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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrolytniveaubestimmung
in Batteriezellen.
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Die Überwachung oder Bestimmung des Elektrolytniveaus in Batteriezellen
ist von außerordentlich großer Bedeutung, da bei einer Unterschreitung eines vorbestimmten
Niveaus eine Zerstörung der Batteriezellen eintreten kann. Bei großen Anlagen, die
eine Vielzahl von Batteriezellen aufweisen, treten bei der Überwachung des Niveaus
Probleme auf.
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Es ist bereits bekannt, in Batteriezellen temperaturabhängige Widerstände
oder Halbleiter eintauchen zu lassen.
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Wenn das Niveau des Elektrolyten unter einen vorbestimmten Wert absinkt,
werden diese temperaturabhängigen Widerstände oder Halbleiter frei, und es tritt
eine Widerstandsänderung auf, die durch eine Schaltung festgestellt wird.
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Weiterhin ist es bekannt, zur Niveauüberwachung,beispielsweise zur
Niveausteuerung oder als Trockenlaufschutz, mehrere Elektroden eintauchen zu lassen,
wobei der Widerstand zwischen den Elektroden, die beispielsweise in einen Elektrolyten
eintauchen, überwacht wird.
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Diese bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, daß sie nur zur
überwachung von Einzelzellen oder von einigen wenigen Zellen wirtschaftlich verwendet
werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu schaffen, mit denen das Elektrolytniveau in einer großen Anzahl von
Batteriezellen bei einer großen Betriebssicherheit überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jede Batteriezelle
eine einzige Sonde eingetaucht wird, und die Spannungen dieser Sonde gegen einen
Pol der Batterie abgegriffen und ausgewertet werden. Vorzugsweise werden die Spannungen
gegen den Pluspol der Batterie abgegriffen.
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Gemäß weiterer Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens vorgesehen, bei der jede Sonde einer jeden Batteriezelle über einen hochohmigen
Widerstand mit einem Pol der Batterie verbunden ist und eine Spannungsabgriffsleitung
von jedem Widerstand zu einer Spannungsüberwachungsschaltung führt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemaß Vorrichtung
erfolgt in vorteilhafter Weise die Überwachung des Niveaus durch eine ganz einfache
Spannungsüberwachung, d. h. durch eine Feststellung, ob eine Spannung vorhanden
ist oder nicht. Der apparative Aufbau, der zur Fetstellung der Spannung dient, ist
wesentlich einfacher als bei den bisher bekannten Verfahren, und es ist lediglich
erforderlich, eine Spannung zu überwachen.
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Das Bezugspotential der Sonde ist ein Pol der Batterie, die aus einer
Vielzahl von Batteriezellen gebildet wird.
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An den Sonden erhält man ein Potential, das mit zunehmender Zellenzahl
ansteigt.
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Obwohl man verschiedene Spannungsüberwachungsschaltungen verwenden
kann, ist es besonders vorteilhaft, wegen des einfachen Aufbaus, daß die Batteriezellen
dezimal durchnumeriert
sind, und daß die Spannungsabgriffsleitungen
dekadenweise BCD-Wandlern zugeführt sind, deren Ausgänge über eine Selektionslogikschaltung
mit einer Dezimalanzeige und einem Alarmgeber verbunden sind.
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Durch diese Ausbildung wird dem Bedienungspersonal bei Unterschreitung
des Elektrolytniveaus in irgendeiner Zelle diese Zelle mit ihrer dezimalen Kennziffer
angezeigt, und das Personal wird ferner auf die Tatsache einer Unterschreitung des
Elektrolytniveaus durch einen hörbaren oder sichtbaren Alarm hingewiesen, so daß
zur Verhinderung der Zerstörung der Zelle sofort Abhilfe geschaffen werden kann.
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Ein besonders einfacher Aufbau der Spannungsüberwachungsschaltung
wird dadurch erzielt, daß die Spannungsabgriffsleitung dekadenweise einer Steckerleiste
zugeführt ist, die über Spannungsteiler mit den BCD-Wandlern verbunden sind.
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Mit besonderem Vorteil können dabei die Ausgänge der BCD-Wandler sowohl
einer, einem jeden Wandler zugeordneten Zehner-Torschaltung als auch allen BCD-Wandlern
gemeinsamen Einer-Torschaltung zugeführt sein. Die Anzahl der Einer-Torschaltungen,
die beispielsweise ODER-Schaltungen sind, entspricht in vorteilhafter Weise der
Anzahl der Ausgänge der BCD-Wandler.
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Die Ausgänge der "Einer"-Torschaltung können dann mit Vorteil über
einen BCD-Wandler die Eineranzeige ansteuern.
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Mit Vorteil kann dann jede Zehner-Torschaltung über einen BCD-Wandler
und negierende Schaltungen und einen weiteren BCD-Wandler die Zehneranzeige ansteuern.
Dabei können insbesondere die Ausgänge der ~Zehner"-Torschaltungen mit dem BCD-Wandler
über eine Torschaltung verbunden sein, deren zweiter Eingang mit der Eingangsklemme
für die volle Zehnerstelle der Dekade verbunden sein.
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Die Ausgänge des BCD-Wandlers für die Zehnerstellung und der Torschaltung
für die Einerstelle können einen Alarmgeber steuern. Dies bedeutet, wenn entsprechende
Ausgangssignale auftreten, ein Alarm gegeben wird, der das Bedienungspersonal veranlaßt,
die Anzeige festzustellen, in welcher Batteriezelle das Niveau unter den Sollwert
abgesunken ist.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der Alarmgeber ein
Relais aufweist, d. h. wenn über die entsprechenden Ausgänge durch Zwischenschaltung
entsprechender Schaltelemente ein Relais gesteuert wird, welches einem Alarmgerät
im Schaltungsfall die erforderliche Speisespannung zuführt.
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Es kann der Fall einer gleichzeitigen Unterschreitung des Niveaus
in mehreren Zellen auftreten,und zur eindeutigen Identifizierung können dann getaktete
Decodierer oder Wandler vorgesehen sein.
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Für einen Langzeitbetrieb kann es von Vorteil sein, daß die ausgewerteten
Daten in einem Speicher gespeichert werden.
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Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung
einer aus Batteriezellen bestehenden Batterie und Fig. 2 ein Schaltbild einer Spannungsüberwachungseinrichtung.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Batterie, die aus einer Vielzahl von
Batteriezellen 1 besteht. Diese Batteriezellen 1 sind in an sich bekannter Weise
in Reihe geschaltet und vom Pluspol der Batterie geht die Leitung 28 zum Verbraucher
und vom Pluspol der Batterie geht die Leitung 29 zum Verbraucher. Die Batteriezellen
1 sind mit einem Elektrolyt gefüllt und das Sollniveau des Elektrolyts ist schematisch
bei 30 dargestellt. Wenn dieses Niveau 30 in irgendeiner Batteriezelle 1 unterschritten
wird, so ergibt sich für diese Batteriezelle ein gefährlicher Betriebszustand, der
dazu führen kann, daß diese Batteriezelle 1 zerstört wird.
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Um nun das Sollniveau 30 des Elektrolyts der n-Batteriezelle überwachen
zu können, wird in jede einzelne Batteriezelle der Gesamtbatterie eine Sonde 2 eingetaucht.
Jede dieser Sonden 2 greift praktisch in der Reihenschaltung der Batteriezellen
1 der Gesamtbatterie, die aus n-Zellen besteht, gegenüber dem Pluspol 51 der Gesamtbatterie
eine Spannung ab. Die von den Sonden 2 der einzelnen Batteriezellen 1 gegenüber
dem Pluspol 51 abgegriffene Spannung kann zur Überwachung des Niveaus des Elektrolyts
verwendet
werden. Die Sonden 2 und das Sollnievau 30 des Elektrolyten können derart eingestellt
werden, daß bei Abfall dieses Elektrolytniveaus 30 unter einen Sollwert die Sonde
2 frei wird, so daß eine spezielle Sonde 2 keine Spannung mehr abgreifen kann.
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Wie Fig. 1 zeigt, sind die-n-Batteriezellen 1 in Serie geschaltet,
und die Sonden 2 sind über eine Verbindungsleitung 8 mit dem Pluspol 51 der Batterie
verbunden.
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Zwischen diesen einzelnen Sonden 2 und der Verbindungsleitung sind
hochohmige Widerstände 4 und Dioden 4a eingeschaltet, und von diesen Spannungsteilerwiderständen
4 führen Spannungsabgriffsleitungen 6 zu einer Spannungsüberwachungsschaltung.
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Solange in den einzelnen Spannungsabgriffsleitungen 6 eine Spannung
herrscht, ist das Elektrolytniveau in Ordnung. Ein Abfall des Elektrolytniveaus
30 unter den Sollwert führt dazu, daß in einer bestimmten Spannungsabgriffsleitung
6 keine Spannung mehr auftritt, und die Feststellung dieses Nichtvorhandenseins
einer Spannung kann dann zum Auslösen einer Anzeige und eines Alarms verwendet werden.
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Die von den Sonden 2 der einzelnen Batteriezellen 1 abgefühlte Spannung,
die an den hochohmigen Widerständen 4 abgenommen wird, wird durch eine Spannungsüberwachungsschaltung
7 überwacht. Diese Spannungsüberwachungsschaltung 7 ist derart ausgelegt, daß bei
Fehlen einer Spannung in irgendeiner Zelle eine Anzeige und
gegebenenfalls
ein Alarm ausgelöst wird, so daß das Bedienungspersonal erforderliche Maßnahmen
ergreifen kann, um das Elektrolytniveau der den Alarm auslösenden Zelle wieder auszufüllen,
damit diese Zelle nicht zerstört wird.
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Eine besonders einfache und vorteilhafte Spannungsüberwachungsschaltung
7 ist in Fig. 2 dargestellt.
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Diese in Fig. 2 dargestellte Spannungsüberwachungsschaltung 7 ist
derart ausgebildet, daß an den Anzeigestellen 11 und 12 diejenige Zelle angezeigt
wird, bei der das Sollniveau 30 unterschritten wird. Weiterhin kann ein Alarmgeber
13 vorgesehen sein, der bei Unterschreitung des Sollniveaus in irgendeiner Batteriezelle
einen Alarm abgibt, so daß das Bedienungspersonal gewarnt wird.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Batterie
mit 78 Batteriezellen. Die Batteriezellen sind dezimal durchnumeriert, und die einzelnen
Spannungsabgriffsleitungen 6 der Batteriezellen 1 sind auf eine Steckerleiste 14
geführt. über Spannungsteiler 15 werden die entsprechenden Spannungen dekadenweise
BCD-Wandlern 10 zugeführt. Die Ausgänge dieser Wandler sind dann mit einer Selektionslogik
verbunden.
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Mit Ausnahme der ersten Dekade werden die Ausgänge 16 der den Dekaden
zugeordneten BCD-Wandlern 10 mit einer sogenannten Zehner-Torschaltung 24 verbunden.
Für
jeden BCD-Wandler 10 einer jeden Dekade ist eine derartige
Torschaltung 24 vorgesehen. Weiterhin sind die Ausgänge der BCD-Wandler 10 der einzelnen
Dekaden mit sogenannten Einer-Torschaltungen 18 verbunden. Es sind so viel "Einer"-Torschaltungen
18 vorgesehen, wie die einzelnen BCD-Wandler Ausgänge 16 haben. Die Torschaltungen
18 und 24 sind NAND-Schaltungen. Die Ausgänge 19 der Torschaltungen 18 sind mit
einem BCD-Wandler 20 verbunden.
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Dieser BCD-Wandler 20 kann ein BCD-7-Segmentwandler sein, und dieser
steuert eine Anzeige 11 für die Einerstellen an.
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Die Ausgänge 16 der BCD-Wandler 10 sind ferner mit einer Torschaltung
24 verbunden, deren Ausgang über eine weitere Torschaltung 25 mit einem BCD-Wandler
21 verbunden ist. Der zweite Eingang der Torschaltung 25 ist direkt mit den Klemmen
26 verbunden, die in Verbindung mit den Zellen stehen, die eine volle Zehnernummer
haben, wie z. B. die Zelle 10, 20, 30 usw. Die Ausgänge 31 des BCD-Wandlers 21 sind
über negierende Schaltungen 22 mit einem BCD-Wandler 23 verbunden, der seinerseits
eine Anzeige 12 für die Zehnerstelle steuert.
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Die Ausgänge 31 des BCD-Wandlers 21 und die Ausgänge der "Einer"-Torschaltungen
18 sind mit einem Alarmgeber 13 verbunden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
weist dieser
Alarmgeber 13 ein Relais 27 auf, welches über eine
Transistorsteuerung gesteuert wird.
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Als Beispiel sei angenommen, daß das Niveau der Zelle 11 zu niedrig
sei. Der der Zelle 11 zugeordnete Eingang des BCD-Wandlers 16 hält dann statt des
Signals 1, welches bei Vorhandensein einer Spannung auftritt, ein Null-Signal.
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Am Ausgang des BCD-Wandlers 16 erscheint dann die BCD-Zahl 1.
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Diese wirkt auf die Tore 24 und 18 ein. Die Tore 18 steuern den BCD-7-Segmentwandler,
der die Anzeige 11 derart steuert, daß die Ziffer 1 erscheint. Die Zehnerstelle
wird vom Tor 24 über den BCD-Wandler 21 gegeben und dort wieder decodiert.
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Die Ausgänge liefern die negierte BCD-Zahl 1. Diese wird über die
Negationsschaltungen 21 nochmals negiert und dann über den Wandler 23 auf die Anzeige
12 gegeben. Es erscheint an der Zehnerstelle ebenfalls eine 1. Weiterhin zieht das
Relais 27 an und die Kontakte des Relais werden zu einer Warnsignalabgabe verwendet.
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