DE3116371A1 - Verfahren zum feststellen des entladezustandes eines elektrischen akkumulators und schaltungsanordnung zum durchfuehren dieses verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Feststellen des Entladezustandes eines elektrischen
• Akkutulators und Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung. Die Erfindung betrifft weiter eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 2 genannten Gattung.
• Ein solches Verfahren und eine solche Schaltungsanordnung sind bekannt (DE-PS 2 630 033). Die Säuredichte in der Entladezone der positiven Platten eines Bleiakkumulators ist ein Maß für den Entladezustand bzw. die noch gespeicherte Energie bzw. die noch verfugbare Kapazität. Die Säuredichte läßt sich mit hinreichender genauigkeit durch Messen der Leerlaufspannung des Akkumulators unmittelbar nach dem Abschalten eines Stromverbrauchers bestimmen.
• Es gilt die Näherungsformel: dt = E - 0,85 g/cm3.
• Dabei ist dt die Säuredichte und E die Leerlaufspannung.
• Mit dieser Formel läßt sich bei Messen der Leerlaufspannung durch Vergleich mit der für den verwendeten Zellentyp typischen Säuredichte-Entladezeit-Kurve die noch verfügbare Kapazität bestimmen.
• Voraussetzung für das Messen der Leerlaufspannung ist ein mindestens kurzzeitiges Abschalten des Stromverbrauchers. Bei Fahrbetrieb mit Traktionsbatterien folgen Betriebszeiten und Betriebspausen dicht aufeinander. Das eben geschilderte Verfahren läßt sich damit gut anwenden.
• Bei dem bekannten Verfahren und der zugehörigen Schaltungsanordnung wird analog gemessen. Mit bezahlbarem Aufwand lassen sich dabei nur verhältnismäßig wenig genaue Meßergebnisse erzielen. Zu berücksichtigen ist dabei, daß beim Fahrbetrieb mit zum Beispiel Gabelstaplern, Eidechsen usw. starke mechanische Stöße auftreten, die die Verwendung von empfindlichen Analogmeßgeräten ausschließen. Hieraus stellt sich für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, das Verfahren und die Schaltungsanordnung so auszubilden, daß sich auch bei rauhem Betrieb mit mechanisch unempfindlichen Geräten eine hohe Anzeigegenauigkeit erzielen läßt. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung mit den in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 2 aufgeführten Merkmalen. Zweckmäßige Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen herausgestellt.
• Erfindungsgemäß wird somit digital gearbeitet. Dies ermöglicht den Aufbau der Schaltungsanordnung mit modernen preiswerten und robusten Schaltungselementen, wozu auch logische Schaltungselemente zählen. Weiter läßt sich die Schaltungsanordnung leicht und ohne großen Kostenaufwand an besondere Betriebsbedingungen und Betriebserfordernisse anpassen.
• Die erfindungsgemäße Schaltuigsanordnung ist im beiliegenden Blockschaltbild dargestellt.
• Ein Akkumulator 1 speist den Stromverbraucher 2. Hierbei handelt es sich zum Beispiel um den Antriebsmotor eines Fahrzeuges. Dieser Motor wird mit dem Fahrschalter 3 an- und abgeschaltet. Ein Spannungsteiler 4 liegt Uber dem Akkumulator 1. Bei n Zellen ist das Teilerverhältnis n : 1. Damit kann am Spannungsteiler die mittlere Zellenspannung samtlicher Einzelzellen abgegriffen werden. Über ein Filter wird diese einem Eingang eines Differenzverstärkers 5 zugeleitet. An dessen anderem Eingang liegt eine Bezugsspannungsquelle 6. Im Normalfall gibt diese eine Spannung von 0,85 V ab. Dieser Betrag ergibt sich aus der oben genannten Formel. Die Bezugsspannungsquelle 6 ist jedoch einstellbar. Damit läßt sich die von ihr abgegebene Spannung an die Bauweise und das Alter des Akkumulators anpassen. Die analoge Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 5 wird an einen Analog/Digitalwandler 7 gelegt. Sein Ausgang liegt an einem Eingang eines Und-Tores 8. Dessen Ausgang führt zu einem Digitalzähler 10. FUr diesen reicht eine dreistellige Anzeige im allgemeinen aus. Mit den bisher beschriebenen Schaltungselementen wird die mittleren Zellenspannung des Akkumulators 1 gemessen. Erfindungsgemäß soll jedoch die Leerlaufspannung gemessen werden. Mit den im folgenden beschriebenen Schaltungselementen wird nun festgestellt, wann Leerlauf bzw. eine Betriebs- oder Stromunterbrechung vorliegt.
• Ein Widerstand 11 liegt in Reihe mit dem Akkumulator 1, dem Stromverbraucher 2 und dem Fahrschalter 3. Damit ist der Widerstand 11 bei einer Stromunterbrechung spannungslos. Die am Widerstand 11 abfallende Spannung wird über ein Filter an einen Verstärker 12 gegeben. Dessen Ausgang ist mit einer Vergleichsstufe 13 verbunden. Diese ist so ges~chaltet, daß sie bei spannungslosen Widerstand 11 ein Signal abgibt. Dieses Signal wird über ein Verzögerungsglied 14 dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 15 zugeleitet. Die Verzögerung des Verzögerungsgliedes 14 ist im allgemeinen zwischen 1 und 200 ms einstellbar. Entsprechend den Daten des Akkumulators wird sie dem Kurvenverlauf bei der Diffusion angepaßt. Der Ausgang des Multivibrators 15 liegt am anderen Eingang des schon genannten Und-Tores 8.
• Bei Jeder Betriebs- bzw. Stromunterbrechung wird nach einer zeitlichen Verzögerung, die von der Einstellung des Verzögerungsgliedes 14 abhängt, der monostabile Multivibrator 15 angestoßen. Er gibt einen Impuls ab. Damit wird das Und-Tor 8 für die Dauer dieses Impulses durchgeschaltet. Damit gelangen die von dem Analoge Digitalwandler abgegebenen Impulse, deren Wiederholungsfrequenz von der nun gemessenen Leerlaufspannung abhängt, auf den Digitalzähler 10. Dieser zählt die Impulse und zeigt sie auf seiner Ziffernanzeige an. Diese ist in Einheiten der Säuredichte geeicht.
• Die Ziffernanzeige ist so geschaltet, daß sie einen einmal engezeigten Wert bis zum Erreichen eines neuen Wertes weiter anzeigt.
• Damit ist die in einer Betriebspause gemessene Säuredichte so lange sichtbar, bis sich bei einer erneuten Messung während einer neuen Betriebspause ein neuer Wert einstellen sollte.
• Eine Vergleichsstufe 16 ist noch an den Digitalzähler 15 angeschlossen. Sie ist so ausgelegt, daß sie die Ziffernanzeige bei Unterschreiten eines ersten Grenzwertes der Säuredichte blinken läßt und bei Unterschreiten eines zweiten Grenzwertes den Stromverbraucher 2 insgesamt abschaltet.

Claims (6)

1. PatentansprUche Verfahren zum Feststellen des Entladezustandes eines elektrischen Akkumulators, von dem ein Verbraucher mit zeitlichen Unterbrechungen Strom entnimmt, wobei eine Stromentnahme festgestellt, die Akkumulator-Leerlaufspannung nach einer Stromentnahme kurzzeitig gemessen und als Maß fUr den Entladezustand angezeigt wird, diese Anzeige bis zur nächsten Messung gespeichert und bei Abweichen der Anzeige von einem Sollwert gegebenenfalls Steuer- und Anzeigesignale ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß a) ein monostabiler Multivibrator (15) nach Beendigung einer Stromentnahme angestoßen wird und einen Impuls abgibt, b) die Akkumulator-Leerlaufspannung auf einen Analog/Digitalwandler (7) gegeben wird und dieser eine Impulsfolge erzeugt, c) der Impuls gemäß a) und die Impulsfolge gemäß b) auf ein Und-Tor (8) gegeben werden und d) die am Ausgang des Und-Tores (8) auftretenden Impulse gezählt und als Maß fur den Entladezustand angezeigt werden.
2. 2. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zum Feststellen von vom Verbraucher aufgenommenem Strom und einem an diese Einrichtung angeschlossenen Verstärker, mit einem an den Akkumulator angeschlossenen Leerlauf-Spannungsmeßgerät und mit einem an dieses und eine Bezugsspannungsquelle angeschlossenen Differenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß a) ein monostabiler Multivibrator (15) über ein Verzögerungsglied (14) an den Verstärker (12) und b) ein Analog6Digitalwandler (7) an den Differenzverstärker (5) angeschlossen ist, c) die Ausgänge des Multivibrators (15) und des Analog/Digitalwandlers (7) an die Eingänge eines Und-Tores (8) angeschlossen sind und d) ein Digitalzähler (10) an den Ausgang des Und-Tores (8) angeschlossen ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (14) zwischen etwa 1 und 200 ms einstellbar ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsquelle (6) einstellbar ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Akkumulator-Leerlaufspannungsmeßgerät einen Spannungsteiler (4) mit einem Teilerverhältnis von n : 1 enthält, wobei n die Zahl der Zellen ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsstufe an den Digitalzähler (10) und an diesen zwei Geräte angeschlossen sind, von denen das eine den einen Grenzwert anzeigt und das andere den Verbraucher bei Erreichen des anderen Grenzwertes abschaltet.