DE3311723A1 - Ladezustandsanzeiger fuer aufladbare batterien - Google Patents

Description

• Ladezustandsanzeiger für aufladbare Batterien
• Die Erfindung betrifft einen Ladezustandsanzeiger für aufladbare Batterien, insbesondere Energie zähler zum Zählen der entnommenen Amperestunden.
• Die Betreiber von solar-elektrischen Anlagen, von Windgeneratoren und nicht konstanten Ladeeinrichtungen sind in ihrer Kenntnis hinsichtlich der im Akkumulator tatsächlich noch vorhandenen Amperestunden meist im unklaren. So ist der Ladezustand von Akkumulatoren, die nur zeitweise mit unterschiedlichen Lade- und Entladezyklen betrieben werden, bekannterweise nur sehr umständlich über die Zellenspannung bei definierter Last, oder die Säuredichte feststellbar.
• Der Betreiber eines Wohnschiffes beispielsweise möchte wissen, ob er scine Stromverbraucher wie Kühlbox angeschlossen lassen kann oder ob der Akku bereits soweit entladen ist, daß ein Anspringen des Motors nicht mehr zu erwarten ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät anzugeben, das Erkenntnisse über den genauen Ladezustand eines Akkumulators in Verbindung mit einer solar-technischen Anlage oder eines Windeenerators oder einer Motorlichtmaschine zu liefern in der Lage ist, und zwar unter Berücksichtigung des l.adeverlustfaktors, der je nach Betriebsart oder Akkumulatorart unterschiedlich ist.
• Erreicht wird dies bei einem Ladezustandsanzeiger der eingangs genannten Art durch ein einziges Gehäuse, in dem ein Amperestundenzähler, ein Voltmeter und ein Amperemeter untergebracht ist.
• Vorzugsweise ist eine am Gehäuse angebrachte Drucktaste zur Umschaltung von Amperemessung auf Voltmessung vorges eben.
• Von Vorteil ist es, wenn in der Nähe des Amperestundenzählers eine Drucktaste zur Rücksetzunz des Amperestundenzählers vorgesehen ist.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Meßwiderstand des Zählers im Massekabel der Batterie angebracht ist.
• Zweckmäßig wählt man einen Amperestundenzähler von vorwärts/rückwärtszählender Bauart.
• Entscheidenden Einfluß auf die Genauigkeit der Messungen hat ein zusätzlich am Gehäuse angebrachter Schalter bzw. eine entsprechende Buchse, die zur Umschaltung eines Korrekturfaktorgliedes dient. Dieser Korrekturfaktor ist eine Meßgröße für den bestimmten in Betracht kommenden Akkumulator sowie dessen Stromgeneratoren.
• Die Versorgung des Gerätes kann direkt am Meßobjekt, insbesondere dem Akkumulator, vorgesehen werden.
• Wichtig ist ein in einer Zählrichtung selbsttätig berücksichtigbarer Korrekturfaktor.
• Am Gerät kann ein Anzeigefenster für die Batteriebilanz vorgesehen sein.
• Der Ladezustandsanzeiger nach der Erfindung zum Zählen der Amperestunden zeichnet sich aus durch ein digitales Amperemeter, von dem eine Stromstärkeninformation abgenommen wird, einen Zeitgenerator, der die Information mit einem Zeitfaktor behaftet und durch ein die Meßzeit in Abhängigkeit der Stromrichtung beeinflussendes Korrekturglied, das einen bestimmten Prozentsatz von der Strommenge abzieht, sowie einen bilanzierenden Vorwärts/ Rückwärtszähler, dem diese Strommengeninformation zugeführt wird.
• Der Strommengenzähler nach der Erfindung ist also von vorwärts- und rückwärtszählender Bauart. Er ist mit einem Stromgrößenmesser gekoppelt und erhält von diesem eine Zählinformation. Die Strommengenanzeige wechselt beim Nulldurchgang das Vorzeichen. Interessant ist es, daß die Meßeinrichtung vom Meßobjekt selbst, insbesondere der Batterie, versorgt werden kann. Der Meßwiderstand kann in der Minus- oder in der Plusleitung der Batterie gelegt werden.
• Interessant ist, daß der Eigenstromverbrauch der Meßeinrichtung so niedrig ist, daß die Selbstentladung einer Kraftfahrzeug-Starterbatterie größer als die Leistungsaufnahme des Meßgerätes ist.
• Die Amperestunden, die einer Batterie entnommen werden, werden also negativ gezählt, die Strommenge, die zur Aufladung in die Batterie zurückfließt, wird positiv gezählt. Unter Berücksichtigung des Korrekturfaktors ergibt sich eine Aussage für den genauen Ladezustand.
• Somit kann von einem Ausgangswert, z.B. der vollgeladenen Batterie, nach unterschiedlichen Entlade- und Ladezyklen der Ladezustand direkt abgelesen werden, vorausgesetzt, die Batterie ist in einem einwandfreien technischen Zustand.
• Interessant ist dies besonders bei nicht-konstantem Stromverbrauch oder nicht-konstanten Ladeströmen und Zeiten, wie es beispielsweise beim Betrieb von Solargeneratoren, in Wohnmobilen und Wohnbooten der Fall ist.
• Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nunmehr unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in Fig. 1 eine Ausführungsform von der Rückseite; Fig. 2 die Ausführungsform von der Vorderseite; und Fig. 3 ein Funktionsschaltbild.
• Nebeneinander am Gerät liegen das Anzeigefenster 51, nämlich einmal Amperemeter, einmal Voltmeter, je nach Betätigung der Drucktaste 53, sowie ein Anzeigefenster 52 für die Amperestundenzahl mit Umschalter 54 (Rücktaste). Hier kann beispielsweise bei vollgeladener Batterie mit Null begonnen werden. Die Stromversorgung des Gerätes, die interessanterweise vom Meßobjekt (Batterie) erfolgen kann, ist bei 57 zu sehen.
• Will man keine Handbedienung, so kann man statt der Drucktaste 54 ferngesteuert den Zähler rückstellen.
• Ebenfalls am handlichen Gerät angebracht ist ein Umschalter 56 für den Korrekturfaktor.
• Das Gerät verfügt über extrem handliche Abmessungen in einem hermetisch abgedichteten Kunststoffgehäuse in ABS. Frontmontage mit Abdeckrahmen ist das gegebene.
• Eine vierstellige LCD-Anzeige für Batterie-Kapazitätsmessung liegt neben einer 3 1/2 stelligen LCD-Anzeige für Ampere- und Voltmessung. Das Gerät ist im übrigen äußerst einfach zu bedienen, da neben der Taste 53 zur Umschaltung von Ampere- auf Voltmessung nur noch die Taste 54 zur Zählerrückstellung bedient zu werden braucht.
• Die Stromgröße, multipliziert mit einem Zeitfaktor, wird aus dem Strommesser ausgekoppelt und dem Strom- mengenzähler zugeführt. Der Zeitfaktor wird im Ladebetrieb über ein variables Korrekturglied beeinflußt.
• Der Meßwert für den Entladestrom wird der Zähleinrichtung ohne Korrekturen zugeführt. Der Strommengenzähler (Fenster 52) addiert und subtrahiert die Strommengen, die der Batterie zugeführt oder entnommen werden, wobei beim Nulldurchgang das Vorzeichen wechselt.
• Nach dem Funktionsschema der Fig. 3 wird ein Strom einer Batterie 2 über eine Last 4 entnommen, oder über einen Generator 1 zugeführt.In einem zur Batterie in Reihe liegenden Meßwiderstand 3 wird ein Spannungsabfall erzeugt.
• Diese am Meßwiderstand 3 erzeugte Spannung wird einem Analog/Digitalwandler 5 zugeführt und der somit erzeugte digitale Meßwert über einen Anzeigentreiber zur Anzeige 6 gebracht.
• Dem A/D Wandler werden gleichzeitig dem Stromwert entsprechende Impulsbreiten-Informationen entnommen und je nach Polarität in den Entkoppelstufen 7a und 7b aufbereitet.
• Diese in Abhängigkeit der Größe des Meßstroms unterschiedlichen Impulsbreiten werden in den elektrischen Schaltern 8a und 8b mit einer höheren Frequenz gefüllt.
• Diese Frequenz wird in einem separaten Generator erzeugt, oder dem Generator des A/D Wandlers entnommen und in der Trennstufe 12 entkoppelt.
• Diese Impulsfolgen, bestehend aus der Meßrate des A/D Wandlers und der in Abhängigkeit des Meßstroms geschalteten Frequenz, werden einer Schaltung 9a zugeführt, die den Meßratenfehler subtrahiert: f minus 1.
• Diese Impulsgruppen, die nun die Strommenge darstellen, bestehend aus Stromwert mal Generatorfrequenz plus Meßrate minus 1, werden in einem Teiler 10a/10b geteilt, so daß sie einer Zeiteinheit entsprechen. Z.B.
• Ampere-Stunden.
• Die aus den beiden Schaltungszweigen a und b, für Laden bzw. Entladen, ankommenden Impulse werden in der Schaltung 11 addiert, einem Vor- Rückwärtszähler zugeführt 17 und über den Anzeigentreiber 18 zur Anzeige 19 gebracht. Die Zählrichtungs-Information für den Vor-Rückwärtszähler wird über eine Entkoppelschaltung 13 dem A/D Wandler entnommen und über die Zähl- und Vorzeichenprogrammierung 15 dem Zähler sowie der Anzeige zugeführt.
• Der Zähler ist mittels einem Kontakt 16 rücksetzbar. Aufgrund der Stromrichtungs-Information des A/D Wandlers über die Entkoppelschaltung 13 kann zugleich die Taktfrequenz des Generators 14 umgeschaltet werden.
• Dies ermöglicht eine stromrichtungsabhängige, veränderbare Strommengenzählung.
• Der variable Taktgenerator kann ebenso extern beeinflußt werden, um unterschiedliche Ladeverlustfaktoren, z.B. durch Temperatureinflüsse, auszugleichen.
• Ebenso kann in Abhängigkeit der Größe des Stromes, der als Information an den Entkoppelstufen 7a/7b zur Verfügung steht, die Taktfrequenz verändert werden.
• Die Stromversorgung ist über eine Sperrschwinger-Schaltung 20 galvanisch von der Versorgungsspannung getrennt, und ermöglicht dadurch den Betrieb des Gerätes am Messobjekt.
• Der Korrekturfaktor bei Ladestromzählung kann beispielsweise mit -20t eingestellt sein. Die Stromaufnahme liegt bei beispielsweise 5 Milliampere/12V, entsprechend 0,06 W. Der niederohmige Meßwertgeber kann in die Masseleitung oder in die Stromzuführung der Batterie eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich keine Kurzschlußgefahr, keine dicken und langen Kabelzuführungen sind in Kauf zu nehmen.
• Zum ersten Mal wird die einer Batterie entnommene oder zugeführte Strommenge in einem Rechner gespeichert.
• Es kann somit jeder Zeit direkt abgelesen werden, wieviel Energie vorhanden oder verbraucht worden ist. - Leerseite -

Claims (10)

1. Ladezustandsanzeiger für aufladbare Batterien PATENTANSPROCHE ½) Ladezustandsanzeiger für aufladbare Akkumulatoren zum Zählen der Amperestunden, g e k e n n z e i c h n e t durch ein digitales Amperemeter (6),von dem eine Stromstärkeinformation abgenommen wird, einen Zeitgenerator, der die Stromstärkeinformation mit einem Zeitfaktorbehaftet, ein Korrekturglied (14), das den Zeitfaktor in Abhängigkeit der Stromrichtung verändert, somit einen bestimmten Prozentsatz in einer Zählrichtung von der Strommenge abzieht, einen Vorwärts-Riickwärtszählerder die aufgetretenen Strommengen bilanziert und durch eine digitale Amperestundenanzeige.
2. 2. Ladezustandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zähler selbsttätig, je nach Stromrichtung vorwärts und rückwärts zählend ausgebildet ist, derart, daß ein bilanziertes Ergebnis geliefert wird.
3. 3. Ladezustandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Ladeverlustfaktorumaschaltung (14).
4. 4. Ladezustandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Strommengenanzeige (19) beim Nulldurchgang das Vorzeichen wechselt.
5. 5. Ladezustandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Korrekturglied in Abhängigkeit der Temperatur, der Stromgröße, der Batteriespannung, sowie der batteriespezifischen Werte veränderbar ist.
6. 6. Ladezustandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Versorgung der Meßeinrichtung vom Meßobjekt, insbesondere der Batterie, erfolgt.
7. 7. Ladezustandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n- e t daß an einem Ausgang des Gerätes der Zählerstand abrufbar ausgebildet und mit diesen Daten die Versorgungsanlage zur Umschaltung auf Ladebetrieb, Verbraucher- bzw.

   Ladeabschaltung steuerbar ist.
8. 8. Ladezustandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch eine am Gehäuse angebrachte Buchse an der mittels eines Stromimpulses der Zähler rücksetzbar ist.
9. 9. Ladezustandsanzeiger nach einem der vorhergehenden Anspriiche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Meßwiderstand des Gerätes im Massekabel oder in der spannungsführenden Leitung angebracht ist.
10. 10. Anwendung des Ladezustandanzeigers nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf Solar-Voltaische-Anlagen, Windgeneratoren, Batterieladegeräte, Elektrofahrzeuge, Wohnmobile, Wohnboote, Elektroboote und batteriebetriebene Maschinen und Anlagen.