DE2713645A1 - Circuit testing battery charge condition - uses diode indicators for small weight and vol. with successive diodes extinguished as battery level falls - Google Patents
Circuit testing battery charge condition - uses diode indicators for small weight and vol. with successive diodes extinguished as battery level fallsInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Schaltung zum Testen des Ladezustandes von Batterien Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren und um die Schaltung zum Testen des Ladezustandes von Batterien. Die vielfältige Verwendung von aufladbaren Batterien in Industrie, Technik und Wissenschaft machen es in vielen Fällen erforderlich, den Ladezustand der Batterien genau zu überprüfen. Dies gilt sowohl für Kraftfahrzeuge wie auch für batteriebetriebene Meßgeräte,bei denen ein zu starkes Absinken des Ladezustandes der Batterie entweder zum Ausfall des Gerätes oder aber zu fehlerhaften Messungen führen kann. Bei der Verwendung von Batterien als Stromversorgung für sicherheitstechnische Einrichtungen wie z.B. Signalanlagen dürfte es außer Zweifel stehen, daß ein zu starkes Absinken des Ladezustandes der Batterie sogar zu einem erheblichen Sicherheitsrisiko werden kann.Method and circuit for testing the state of charge of batteries The present invention is a method and circuit for testing the state of charge of batteries. The multiple uses of rechargeable Batteries in industry, technology and science make it necessary in many cases to check the state of charge of the batteries carefully. This applies to both motor vehicles as well as for battery-operated measuring devices, in which an excessive drop in the State of charge of the battery either to failure of the device or to faulty Measurements. When using batteries as a power supply for There is no doubt about safety equipment such as signal systems stand that an excessive drop in the state of charge of the battery even to a can be significant security risk.
Es sind nun seit längerem Verfahren und Schaltungen zum Testen des Ladezustandes von Batterien bekannt geworden. Sie waren in aller Regel vom Gewicht her und vom Volumen recht aufwendig, was besonders den Einbau in kleinere Geräte behinderte. Es sind nun auch, besonders im Kraftfahrzeugbau,Verfahren und Schaltungen zum Testen des Ladezustandes bekannt geworden, die mit einer Reihe von Lampen den Ladezustand der Batterie kennzeichnen. Dabei ist jede Lampe einem bestimmten Ladezustand, d.h. einer bestimmten Batteriespannung zugeordnet.Methods and circuits for testing the The state of charge of batteries has become known. They were usually heavy here and in terms of volume quite complex, which is particularly suitable for installation in smaller devices Disabled person. There are now also processes and circuits, especially in automotive engineering for testing the state of charge has become known that with a series of lamps the Mark the charge level of the battery. Each lamp has a certain state of charge, i.e. assigned to a specific battery voltage.
Dieses Verfahren hatte den Nachteil, daß unter anderem nicht erkennbar war, ob die Lampen selber ausgefallen waren, oder ob die Batteriespannung tatsächlich den untersten kritischen Spannungswert unterschritten hatte.This method had the disadvantage that, among other things, it was not recognizable was whether the lamps themselves had failed, or whether the battery voltage actually was had fallen below the lowest critical voltage value.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der angeführten Nachteile ein Verfahren und eine Schaltung zum Testen des Ladezustandes von Batterien zu entwickeln, bei dem auf besonders einfache Weise sowohl das Unterschreiten der minimal zulässigen Batteriespannung wie auch des Ladezustandes bei noch ausreichender Batteriespannung sofort erkannt werden kann.The invention is based on the object, while avoiding the cited disadvantages a method and a circuit for testing the state of charge of batteries to develop, in which in a particularly simple way both the falling below the minimum permissible battery voltage as well as the state of charge if it is still sufficient Battery voltage can be recognized immediately.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht nun darin, daß mindestens eine Leuchtdiode jeweils einen Ladezustand bei noch ausreichender Batteriespannung und eine weitere Leuchtdiode das Unterschreiten der minimal zulässigen Batteriespannung anzeigt. Eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung sieht nun vor, daß die Leuchtdioden zur Anzeige von jeweils einem von mehreren Ladezuständen bei noch ausreichender Batteriespannung beim Absinken der Batteriespannung nacheinander verlöschen und die weitere Leuchtdiode beim Unterschreiten der noch zulässigen minimalen Batteriespannung aufleuchtet.The inventive solution to the problem is that at least a light emitting diode each has a charge level when the battery voltage is still sufficient and another light emitting diode indicates that the battery voltage falls below the minimum permissible value indicates. A first embodiment of the invention according to the invention now provides that the light emitting diodes to display one of several charge levels There is still sufficient battery voltage when the battery voltage drops one after the other go out and the other light-emitting diode when falling below the still permissible minimum Battery voltage lights up.
Eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, daß eine erste, zweite und dritte Leuchtdiode je einen von drei Ladezuständen bei noch ausreichender Batteriespannung anzeigen.A second embodiment of the invention provides that a first, second and third light-emitting diode each have one of three charge levels if it is still sufficient Display battery voltage.
Eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, daß die Leuchtdioden zur Anzeige von Ladezuständen ei noch ausreichender Batteriespannung nur beim Batterietest eingeschaltet werden, während die weitere Leuchtdiode nach dem Einschalten eines Verbrauchers die Batteriespannung ständig überwacht.A third embodiment of the invention provides that the light-emitting diodes to display the state of charge if the battery voltage is still sufficient, only during the battery test be switched on, while the other light emitting diode after switching on one Continuously monitors the battery voltage.
In einer vierten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß beim Unterschreiten der noch zulässigen minimalen Batteriespannung sämtliche Verbraucher bis auf die das Unterschreiten anzeigende Leuchtdiode abgeschaltet werden.In a fourth embodiment of the invention it is provided that when falling below the still permissible minimum battery voltage, all consumers except for the light-emitting diode indicating that the value is below the limit.
Eine erfindungsgemäße Batterietestschaltung zur Ausführung des Verfahrens sieht nun vor, daß die erste, zweite und dritte Leuchtdiode über einen Tastschalter einschaltbar an je einem Ausgang von drei strommitgekoppelten, bei drei verschiedenen Eingangsspannungen sperrenden Operationsverstärkern angeschlossen sind und daß eine vierte Leuchtdiode am Ausgang eines, beim Unterschreiten einer einstellbaren Spannung durchschaltenden integrierten Schaltkreises liegt. In einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Batterietestschaltung ist nun vorgesehen, daß Leuchtdioden über Vorwiderstände jeweils an Ausgang der Operationsverstärker angeschlossen sind, wobei an den Eingängen der Operationsverstärker die jeweilige Schaltspannung durch Potentiometer in jeweils einer, über einen weiteren Vorwiderstand an der Batteriespannung angeschlossenen Widerstandspotentiometer-Reihenschaltung relativzureiner durch eine Zenerdiode stabilisierten Referenzspannung einstellbar ist, und daß die Strommitkopplunq über Kopplungswiderstände an den Operationsverstärkern einstellbar ist.A battery test circuit according to the invention for carrying out the method now provides that the first, second and third light emitting diode via a push button switch Can be switched on at one output of three current co-coupled outputs, with three different ones Input voltages blocking operational amplifiers are connected and that one fourth light-emitting diode at the output of a, when falling below an adjustable voltage switching integrated circuit is located. In a first according to the invention Design of the battery test circuit is now provided that light emitting diodes over Series resistors are each connected to the output of the operational amplifier, wherein the respective switching voltage at the inputs of the operational amplifier by means of a potentiometer in each case one connected to the battery voltage via a further series resistor Resistance potentiometer series connection relative to one stabilized by a zener diode Reference voltage is adjustable, and that the Strommitkopplunq via coupling resistors is adjustable on the operational amplifiers.
Eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung der Batterietestschaltung sieht vor, daß die vierte Leuchtdiode über einen Vorwiderstand am Ausgang der integrierten Schaltung liegt,wobei die Schaltspannung der integrierten Schaltung an einem Potentiometer einer an der Batteriespannung liegenden lViderstands-Potentiometer-Reihenschaltung relativ zu einer durch die Reihenschaltung von 2 Dioden stabilisierten Referenzspannung einstellbar ist.A second embodiment of the battery test circuit according to the invention provides that the fourth light-emitting diode has a series resistor at the output of the integrated Circuit lies, the switching voltage of the integrated circuit on a potentiometer a resistor potentiometer series circuit connected to the battery voltage relative to a reference voltage stabilized by the series connection of 2 diodes is adjustable.
Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein selbsthaltendes Relais parallel zur vierten Leuchtdiode am Ausgang der integrierten Schaltung angeschlossen ist.It is further provided according to the invention that a latching relay connected in parallel to the fourth light-emitting diode at the output of the integrated circuit is.
Als Vorteile der Erfindung ergeben sich neben der einfachen Art und Weise des Erkennens des Unterschreitens der minimal zulässigen Batteriespannung und des Ladezustandes der Batterie bei noch ausreichender Batteriespannung die besonders geringe Leistungsaufnahme der Batterietestschaltung, sowie deren vom Gewicht und vom Raumbedarf her geringen Abmessung. Dadurch ist es möglich, diese Batterietestschaltung auch in kleinsten und besonders handlichen Meßgeräten zu verwenden.The advantages of the invention in addition to the simple type and Way of recognizing that the battery voltage has fallen below the minimum permissible value and the state of charge of the battery if the battery voltage is still sufficient low power consumption of the battery test circuit, as well as its weight and small dimensions in terms of space requirements. This makes it possible to test this battery can also be used in the smallest and particularly handy measuring devices.
Die außerordentlich geringe Leistungsaufnahme der Batterietestschaltung wird zusätzlich noch dadurch verringert, daß der Schaltungsteil mit den Dioden zur Anzeige des Ladezustandes bei noch ausreichender Batteriespannung nur zu Testzwecken eingeschaltet wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die einfache Anzeige des Ladezustandes bei noch ausreichender Batteriespannungtz.B. bei Meßgeräten vor dem Beginn einer größeren Meßserieojederzeit festgestellt werden kann, ob die Ladung der Batterie für die gesamte Meßserie noch ausreicht. Durch einen einfachen Tastendruck auf einen Tastschalter kann sofort erkannt werden, in welchem Ladezustand sich die Batterie, die in dem Gerät eingebaut ist, befindet.The extremely low power consumption of the battery test circuit is additionally reduced by the fact that the circuit part with the diodes for Display of the state of charge if the battery voltage is still sufficient for test purposes only is switched on. Another advantage of the invention is that by the simple display of the state of charge when the battery voltage is still sufficient in the case of measuring instruments, must be determined at any time before the start of a larger series of measurements can determine whether the battery is still charged for the entire series of measurements sufficient. By simply pressing a button, it can be recognized immediately the state of charge of the battery installed in the device.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawing explained.
Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Batterietestschaltung.The drawing shows the battery test circuit according to the invention.
Die Batteriespannung UB liegt zunächst an einem Geräteschalter 26 Der Geräteschalter dient unter anderem zur Einschaltung des Gerätes in dem sich die zu testende Batterie befindet.The battery voltage UB is initially applied to a device switch 26 The device switch is used, among other things, to switch on the device in which the battery under test is located.
Mit dem Einschalten des Geräteschalters 26 gelangt die Batteriespannung an die integrierte Schaltung IC4, an derem Ausgang über einen Vorwiderstand 27 zur Strombegrenzung die Leuchtdiode L4 liegt.When the device switch 26 is switched on, the battery voltage is applied to the integrated circuit IC4, at the output of which via a series resistor 27 to Current limitation the LED L4 is.
Der Ausgang der integrierten Schaltung 1C4 wird dabei dann mit Spannung beaufschlagt, so daß die Leuchtdiode L4 aufleuchten kann, wenn die an dem Potentiometer 23 in der Reihenschaltung aus Widerstand 22 , Potentiometer 23 und weiterem Widerstand 24 einstellbare Spanmung relativ zu der an den beiden Dioden 20, 21 durch ihre Schwellspannungen gegebenen stabilisierten Referenzspannung unterschritten wird. Dermit den Dioden 20 und 21 in Reihe geschaltete Widerstand 28 dient dabei der Strombegrenzung. Auf diese Weise ist es möglich, das Unterschreiten der minimal zulässigen Batteriespannung die an der Widerstands-Potentiometer-Reihenschaltung 22, 23 und 24 anliegt, durch die Leuchtdiode L4 anzuzeigen. Am Ausgang der integrierten Schaltung 1C4 kann zudem parallel zu der Leuchtdiode L4 ein selbsthaltendes magnetisches Relais A angeschlossen werden. Mit diesem Relais A könnten sämtliche weiteren Verbraucher abgeschaltet werden, einschließlich des Relais selbst, demzufolge ein weiteres starkes Absinken der Batterieladung und danit der Batteriespannung vermieden wird.The output of the integrated circuit 1C4 is then energized applied so that the LED L4 can light up when the on the potentiometer 23 in the series circuit of resistor 22, potentiometer 23 and another resistor 24 adjustable voltage relative to that at the two diodes 20, 21 by means of their threshold voltages given stabilized reference voltage is undershot. With the diodes Resistor 28 connected in series is used to limit the current. on this way it is possible to keep the battery voltage below the minimum permissible value which is applied to the resistance potentiometer series circuit 22, 23 and 24, through to display the LED L4. At the output of the integrated circuit 1C4 can also A latching magnetic relay A is connected in parallel to the light-emitting diode L4 will. With this relay A, all other consumers could be switched off will, including the relay itself, be another sharp drop the battery charge and thus the battery voltage is avoided.
Dies ist besonders deswegen vorteilhaft, weil dadurch einerseits eine die Batterie zerstörende Tiefentladung vermieden wird und andererseits die Leuchtdiode L4 für einen sehr langen Zeitraum das Unterschreiten der minimal zulässigen Batteriespannung anzeigen kann.This is particularly advantageous because, on the one hand, a the battery destructive deep discharge is avoided and on the other hand the light emitting diode L4 falling below the minimum permissible battery voltage for a very long period of time can display.
Über den Testschalter 25 kann die Batteriespannung UB an die Schaltung zur Anzeige des Ladezustandes der Batterie bei noch ausreichender Batteriespannung angelegt werden. Hierzu sind drei Leuchtdioden L1, L2 und L3 über die Vorwiderstände 16, 17 und 18 zur Strombegrenzung an den jeweiligen Ausgang eines von drei Operationsverstärkern 1C1, IC2 und IC3 gelegt. Die Schaltspannung der Operationsverstärker 1C1, IC2 und IC3 ist durch die an ihren Eingängen liegenden Potentiometer 6, 7 und 8 einstellbar, die jeweils in einer Widerstands-Potentiometer-Reihenschaltung über einen Vorwiderstand 19 an der Batteriespannung Ug liegen. Am zweiten Eingang der Operationsverstärker liegt eine durch eine Zenerdiode 12 stabilisierte Referenzspannung.The battery voltage UB can be fed to the circuit via the test switch 25 to display the state of charge of the battery when the battery voltage is still sufficient be created. For this purpose, there are three LEDs L1, L2 and L3 across the series resistors 16, 17 and 18 to limit the current at the respective output of one of three operational amplifiers 1C1, IC2 and IC3 placed. The switching voltage of the operational amplifiers 1C1, IC2 and IC3 can be set using potentiometers 6, 7 and 8 at its inputs, each in a resistor-potentiometer series connection via a series resistor 19 are due to the battery voltage Ug. At the second input of the operational amplifier is a reference voltage stabilized by a Zener diode 12.
An den Operationsverstärkern ist zudem eine Strommitkopplung über die Widerstände 13, 14 und 15 vorgesehen. Die Strommitkopplung bewirkt dabei eine Schalthysterese insofern, daß beim Verlöschen einer der Dioden beim Unterschreiten der ihr zugeordneten Batteriespannung die Referenzspannung an der Zenerdiode 12 durch den daraus resultierenden Stromanstieg leicht ansteigt, demzufolge der leichte Spannungsanstieg an der Batterie durch das Abschalten der Leuchtdiode als Verbraucher ausgeglichen wird. Auf diese einfache Art und Weise wird somit ein Schwingen verhindert, d.h. die Leuchtdiode würde ansonsten ständig an- und ausgehen. Die Kapazität 1 dient zur Glättung von Spannungsspitzen aus der Schaltung.There is also a current coupling via the operational amplifiers the resistors 13, 14 and 15 are provided. The power coupling causes a Switching hysteresis to the extent that when one of the diodes goes out when the value falls below the battery voltage assigned to it is the reference voltage at the Zener diode 12 increases slightly due to the resulting increase in current, hence the slight Voltage increase on the battery due to the switching off of the light-emitting diode as a consumer is balanced. In this simple way, swinging is prevented, i.e. the light emitting diode would otherwise go on and off all the time. Capacity 1 is used for smoothing voltage peaks from the circuit.
Wie aus dem Aufbau der Schaltung leicht erkennbar ist, kann die Schaltung sowohl leicht reduziert werden, d.h. z.B. auf eine Leuchtdiode mit einem Operationsverstärker, andererseits aber auch auf eine fast beliebige Anzahl von Leuchtdioden mit Operationsverstärkern erweitert werden, ohne daß hierbei die auf einfache Art und Weise erzeugte Schalthysterese außer Kraft gesetzt werden würde. Dadurch kann der Ladezustand einer Batterie mit fast beliebig vielen Stufen sehr genau angezeigt werden. Bei z.B. 10 Stufen könnte ein kodierter Ausgang vorgesehen werden, der die Möglichkeit beinhaltet, eine digitale Dezimalanzeige des Ladezustandes vorzunehmen. Bei der geringen Leistungsaufnahme der Batterieschaltung kann eine leichte, kleine und kompakte Bauweise gewählt werden, die zudem zur Erzielung einer hohen mechanischen Stabilität und Strapazierfähigkeit mit Kunstharz u.a.As can be easily seen from the structure of the circuit, the circuit can both can be easily reduced, i.e. e.g. to a light-emitting diode with an operational amplifier, on the other hand, however, also on almost any number of light-emitting diodes with operational amplifiers can be expanded without the switching hysteresis generated in a simple manner would be overridden. This allows the state of charge of a battery with can be displayed very precisely for almost any number of levels. For example, with 10 levels a coded output can be provided, which includes the option of a digital Make a decimal display of the charge level. With the low power consumption The battery circuit can be light, small and compact Construction be chosen, which also to achieve a high mechanical stability and Durability with synthetic resin, etc.
vergossen werden kann.can be shed.
Integrierte Schaltungen wie Schaltung 1C4 sind hinreichend bekannt, u.a. aus der Druckschrift "The iinear integrated Circuits Data Catalog", Fairchild Semiconductor Febr. 1973, "#A 723", S. 5-7 bis 5-13. LeerseiteIntegrated circuits such as circuit 1C4 are well known inter alia from the publication "The linear integrated Circuits Data Catalog", Fairchild Semiconductor Feb. 1973, "#A 723", pp. 5-7 to 5-13. Blank page
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