DE4032842A1

DE4032842A1 - Batteriespannungsmessgeraet

Info

Publication number: DE4032842A1
Application number: DE4032842A
Authority: DE
Inventors: Yoichi Seki; Hiroyuki Saito; Teruyo Hayakawa
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1991-04-25
Anticipated expiration: 2010-10-17
Also published as: US5099209A; JP2667993B2; GB2237115B; GB2237115A; JPH03131771A; DE4032842C2; GB9020824D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriespannungsmeßgerät.

Es ist bekannt, die Klemmenspannung einer Batterie auf der Grundlage eines Vergleichs mit einer Bezugsspannung zu mes sen. Mit diesem bekannten Meßverfahren ist es jedoch nicht möglich, die Klemmenspannung einer Batterie genau zu mes sen, da sich diese Klemmenspannung abhängig von der jewei ligen Belastung der Batterie ändert. Es ist ferner schwie rig, den numerischen Wert der Klemmenspannung zu messen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Batteriespannungsmeßgerät zu schaffen, das in der Lage ist, die Klemmenspannung der Batterie zuverlässig auch unter wechselnden Lastbedingungen zu messen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Batte riespannungsmeßgerät zu schaffen, das in der Lage ist, den numerischen Wert der Klemmenspannung der Batterie zu mes sen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Batteriespan nungsmeßgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend un ter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Tabelle des Zusammenhangs zwischen der Klem menspannung Vbt und dem Zeitverhältnis Tbs/Tbt,

Fig. 3 eine Tabelle der in einer Speicherschaltung gespei cherten Daten, und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Batterie 11, deren Klemmenspannung mit Vbt bezeichnet werden soll. Die Batterie 11 und ein Bezugs spannungsgeber 12, der eine Bezugsspannung Vbs abgibt, lie gen jeweils an einem Eingang einer Umschalteinrichtung 14, die Analogschalter 14a und 14b enthält. Der Ausgang der Um schalteinrichtung 14 ist mit einer Integrationsschaltung 13 verbunden, die einen Widerstand 13a und einen Kondensator 13b enthält. Ein Transistor 15 dient dazu, den Kondensator 13b zu entladen.

Die Ausgangsspannung der Integrationsschaltung 13 liegt an einem Eingang eines Komparators 16, dessen anderer Eingang mit einer Bezugsspannung Vrf, die von einem Bezugsspan nungsgeber 17 geliefert wird, beaufschlagt ist. Der Ausgang des Komparators 16 ist mit einem Eingang eines UND-Glieds 20 verbunden, das an einem zweiten Eingang Taktsignale von einem Taktgeber 18 erhält. Der Ausgang des UND-Glieds 20 liegt an dem Eingang eines Zählers 19 an, der als Meßein richtung dient.

21 ist eine Steuereinheit, die verschiedene Arten von Steuervorgängen ausführt und eine Verarbeitungseinrichtung zur Errechnung der Klemmenspannung Vbt der Batterie 11 dar stellt. Die Steuereinheit 21 enthält einen Mikroprozessor und ist mit einer Speicherschaltung 22 und einer Einstell einrichtung 23 verbunden. Die Speicherschaltung 22 in Form eines ROM (Nur-Lese-Speicher) speichert Daten zum Errechnen der Klemmenspannung Vbt der Batterie 11. Die Einstellein richtung gibt Korrekturbedingungen zum Errechnen der Klem menspannung der Batterie 11 vor.

Die Stromversorgung für die oben erwähnten Schaltungsteile wird der Batterie 11 entnommen.

Nachfolgend soll die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden.

Nachdem mit Hilfe des Transistors 15 der Kondensator 13b vollständig entladen wurde, wird der Transistor 15 ge sperrt. Während der Entladung sind die Analogschalter 14a und 14b ausgeschaltet, und der Zähler 19 wird in einem Rücksetzzustand gehalten. Dann wird der Analogschalter 14a eingeschaltet und zugleich der Rücksetzzustand des Zählers 19 aufgehoben. Zu diesem Zeitpunkt ist das Signal am Aus gang des Komparators 16 "1", so daß der Zähler 19 die Takt impulse vom Taktgeber 18 zählt. Der Kondensator 13b beginnt sich aufgrund des Stromflusses vom Bezugsspannungsgeber 12 aufzuladen. Mit fortschreitender Aufladung steigt die Aus gangsspannung der Integrationsschaltung 13, das heißt die Spannung am Punkt (a) in Fig. 1, allmählich an. Wenn sie den Wert der Bezugsspannung Vrf überschreitet, ändert sich der Signalzustand am Ausgang des Komparators 16 von "1" auf "0". Als Folge davon wird das UND-Glied 20 gesperrt, so daß keine weiteren Taktimpulse an den Zähler 19 geliefert wer den. Der Zählerstand des Zählers 19 in diesem Moment stellt die Zeit Tbs dar, das heißt die Zeit vom Einschalten des Analogschalters 14a bis zu dem Moment, wo die Ausgangsspan nung der Integrationsschaltung die Bezugsspannung Vrf über schreitet. Diese Zeit Tbs wird in der Steuereinheit 21 ge speichert.

Nach Abschluß der vorgenannten Betriebsabläufe wird der Transistor 15 eingeschaltet und dadurch der Kondensator 13b entladen. Nachdem der Kondensator 13b vollständig entladen wurde, wird der Transistor 15 wieder gesperrt. Während der Entladung sind die Analogschalter 14a und 14b ausgeschal tet, während der Zähler 19 in einem Rücksetzzustand gehal ten wird.

Anschließend wird der Analogschalter 14b eingeschaltet und zugleich der Rücksetzzustand des Zählers 19 aufgehoben. In diesem Moment ist der Signalzustand am Ausgang des Kompara tors "1", so daß der Zähler 19 die Taktimpulse vom Taktge ber 18 zählt. Der Kondensator 13b beginnt sich nun aufgrund des elektrischen Stroms von der Batterie 11 aufzuladen. Mit der Aufladung des Kondensators 13b nimmt die Ausgangsspan nung der Integrationsschaltung 13 allmählich zu. Wenn diese Ausgangsspannung die Bezugsspannung Vrf überschreitet, kehrt sich der Signalzustand am Ausgang des Komparators 16 von "1" auf "0" um, woraufhin das UND-Glied 20 die Liefe rung der Taktimpulse an den Zähler 19 unterbindet. Der Zäh lerstand des Zählers 19 in diesem Moment stellt die Zeit Tbt dar, das heißt die Zeit vom Einschalten des Analog schalters 14b bis zu dem Moment, wo die Ausgangsspannung der Integrationsschaltung 13 die Bezugsspannung Vrf über schreitet. Diese Zeit Tbt wird ebenfalls in der Steuerein heit 21 gespeichert.

Nach Abschluß der obigen Betriebsabläufe sind die Zeiten Tbs und Tbt in der Speichereinheit 21 gespeichert. Diese beiden Zeiten Tbs und Tbt können durch die nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden:

Tbs = -RC · ln (1 - Vrf/Vbs) (1)

Tbt = -RC · ln (1 - Vrf/Vbt) (2)

In diesen Gleichungen ist RC die Zeitkonstante der Integra tionsschaltung 13 mit R als dem Wert des Widerstands 13a und C als Kapazität des Kondensators 13b. Vrf ist die Be zugsspannung des Bezugsspannungsgebers 17, Vbs die Bezugs spannung des Bezugsspannungsgebers 12 und Vbt die Klemmen spannung der Batterie 11. ln bezeichnet den natürlichen Logarithmus.

Das Verhältnis A = Tbs/Tbt ergibt sich wie folgt:

A = Tbs/Tbt
= ln (1 - Vrf/Vbs)/ln (1 - Vrf/Vbt) (3)

Da die Werte von Vrf und Vbs bekannt sind und A aus den ge messenen Werten Tbs und Tbt errechnet werden kann, läßt sich der Wert von Vbt, das heißt die Klemmenspannung der Batterie 11 aus Gleichung (3) ermitteln.

Werden die Zeiten Tbs und Tbt mehrfach gemessen und Mittel werte Tbs′ bzw. Tbt′ gebildet, dann läßt sich die obige Gleichung (3) wie folgt umschreiben:

A′ = Tbs′/Tbt′
= ln (1 - Vrf/Vbs)/ln (1 - Vrf/Vbt) (3′)

Auf diese Weise läßt sich die Klemmenspannung der Batterie 11 aufgrund des Verhältnisses A′ der Mittelwerte Tbs′ und Tbt′ errechnen.

Bei der mehrfachen Messung der Zeiten Tbs und Tbt kann das Verhältnis A auch für jede Messung gesondert errechnet und nachfolgend der Mittelwert A′′ aus den einzelnen Werten von A errechnet werden, das heißt man kommt zu der nachfolgen den Gleichung (3′′).

A′′ = ln (1 - Vrf/Vbs)/ln (1 - Vrf/Vbt) (3′′)

Auch auf diese Weise kann die Klemmenspannung Vbt der Bat terie 11 ermittelt werden.

Die Klemmenspannung Vbt der Batterie 11 kann also ohne wei teres von der Steuereinheit 21 auf der Grundlage einer der Gleichungen (3), (3′) und (3′′) errechnet werden. Sie läßt sich aber auch auf folgende Weise ermitteln.

Man kann beispielsweise unter der Annahme von Vrf = 1,5 Volt und Vbs = 5,0 Volt anhand der Gleichung (3) den Zusam menhang zwischen der Spannung Vbt und dem Verhältnis A er mitteln und kommt so zu der in Fig. 2 gezeigten Tabelle. Wenn dieser Zusammenhang in der in Fig. 3 gezeigten Weise in der Speicherschaltung 22 gespeichert wird, dann kann die Klemmenspannung Vbt der Batterie 11 auf folgende, anhand des Flußdiagramms in Fig. 4 erläuterte Weise ermittelt wer den.

In einem ersten Schritt (a) wird das Verhältnis Ax der Zei ten Tbs und Tbt durch die Steuereinheit 21 errechnet. Als Beispiel sei angenommen, daß Ax den Wert 0,25 habe. Im Schritt (b) wird die Adresse 0 der Speicherschaltung 22 ausgewählt. Im Schritt (c) werden die in der Speicherschal tung 22 unter der spezifizierten Adresse 0 gespeicherten Daten Am ausgelesen. Im Schritt (d) wird der ausgelesene Wert von Am (hier 0,229) mit dem errechneten Wert Ax (hier 0,250) verglichen. Da im Beispielsfall Am < Ax ist, wird im Schritt (e) die Adresse um +1 erhöht. Die Schleife führt zum Schritt (c) zurück, und es wird erneut der Wert für Am, der unter der neuen Adresse in der Speicherschaltung ge speichert ist, ausgelesen. Die Schleife wird solange durch laufen, bis Am = Ax oder Am < Ax ist. Bei der beispielhaft in Fig. 3 gezeigten Tabelle wäre dieser Zustand bei der Adresse 2 erreicht, unter der ein Wert von 0,257 für Am in der Speicherschaltung 22 gespeichert ist. Wenn dieser Wert im Schritt (c) ausgelesen und mit dem errechneten Wert Ax (0,250) im Schritt (d) verglichen wird, dann erweist sich, daß Am < Ax ist. Der gespeicherte Wert Am, also hier 0,257, wird als berechneter Wert Ax angenommen und die weitere Verarbeitung entsprechend ausgeführt.

Als nächstes wird dann im Schritt (f) der Wert der Adresse um +10 erhöht. Im Schritt (g) wird der unter der nunmehr um 10 erhöhten Adresse, also im vorliegenden Fall 12, gespei cherte Wert, hier 2,00, ausgelesen. Wie aus der in Fig. 3 gezeigten Tabelle ersichtlich, ist unter den Adressen n (n = 0, 1, . . .) der Wert für das Verhältnis A von Fig. 2 ge speichert, während der jeweils zugehörige Wert der Klemmen spannung Vbt gemäß Fig. 2 unter der Adresse n+10 gespei chert ist. In Fig. 3 sind die Verhältniswerte mit Am und die Spannungswerte mit Vm bezeichnet. Der unter der Adresse 12 gespeicherte Wert von Vm = 2,00 wird also als Klemmen spannung Vbt der Batterie 11 beurteilt. Es folgt eine wei tere Verarbeitung, die in Fig. 4 als Schritt (h) darge stellt ist, etwa zur Umwandlung des gelesenen Wertes von 2,00 in ein Anzeigedatenformat.

Wenn die Schaltung von Fig. 1 auf einer gedruckten Schal tungsplatine aufgebaut ist, treten bei der Messung der Klemmenspannung Vbt der Batterie 11 manchmal Fehler auf grund des Einflusses von Verdrahtungswiderständen und ande ren Faktoren auf, und auch die Bezugsspannung Vbs des Be zugsspannungsgebers 12 unterliegt Abweichungen. In diesen Fällen kann ein geeigneter Korrekturwert von dem errechne ten Wert Ax abgezogen oder zu ihm hinzuaddiert werden, um dann anschließend die Klemmenspannung der Batterie auf gleiche Weise wie oben beschrieben zu ermitteln. Die Ein stelleinrichtung von Fig. 1 kann beispielsweise aus einem manuellen Schalter bestehen, bei dessen Einstellung auf die Stellung + ein Korrekturwert hinzuaddiert wird, während bei Einstellung auf die Stellung - der Korrekturwert abgezogen wird.

Alternativ kann die Einstelleinrichtung 23 ein E²PROM (elektrisch löschbares, programmierbares ROM) enthalten, in dem fein abgestufte Korrekturwerte gespeichert sind.

Wie beschrieben, wird die Klemmenspannung der Batterie auf der Grundlage der gemessenen Zeiten Tbs und Tbt errechnet. Auf diese Weise kann der numerische Wert der Klemmenspan nung der Batterie gemessen werden, und zwar zuverlässig auch unter wechselnder Belastung.

Claims

1. Batteriespannungsmeßgerät, umfassend
einen Bezugsspannungsgeber (12) zur Erzeugung einer Bezugsspannung (Vbs),
eine Integrationsschaltung (13) zur Ausführung einer Integration, wenn sie mit einer Batterie (11), deren Span nung zu messen ist, oder dem Bezugsspannungsgeber (12) ver bunden wird,
eine Umschalteinrichtung (14), mittels derer die In tegrationsschaltung (13) mit der Batterie (11) oder dem Be zugsspannungsgeber (12) verbindbar ist,
eine Meßeinrichtung zur Messung einer ersten Zeit spanne (Tbs), die vom Moment des Verbindens der Integra tionsschaltung (13) mit dem Bezugsspannungsgeber (12) bis zu dem Moment verstreicht, wo die Ausgangsspannung der In tegrationsschaltung (13) einen vorbestimmten Wert (Vrf) er reicht, und zum Messen einer zweiten Zeitspanne (Tbt), die von dem Moment des Verbindens der Batterie (11) mit der In tegrationsschaltung (13) bis zu dem Moment verstreicht, wo die Ausgangsspannung der Integrationsschaltung (13) den vorbestimmten Wert (Vrf) erreicht, und
eine Verarbeitungseinrichtung (Steuereinheit 21) zur Ermittlung der Klemmenspannung der Batterie (11) auf der Grundlage der ersten und der zweiten Zeitspanne (Tbs, Tbt).

2. Batteriespannungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsein richtung (Steuereinheit 21) das Verhältnis zwischen der er sten und der zweiten Zeitspanne (Tbs, Tbt) errechnet und auf der Grundlage dieses Verhältnisses die Klemmenspannung (Vbt) der Batterie (11) ermittelt.

3. Batteriespannungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsein richtung (Steuereinheit 21) das Verhältnis zwischen einem Mittelwert der ersten Zeitspanne (Tbs′) aus mehreren Mes sungen der ersten Zeitspanne (Tbs) und einem Mittelwert (Tbt′) der zweiten Zeitspanne aus mehreren Messungen der zweiten Zeitspanne (Tbt) errechnet und dann die Klemmen spannung (Vbt) der Batterie (11) auf der Grundlage dieses Verhältnisses ermittelt.