DE2856948C3

DE2856948C3 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen und Anzeigen des Ladezustandes eines Akkumulators

Info

Publication number: DE2856948C3
Application number: DE2856948A
Authority: DE
Inventors: Martin 4770 Soest Osyguß
Original assignee: Accumulatorenfabriken Wilhelm Hagen AG
Current assignee: Hagen Batterie AG
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1978-12-04
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE2856948B2; DE2856948A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen und Anzeigen des Ladezustandes eines Akkumulators durch Summieren der Batterieklemmenspannung und einer Meßspannung, die an einem im Entladestromkreis frei wählbar liegenden Nebenwiderstand abgegriffen wird, wobei die Meßwerte verstärkt werden.

Ein Meßverfahren dieser Art ist aus der DE-OS 24 OO 901 bekannt Die erhaltene Summenspannung wird vermittels eines Komperators mit einer Referenzspannung verglichen, wobei Abweichungen durch Änderung der Referenzspannung ausgeglichen werden, indem durch einen Servomotor ein Potentiometer so

ίο weit heruntergefahren wird, bis die Referenzspannung wieder dem jeweiligen Ladezustand entspricht Mit der Abtriebswelle des Servomotors ist eine Anzeigevorrichtung gekoppelt die den jeweiligen Verstellweg und damit den jeweiligen Ladezustand der Batterie anzeigt Nachteilig bei diesem bekannten Meßverfahren ist jedoch, daß das Potentiometer von dem Servomotor nur heruntergefahren wird und daß z. B. kurzzeitige Ladungen der Batterie, wie sie u. a. bei Kraftfahrzeugen mit Nutzbremsungen gegeben sind, nicht berücksichtigt werden. Das bekannte Verfahren arbeitet nur bei einem sich nicht verändernden Strom genau. Bei Stromänderungen wird nicht die zu jedem einzelnen Strom zuzuordnende Kapazität angegeben und läßt damit bei zunächst höher fließendem Strom die Tatsache unberücksichtigt, daß bei anschließend niedrigem Strom noch eine beachtliche Kapazität der Batterie vorhanden ist Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses bekannten Meßverfahrens hat zudem den Nachteil, daß die Anzeige zumindest bei jeder Voiladung der Batterie

jo mechanisch zurückgestellt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, mit dem der jeweilige Ladezustand einer Batterie wesentlich genauer gemessen und angezeigt werden kann und bei dem auch kurzzeitige Ladevorgänge berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die positive Summenspannung von einer negativen Referenzspannung abgezogen wird und daß eine beim Absinken der Summenspannung unter den eingestellten Wert der Referenzspannung gebildete negative Differenzspannung in einer als Operationsverstärker ausgebildeten Umkehrstufe invertiert wird und an einem in Abhängigkeit von der Differenzspannung gesteuerten Anzeigegerät anliegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Abnehmen und Zunehmen des Ladezustandes folgerichtig und kontinuierlich gemessen und angezeigt. Ohne zusätzliche Handhabungen bzw. mechanische Eingriffe werden auch kurzzeitige Ladevorgänge berücksichtigt

so und mit einem Anzeigegerät kenntlich gemacht.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Anzeigegerät aus einem Leuchtpunkta::steuerbaustein und aus einer Kette einzelner Leuchtdioden, die die Differenzspannung linear verarbeiten und in Abhängigkeit von der Differenzspannung durchgeschaltet werden. Jeder Leuchtdiode ist dabei ein bestimmter Wert des Ladezustandes zugeordnet. Eine hinreichend genaue Aussage über den jeweiligen Ladezustand einer Batterie erhält man beispielsweise mit einer 16stufigen Leuchtdiodenkette. Die Anzahl der Leuchtdioden ist jedoch je nach Verwendungszweck veränderbar.

Die Referenzspannung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf z. B. 100% des Ladezustandes der Batterie eingestellt sein, so daß die Anzeige eines entsprechenden Ladezustandsanzeigegerätes bereits bei 100% des Ladezustandes einsetzt. Da dies "licht unbedingt erforderlich ist, sieht eine zweckmäßige

Ausführungsform der Erfindung vor, daß die Referenzspannung auf einen niedrigeren Wert einstellbar ist, der zwischen 100% und 40% des Ladezustandes liegt Somit erfolgt in diesem Fall eine Anzeige erst dann, wenn bereits der entsprechende Anteil an Kapazität aus der Batterie entnommen worden ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Subtrahierer mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor arbeitet. Auf diese Weise kann die Maximalanzeige des Anzeigegerä- ι η tes verändert werden, d. h. daß eine Anzeige bis z. B. noch 30%, noch 20% oder noch 10% angegeben wird.

Durch entsprechendes Einstellen der Referenzspannung und der Verstärkung des Subtrahierers kann grundsätzlich jeder Ladezustandsbereich der Batterie herausgegriffen und dann gespreizt über den vollen Anzeigebereich des Anzeigegerätes, beispielsweise über die volle Leuchtdiodenkette in Art einer »von-bis«- Anzeige, z. B. 10% -80%, 40% - 70% oder 20% -90%, kenntlich gemacht werden.

Um die vorhandene Ladekapazität insbesondere bei Kraftfahrzeugbatterien optimal ausnutzen zu können, ist es wünschenswert, ein Meßverfahren für den Ladezustand der Batterie zu haben, das nicht nur von der Spannungslage der Batterie ausgeht, sondern auch ;s noch die Temperatur- und Altersbewertung der Batterie kombiniert in die Messung des Ladezustandes der Batterie mit einbeziehL Damit kann nicht nur die Ladekapazität optimal ausgenutzt werden, sondern durch die genauere Bewertung des Ladezustandes auch jn mit der erforderlichen Sicherheit verhindert werden, daß die Batterie übermäßig entladen und damit in ihrer Lebensdauer beeinträchtigt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich diese Vorteile dadurch erreichen, daß die Summenspan- j-3 nung durch Addition der Batterieklemmenspannung, der im Entladestromkreis abgenommenen Meßspannung und einer temperaturabhängigen Spannung gebildet wird, die an dem veränderlichen Widerstand einer die Elektrolyt-Temperatur messenden Tempera- ;i> tursonde abgegriffen und ggf. verstärkt wird. Die Altersbewertung kann an einem veränderlichen Widerstand abgegriffen und ggf. verstärkt dem als Summierer ausgebildeten Operationsverstärker aufaddiert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Blockschaubildes näher beschrieben.

Der Entlade- bzw. Ladestrom erzeugt im Laststromkreis 1 mit der Last 2 und der Batterie 3 einen Spannungsabfall am Shunt 4. Die hier abgegriffene Spannung wird im Operationsverstärker OK-I um einen eingestellten Faktor verstärkt. Der Spannungsteiler RS/R9 liefert eine zur Batterieklemmenspannung proportionale Spannung, die im Operationsverstärker OV-2 ebenfalls um einen bestimmten Faktor verstärkt wird. Der Shunt ist frei wählbar. Die rictuige Meßgröße für die Summation wird durch die Verstärkung des OV-I in Kombination mit OV-2 eingestellt.

In einer der Zellen der Batterie wird die Elektrolyt-Temperatur vermittels einer Temperatursonde gemessen und über den entsprechend veränderlichen Widerstand 5 als Spannung abgegriffen, die in dem Operationsverstärker O V-7 um einen bestimmten Faktor verstärkt wird. Die Spannungen aus OV-I, OV-2 und OV-7 sind dem als Summierer ausgebildeten Operationsverstärker OV-3 auf geschaltet Die Summenspannung ist damit strom- und temperaturkompensiert. Über einen weiteren Verstärker OV-8 kann zusätzlich auch die in Spannung umgesetzte Altersbewertung der Batterie an dem veränderlichen Widerstand abgegriffen und vor dem Summenverstärker OV-3 aufaddiert werden.

Mit den Operationsverstärker OV-4 wird eine negative Referenzspannung erzeiv>. Die aus dem Summenversiärker OV-3 erhaltene positive Spannung wird von dieser negativen Referenzspannung in dem als Subtrahierer geschalteten Operationsverstärker OV-5 abgezogen. Fällt die Summenspannung unter den Wert der Referenzspannung, so ergibt sich eine negative Differenzspannung, die im Operationsverstärker OV-5 weiter verstärkt und in der nachgeschalteten Umkehrstufe OV-6 invertiert wird. Die so erhaltene positive Differenzspannung gelangt über einen Spannungsteiler auf den Steuereingang eines Leuchtpunktansteuerbaustei'.ies 6. Dieser Baustein 6 verarbeitet die Differenzspannung linear und schaltet einzeln Leuchtdioden einer 16stufigen Kette in Abhängigkeit von der Differenzspannung durch. Jeder Leuchtdiode ist ein bestimmter Wert des Ladezustandes der Batterie, beispielsweise in Prozenten, zugeordnet.

Messungen an Batterien mit unterschiedlichem Ladezustand haben gezeigt, daß der Inncnwid>Tstand der Batterie während der Entladung zunimmt. Der Innenwiderstand der Batterie nimmt ebenfalls mit fallenden Temperaturen und steigendem Alter der Batterie zu. Um insbesondere die Änderung des Innenwiderstandes beim Entladevorgang auszugleichen, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, in Abhängigkeit von der nach OV-5 gegebenen Spannung durch Rückkopplung den Verstärkungsfaktor von OV-I einzustellen. Auf diese Weise wird der Anstieg des Innenwiderstandes der Batterie beim Entladen erfaßt und die Veränderung des Innenwiderstandes in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Alter mindestens teilweise.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen und Anzeigen des Ladezustandes eines Akkumulators durch Summieren der Batterieklemmenspannung und einer Meßspannung, die an einem im Entladestromkreis frei wählbar liegenden Nebenwiderstand abgegriffen wird, wobei die Meßwerte verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Summenspannung von einer negativen Referenzspannung abgezogen wird und daß eine bei Absinken der Summenspannung unter den eingestellten Wert der Referenzspannung gebildete negative Differenzspannung in einer als Operationsverstärker ausgebildeten Umkehrstufe invertiert wird und an einem in Abhängigkeit von der Differenzspannung gesteuerten Anzeigegerät anliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung an einem Lichtpunktansteuerbaustein anliegt, der einzelne Lichtpunkte in Abhängigkeit von der Differenzspannung durchschaltet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung in einem als Subtrahierer ausgebildeten Operationsverstärker zusätzlich verstärkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Subtrahierer mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor arbeitet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß -Hre Referenzspannung zwischen 10C% und 40% des Ladezustandes der Batterie einstellbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summenspannung durch Addition der Batterieklemmenspannung, der Meßspannung im Entladestromkreis und einer temperaturabhängigen Spannung gebildet wird, die an dem veränderlichen Widerstand einer die Elektrolyt-Temperatur messenden Temperatursonde abgegriffen und ggf. verstärkt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem veränderlichen Widerstand die in Spannung umgesetzte Altersbewertung der Batterie abgegriffen und ggf. verstärkt dem als Summierer ausgebildeten Operationsverstärker aufaddiert wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät aus einem Leuchtpunktansteuerbaustein und aus einer Kette einzelner Leuchtdioden besteht und daß jeder Leuchtdiode ein bestimmter Wert des Ladezustandes zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Leuchtdioden ein Ladezustandsbereich »von-bis« zugeordnet ist.