DE3218148C2 - Verfahren und Gerät zur Anzeige des Entladezustandes und zur Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators - Google Patents

Verfahren und Gerät zur Anzeige des Entladezustandes und zur Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators

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Abstract

Bei einem Antriebsakkumulator (1) soll die Aufladung um einen bestimmten Faktor größer sein als die vorangegangene Entladung. Eine Anzeige des Entladezustandes und die Steuerung der Aufladung läßt sich einfach und mit großer Genauigkeit durchführen, wenn der Entnahmestrom des Akkumulators aufsummiert und somit eine Entladesumme gebildet wird, wenn im Ladebetrieb der in den Akkumulator fließende Ladestrom aufsummiert wird und wenn die Ladung abgeschaltet wird, nachdem die Ladestromsumme einen Wert erreicht hat, der um einen vorbestimmten Faktor höher liegt als die ermittelte Entladesumme.

Description

— Bildung einer zur Summe des Entladestroms des Akkumulators (1) proportionalen Entladesumme während aller Entladevorgänge des Akkumulators (1),
— Aufsummierung des in den Akkumulator (1) fließenden Ladestroms im Ladebetrieb,
— Abschaltung der Ladung nach Erreichen einer Ladestromsumme, die um einen vorbestimmten Wert höher liegt als die ermittelte Entladesumme,
— Veränderung der Entladesumme entsprechend dem aufsummierten Ladestrom.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung der Entladesumme zu der Summe des Entnahmestroms eine. Verlustrate pro unbenutzter Zeiteinheit addiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellwert in Abhängigkeit von der Nennkapazität des Akkumulators (1) ermittelt wird, bei dessen Erreichen durch die Entladesumme ein Signal zum Aufladen des Akkumulators erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des Schwellwerts die Anzahl der durchlaufenen Entlade-Lade-Zyklen berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des Schwellwertes der gemittelte Entladestrom berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtspannung der einzelnen Akkumulatorzellen (2) überwacht wird und daß ein Signal abgegeben wird, wenn die mittlere Spannung einer Akkumulatorzelle (2) einen Mindestschwellwert unterschreitet.
7. Gerät zur Anzeige des Entladezustands und Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators (1) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !,gekennzeichnetdurch so
— eine Summierstufe für den Entnahmestrom des Akkumulators (1),
— eine Speicherstufe zur Speicherung der ermittelten Entladesumme bei der Umschaltung vom 5^ Entlade- auf den Ladebetrieb des Akkumulators
— eine Summierst'jfe für den in den Akkumulator (1) fließenden Ladestrom,
— eine Schaltstufe zur Beendigung des Ladevor- *>o ganges nach Erreichen einer Ladestromsumme, die um einen gewünschten Faktor höher liegt als die Entladesumme.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich- b<> net, daß es an dem Akkumulator (1) selbst angeordnet ist und über einen Steckeranschluß (10) mit einem Anzeigegerät (11) und einem Ladegerät
(12) verbindbar ist
9. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es unmittelbar an einem Pol (6) des Antriebsakkumulators (1) angeordnet ist
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anzeige des Entladezustandes und zur Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators, wobei die Aufladung um einen bestimmten Faktor größer sein soll als die vorangegangene Entladung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zur Anzeige des Entladezustandes und Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators.
Antriebsbatterien, wie sie beim Betrieb von Elektrofahrzeugen, beispielsweise Gabelstaplern, verwendet werden, bedürfen zur Erzielung einer optimalen Lebensdauer einer sorgfältigen Wartung. Es ist bekannt, daß eine maximale Lebensdauer dann erreicht wird, wenn die Akkumulatoren nicht zu mehr als 80% ihrer Kapazität entladen werden, bevor sie wieder aufgeladen werden, Sogenannte »Tiefentladungen« unter 80% der Nennkapazität sollten vermieden werden. Eine Beeinträchtigung der Lebensdauer ergibt sich euch, wenn die Akkumulatoren zu stark überladen werden. Die Aufladung der Akkumulatoren sollte unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads des Akkumulators bei der Aufladung etwa auf UO bis 120% der Nennkapazität erfolgen. Eine zuverlässige Steuerung der Ladegeräte zu diesem Zweck ist nicht bekannt. Die Aufladung der Akkumulatoren erfolgt daher in der Praxis nicht mit der gewünschten Genauigkeit.
Es sind Geräte bekannt, mit denen der Ladezustand des Akkumulators angezeigt wird. Die Ermittlung des Ladezustandes erfolgt hierbei durch eine Mittelwertmessung über die Spannung der Batterie während eines vorbestimmten Meßzeitraums von einigen Minuten. Dieses Meßverfahren ist naturgemäß relativ ungenau, dia die gemessene Spannung stark belastungsabhängig ist. Bei bekannten Geräten ist daher versucht worden, die Stärke der Belastung als Korrekturfaktor in die Messung aufzunehmen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch hierdurch nur ein relativ grober Anhaltspunkt für den Ladezustand gegeben werden kann. Trotz des relativ hohen Aufwandes für die Ermittlung des Lagezustandes wird keine ausreichend genaue Anzeige realisiert.
Aus den deutschen Offenlegungsschriften 30 31 853 und 30 31898 ist eine Methode der Ladezustandsbestimmung für Akkumulatoren bekannt bei der ein Entladestrom in Relation zur Batteriespannung gesetzt wird. Hierzu wird ein in einer Integriervorrichtung, die eine kurzzeitige Integration vornimmt, gemittelter Entladestrom in Beziehung zur momentanen Batteriespannuiig gesetzt und hieraus auf den Entladezustand des Akkumulators geschlossen. Dieses Verfahren gilt für den ersten Teil des Entladevorganges, der einem leichten Abfall der Batteriespannung während der Entladung entspricht. Für einen zweiten Teil des Entladevorganges, der nach einem Knick der Entladungskennlinie liegt, wird der Ladungszustand aus der Batteriespannung allein gestützt. Hierbei wird ausgenutzt, daß die Batteriespannung in den zweiten Teil der Entladekennlinie etwa proportional zur entnommenen Ladung ist.
Diese bekannten Verfahren arbeiten nicht mit der
gewünschten Genauigkeit.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät anzugeben mit dem eine genaue Anzeige des Entladezustandes und zugleich eine optimale Steuerung der Aufladung des Akkumulators ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Geräts durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 angegebenen Merkmale gelöst. ι ο
Bei der Erfindung wird der Ladezustand des Akkumulators durch Aufsummierung des Entnahmestroms festgestellt Die Aufsummierung beginnt mit der ersten Inbetriebnahme und ist über die gesamte Betriebsdauer des Akkumulators wirksam. Zweckmäßigerweise ist daher das entsprechende Gerät unmittelbar an dem Akkumulator angebracht Die durch die Aufsummierung gebildete Entladesumme kann kontinuierlich an dem Akkumulator oder vorzugsweise an einem entfernt angebrachten Anzeigegerät, beispielsweise an der Armaturentafel eines Elektrofahrzeugs, angezeigt werden. Wenn die Entladung auf ca. 80% der Nennkapazität erfolgt ist, kann dies von der Bedienperson an dem Anzeigegerät erkannt oder durch ein Warnsignal deutlich gemacht werden. Der Akkumulator sollte dann wieder aufgeladen werden. Während des Ladebetriebs findet erfindungsgemäß eine Aufsummierung des in den Akkumulator fließenden Ladestroms statt. Dabei wird die Ladung nach Erreichen einer Ladestromsumme abgeschaltet, die um einen vorbestimmten Wert höher liegt als die ermittelte Ernladesumme. Die Aufladung wird daher in Abhängigkeit von der vorher ermittelten Entladesumme gesteuert.
Damit wird sichergestellt, daß genau die richtige Lademenge dem Akkumulator wieder zugeführt wird, nämlich die Lademenge, die um den bestimmten Wert höher liegt als die vorher entnommene Ladung.
Für Akkumulatoren, die sich nicht durchgehend im Belastungsbetrieb befinden, ist es vorteilhaft, bei der Bildung der Entladesumme zu der Summe des Entnahmestroms eine Verlustrate pro unbenutzter Zeiteinheit zu addieren. So kann beispielsweise für jeden Tag Standzeit eine Verlusirate von 1% zur Summe des Entnahmestroms, die ein Maß für die entnommene Kapazität ist, hinzugefügt werden.
Wie bereits erwähnt, kann vorzugsweise ein Schwellwert in Abhängigkeit der Nennkapazität des Akkumulators ermittelt werden, bei dessen Erreichen durch die Entladesumme ein Signal zum Aufladen des Akkumulators erzeugt wird. Dabei ist vorteilhaft, wenn für die >n Ermittlung des Schwellwerts die Anzahl der durchlaufenden Entlade-/Ladezyklen berücksichtigt wird. Es ist nämlich bekannt, daß mit zunehmendem Alter der Batterie, d. h. zunehmender Anzahl der du~chlaufenden Entlade-/Ladezyklen, eine Verminderung der Kapazität ή des Akkumulators eintritt, wodurch sich auch der Schwellwert verschieben soilte.
Die Überwachung des Akkumulators kann noch vervollkommnet werden, wenn die Spannungen der einzelnen Akkumulatorzellen überwacht werden und f>o ein Signal abgegeben wird, wenn die Spannung einer Akkumulatorzelle einen Mindest-Schwellwert unterschreitet.
Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Gerätes beruht auf dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die t>5 Summierstufe für den in den Akkumulator fließenden Ladestrom kann durch die Summierstufe für den F.ntladestrom des Akkumulators gebildet sein, d. h. daß die gleiche Summierstufe sowoh! den Entladestrom als auch den Ladestrom aufsummiert oder integriert
Das erfindungsgemäße Gerät ist vorzugsweise am Akkumulator selbst angeordnet und über einen Steckeranschluß mit einem Anzeige- und einem Ladegerät verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Gerät unmittelbar an einem Pol der Batterie angeordnet ist
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt schematisch die Draufsicht auf die Oberseite eines Antriebsakkumulators an, dessen Zellen 2 durch Pole 3 dieser Zeilen 2 verbindende Kontaktbrücken 4 miteinander verbunden sind. Die Gesamtspannung des Antriebsakkumulators 1 ist an einem positiven Anschlußpol 5 und an einem negativen Anschlußpol 6 abnehmbar.
An dem negativen Anschlußpol 6 ist ein Meß- und Steuergerät 7 in Form eines Mikrocomputers befestigt Das Gerät 7 weist einen Anschlußstecker 8 auf, mit dem Daten in das Gerät 7 gegeben und aus dem Gerät 7 ausgelesen werden können. Solche Daten können beispielsweise der Grad der Wiederaufladung und der Schwellwert sein, bei dem ein Signal zur Durchführung einer Aufladung des Antriebsakkumulators 1 abgegeben werden soll. Von dem positiven Anschlußpol 5 läuft eine Leitung zum Gerät 7. Von dem Gerät 7 läuft eine Leitung 9 zu einem Anschlußstecker 10 des Antriebsakkumulators 1. An diesem Anschlußstecker 10 sind ein Batterie-Zustandsanzeigegerät 11 und ein Ladegerät 12 anschließbar. Das Zustandsanzeigegerät 11 erhält von dem Meß- und Steuergerät 7 ein Signal, das proportional zu dem aufsummierten Entladestrom des Antriebsakkumulators 1 ist. Das Meß- und Steuergerät 7 enthält daher eine Summierstufe für die aus dem Antriebsakkumulator 1 entnommene Strommenge.
Im Ladebetrieb ist das Ladegerät 12 mit dem Antriebsakkumulator 1 verbunden. Das Meß- und Steuergerät 7 mißt nun die aufsummierte, in den Antriebsakkumulator 1 fließende Strommenge und vergleicht diese mit der Strommenge, die vorher dem aufgeladenen Antriebsakkumulator 1 entnommen worden ist. Über den Datenstecker 8 ist dem Meß- und Steuergerät 7 die Information eingegeben worden, um welche Menge der aufsummierte Ladestrom höher sein soll als der vorher entnommene Entladestrom. Ein üblicher Wert liegt beispielsweise bei 115%. Sobald die Ladestrommenge diese 115% der Entladestrommenge erreicht hat, schaltet das Meß- und Steuergerät 7 das Ladegerät 12 aus, so daß der Ladevorgang des Antriebsakkumulators 1 beendet ist
Mit dem dargestellten Gerät läßt sich eine sehr genaue Ladezustandsanzeige realisieren. Darüber hinaus wird die Ladezustandsmessung zugleich zur Aufladesteuerung des Akkumulators ausgenutzt. Das Ladegerät 12 kann ein handelsübliches Ladegerät sein, da der Aufladevorgang das Meß- und Steuergerät 7 beendet wird.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Meß- und Steuergerät beliebig erweitert werden kann. So können für die Ermittlung des Ladezustandswertes weitere Daten berücksichtigt werden. Hierfür kommen insbeondere die Anzahl der Entlade-Auflade-Zyklen, die mittlere Umgebungstemperatur und der über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Entladestrom des Antriebsakkumulators 1 in Betracht, wobei insbesondere die letztere Korrektur eine erhebliche Bedeutung
32 ί8 ί48
haben kann, da die entnehmbare Batteriekapazität eine Funktion des mittleren Endladestroms ist. Weiterhin können die Spannungen der Einzelzellen 2 überwacht werden, da diese nicht unter einen bestimmten Schwellwert, beispielsweise 1,4 V, absinken sollen. Selbstverständlich können Warnsignale gebildet werden, wenn die Entladung beispielsweise 75% erreicht hat. Ebenso kann eine endgültige Abschaltung vorgesehen werden, wenn der Akkumulator 1 zu tief entladen wird, beispielsweise auf über 85%.
Die Strommessung in dem Meß- und Steuergerät 7 kann in üblicher Weise mit einem Meßshunt erfolgen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Anzeige des Entladezustandes und zur Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators (1), wobei die Aufladung um einen bestimmten Faktor größer sein soll als die vorangegangene Entladung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
DE3218148A 1982-05-14 1982-05-14 Verfahren und Gerät zur Anzeige des Entladezustandes und zur Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators Expired DE3218148C2 (de)

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