807A1 - Schaltungsanordnung zur anzeige des ladezustands einer akkumulatorbatterie

Info

Publication number: DE2623807A1
Application number: DE19762623807
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Dieter Ing Grad Meyer; Albert Dr Ing Weckenmann; Hartmut Zoebl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1977-12-15

Description

Schaltungsanordnung zur Anzeige des Ladezustands einer
Akkumulatorbatterie Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Anzeige des Ladezustandes einer mit einem Anschluß auf Massepotential liegenden Akkumulatorbatterie mit einem elektrischen Meßwerk, einer Z-Diode für die untere Grenze und einem Abgleichwiderstand für die obere Grenze der Anzeige, sowie mit einem Lastwiderstand, dessen eines Ende mit einem Verbraucher und dessen anderes Endes mit einer Anschlußklemme der Batterie zu verbinden ist, und zu dem ein das Meßwerk enthaltener Schaltungszweig parallel geschaltet ist.
Bei Meßvorrichtungen zur Anzeige des Ladezustandes von Akkumulatorbatterien wird im wesentlichen die Klemmenspannung des Akkul,lulators verwendet. Da jedoch die Klemmenspannung des Akkumulators durch seinen Innenwiderstand in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung mehr oder weniger stark zusammenbricht, ist es erforderlich, den Spannungsabfall am Innenwiderstand des Akkumulators zur Messung des Ladezustandes zu eliminieren.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, in den Verbraucherstromkreis des Akkumulators einen niederohmigen Lastwiderstand einzufügen, durch dessen vom Laststrom des Akkumulators abhängiger Spannungsabfall der Spannungsabfall am Innenwiderstand des Akkumulators weitgehend kompensiert wird.
Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß die erhebliche Abhängigkeit des Ladezustandes der Akkumulatorbatterie von der Temperatur an dem Meßwerk nicht erfaßt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit einem einfachen Schaltungsaufbau zu finden, die möglichst genau und zuverlässig den Ladezustand der Akkumulatorbatterie in Abhängigkeit von der Ladespannung und der Temperatur anzeigt, unabhängig davon, ob der Akkumulator von einem Lade- oder Entladestrom durchflossen wird.
Auch in diesem Fall soll das Meßwerk auf die sogenannte Leerlaufspannung des Akkumulators zurückgeführt werden.
Dies wird erfindungsgemäß damit erreicht, daß der Abgleichwiderstand mit einem die Temperatur der Akkumulatorbatterie führenden NTC-Widerstand und mit der Z-Diode zu einem Schaltungszweig in Reihe geschaltet ist, der einerseits am verbraucherseitigem Ende des Lastwiderstandes angeschlossen ist und andererseits auf Massepotential liegt, wobei das Meßwerk zum Lastwiderstand und dem daran angeschlossenen Abgleichwiderstand unmittelbar parallel geschaltet ist.
Eine hohe Genauigkeit der Lade zustands anzeige läßt sich dadurch erzielen, daß der NTC-Widerstand mit der Z-Diode zu einem am Gehäuse der Akkumulatorbatterie angeordneten Temperaturfühler zusammengefaßt ist. In besonders zweckmäßiger Weise ist der Temperaturfühler in einem Verschlußstopfen der Akkumulatorbatterie untergebracht; Die Anpassung der Schaltungsanordnung an jeweils unterschiedliche Temperatur-Lade-Kennlinien verschiedener Batterietypen läßt sich in vorteilhaft einfacher Weise dadurch erreichen, daß zu dem NTC-Widerstand ein entsprechend abgestimmter ohmscher Widerstand parallel geschaltet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und weiter ausgestaltende Merkmale sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ladezustandsanzeige eines Akkumulators, Fig. 2 die Lade-Temperatur-Kennlinie des Akkumulators, Fig. 3 der Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit vom Laststrom und Fig. 4 eine Anschlußklemme der Akkumulatorbatterie mit einem darin integrierten Lastwiderstand.
In Fig. 1 ist eine Akkumulatorbatterie mit 10 bezeichnet, deren Ladezustand durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung angezeigt werden soll. Der mit ihr in Reihe geschaltete Widerstand 11 stellt den Innenwiderstand der Batterie dar. Ihr Minuspol ist über eine Anschlußklemme 12 auf Massepotential gelegt. Ihr Pluspol ist über eine weitere Anschlußklemme 13 mit einem-Ende A eines Lastwiderstandes 14 verbunden, dessen anderes Ende B an einem oder mehrere Verbraucher 15 sowie an einer Ladeeinrichtung, z.B. an einem Generator 16 über gestrichelt dargestellte Verbindungen anzuschließen ist. Zwischen dem verbraucherseitigen Ende B des Lastwiderstandes 14 und dem auf Massepotential liegenden Minuspol der Akkumulatorbatterie 10, liegt ein Schaltungszweig, der aus einem Abgleichwiderstand 17 und einem dazu in Reihe liegenden Temperaturfühler 18 gebildet ist. Der Temperaturfühler 18 enthält einen NTC-Widerstand 19, zu dem ein ohmscher Widerstand 20 parallel geschaltet ist. NTC-Widerstand 19 und ohmscher Widerstand 20 sind mit einem weiteren Widerstand 21 in Reihe geschaltet. Außerdem ist im Temperaturfühler 18 eine Z-Diode 22 angeordnet, die anodenseitig mit dem Widerstand 21 und kathodenseitig mit dem Abgleichwiderstand 17 verbunden ist. Ein Meßwerk 23, das den Ladezustand der Akkumulatorbatterie anzeigt und dessen Skala in Amperestunden (Ah) geeicht ist, ist einerseits am batterieseitigem Ende A des Lastwiderstandes 14 und andererseits am Punkt C der Verbindungsleitung 24 zwischen dem Abgleichwiderstand 17 und der Z-Diode 22 angeschlossen.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung soll nunmehr mit Hilfe der in Fig. 2 und 3 dargestellten Kennlinien erläutert werden. In Fig. 4 ist die in der Akkumulatorbatterie 10 vorhandene Ladung in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt. Die Kapazität C der Akkumulatorbatterie 10 ist durch die ausgezogene Kennlinie dargestellt. Sie beträgt bei voll aufgeladenen Akkumulator bei + 300 C in etwa 100 % und bei - 300 C ist die Ladungskapazität der Akkumulatorbatterie 10 auf 40 % abgesunken. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wurde diese Kennlinie für den das Meßwerk 23 durchfließenden Meßstrom Im sehr genau nachgebildet. Dieser Meßstrom ist in Fig. 2 durch den gestrichelten Linienverlauf dargestellt.
Zunächst sei angenommen, daß an der Akkumulatorbatterie 10 kein Verbraucher 15 und kein Ladegenerator 16 angeschlossen ist. Die Batterie ist voll aufgeladen und die Temperatur beträgt + 30U C. Es fließt nun bei voller Klemmenspannung vom Punkt A der Schaltung ein Meßstrom Im über das Meßwerk 23 zum Punkt C der Schaltung. Zwischen den Punkten A und C fließt ein weiterer Strom parallel zum Meßwerk 23 über den Lastwiderstand 14 und dem Abgleichwiderstand 17.
Vom Punkt C fließt jetzt der gesamte# Strom über die Z-Diode 22, den Widerstand 21 und die zueinander parallel geschalteten Widerstände 19 und 20 zum Minuspol der Akkumulatorbatterie, wodurch der Stromkreis geschlossen ist. Da die Skala des Meßwerks 13 auf die maximale Kapazität der Akkumulatorbatterie geeicht ist, kann nunmehr durch Abgleich des Widerstandes 17 der volle Ausschlag am Meßwerk 23 eingestellt werden.
Um sicherzustellen, daß der NTC-Widerstand 19 auf der gleichen Temperatur liegt wie die Akkumulatorbatterie, wird der Temperaturfühler 18 unmittelbar am Gehäuse der Batterie, vorzugsweise in einem nicht dargestellten Verschlußstopfen angeordnet. Fällt nun die Temperatur der Akkumulatorbatterie, so steigt gleichzeitig der Widerstandswert des NTC-Widerstandes 19, was zur Folge hat, daß der Meßstrom Im verringert wird. Durch eine entsprechende Dimensionierung des parallel geschalteten Widerstandes 20 und des vorgeschalteten Widerstandes 21 läßt sich die Widerstandskennlinie des Temperaturfühlers 18 so beeinflussen, daß durch die temperaturabhängige Änderung des NTC-Widerstandes 19 der Meßstrom Im mit großer Genauigkeit - wie Fig. 2 zeigt - sich in gleicher Weise in Abhängigkeit von der Temperatur ändert wie die Kapazität C der Akkumulatorbatterie 10 und die demzufolge vom Meßwerk 23 angezeigt wird.
Das Verhalten der Schaltungsanordnung bei Belastung der Akkumulatorbatterie 10 soll nunmehr anhand der Fig. 3 näher erläutert werden. Bei unbelasteter Batterie fließt nur ein sehr geringer Strom über den Lastwiderstand 14 und den Abgleichwiderstand 17. Der Spannungsabfall am Lastwiderstand 14 ist dabei vernachlässigbar klein. Bei Belastung der Akkumulatorbatterie 10 durch angeschlossene Verbraucher 15 tritt am Innenwiderstand 11 der Batterie ein Spannungsabfall auf, so daß die am Punkt A der Schaltung meßbare Spannung Ua in Abhängigkeit vom Laststom I abnimmt. Dq der Laststrom I auch am Lastwiderstand 14 einen mit der Belastung zunehmenden Spannungsabral U14 erzeugt, fällt die im Punkt B der Schaltung meßbare Spannung Ub entsprechend stärker ab. Durch die abnehmende Spannung Ub im Punkt B der Schaltung wird auch der Strom im Abgleichwiderstand 17 in Abhängigkeit von der Belastung der Batterie geringer und folglich auch der an ihm auftretende Spannungsabfall U17. Durch eine entsprechende Abstimmung des Lastwiderstands 14 mit dem Abgleichwiderstand 17 ist sichergestellt, daß die Summe der Spannungsabfälle am Lastwiderstand 14 und am Abgleichwiderstand 17 bei unterschiedlicher Belastung der Batterie stets gleich sind.
Im Punkt C der Schaltung liegt folglich die Spannung Uc stets um die gleiche, am Meßwerk 23 liegende Spannung Um unter der Klemmenspannung Ua der Akkumulatorbatterie 10.
Demzufolge ist die Anzeige des Ladezustandes der Batterie unabhängig vom Laststrom I.
In gleicher Weise wird auch der am Innenwiderstand 11 der Akkumulatorbatterie 10 auftretende Spannungsabfall beim Laden der Batterie durch den Generator 16 kompensiert.
Der Strom fließt nun in umgekehrter Richtung, was zur Folge hat, daß sich die Spannungsabfälle sowohl am Innenwiderstand 11 als auch am Lastwiderstand 14 umkehren.
Mit der Z-Diode 22 des Temperaturfühlers 18 wird die untere Spannungsgrenze für einen Ausschlag des Meßwerks 23 eingestellt. Fällt die Klemmenspannung der Akkumulatorbatterie unter der Schwellspanung Uz der Z-Diode 22 so gelangt diese in den Sperrzustand und schaltet damit das Meßwerk 23 ab.
Fig. 4 zeigt eine Anschlußklemme für die Akkumulatorbatterie 10, bei der der Lastwiderstand 14 einen Teil der Anschlußklemme 12a bildet. Er ist quaderförmig ausgebildet und steht seitlich von der Klemmschelle 25 der Anschlußklemme 12a ab. Die Anschlußklemme 12a ist vor dem Lastwiderstand 14 mit einem Anschluß 26 für ein Anlasserkabel 27 versehen. Der Lastwiderstand 14 befindet sich zwischen zwei Anschlußschrauben 28 und 29 für das Meßwerk 23 und für die anzuschließenden Verbraucher 15. Die beiden Anschlußschrauben 28 und 29 bilden die Punkte A und B der Schaltung nach Fig. 1.

Claims

Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Anzeige des Ladezustandes einer mit einem Anschluß auf Massepotential liegenden Akkumulatorbatterie mit einem elektrischen Meßwerk, einer Z-Diode für die untere Grenze und einem Abgleichwiderstand für die obere Grenze der Anzeige, sowie mit einem Lastwiderstand, dessen eines Ende mit einem Verbraucher und dessen anderes Ende mit einer Anschlußklemme der Batterie zu verbinden ist und zu dem ein das Meßwerk enthaltender Schaltungszweig parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleichwiderstand (17) mit einem die Temperatur der Akkumulatorbatterie (10) führenden NTC-Widerstand (19) und mit der Z-Diode (22) zu einem Schaltungszweig in Reihe geschaltet ist, der einerseits am verbraucherseitigen Ende (B) des Lastwiderstandes (oil) angeschlossen ist und andererseits auf Massepotential liegt, und wobei das Meßwerk (23) zum Lastwiderstand (14) und dem Abgleichwiderstand (17) unmittelbar parallel geschaltet ist.
2. Schaltungsanorndung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand (19) mit der Z-Diode (22) zu einem am Gehäuse der Akkumulatorbatterie (10) angeordneten Temperaturfühler (18) zusammengefaßt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (18) in einem Verschlußstopfen der Akkumulatorbatterie (10) untergebracht ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand (19) mit einem ohmschen Widerstand (20) parallel geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand (19) und.der ohmsche Widerstand (20) gemeinsam mit einem weiteren Widerstand (21) in Reihe geschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand (14) einen Teil der Anschlußklemme (13a) der Akkumulatorbatterie (10) bildet.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußklem3a) vor dem Lastwiderstand (14) mit einem Anschluß (26) für ein Anlasserkabel (27) versehen ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand (14) ein quaderförmiges, von der Klemmschelle (25) der Anschlußklemme (13a) abstehender Teil ist, der zwischen zwei Anschlußschrauben (27, 28) für das Meßwerk (23) und die Verbraucher (15) liegt.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verbraucherseitige Ende (B) des Lastwiderstandes (14) mit einer Ladeeinrichtung (16) zu verbinden ist.