DE4406193C2 - Akkumulatorenbatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Akkumulatorenbatterie, insbesondere Starterbatterie, welche Mess­ vorrichtungen zur Funktionskontrolle besitzt.

Durch die ständig wachsende Zahl der elektrischen Verbraucher und die Einführung der Benzineinspritzung ist die Notwendigkeit, die Batteriefunktionen unter laufender Kontrolle zu halten größer geworden. Meist bleibt im Falle gravierender Mangelladung der bei modernen Pkws häufig schwer zugänglichen Starterbatterie nur die umständliche Prozedur einer Starthilfe oder die Beschaffung und der Einbau einer neuen Batterie übrig.

Messvorrichtungen für die Funktionskontrolle sind daher unerlässlich, um einem Fehlverhalten der Batterie gegebenenfalls durch eine geeignete elektrische Behandlung von außen gegen­ steuern zu können und ihre Nennleistung weitgehend zu nutzen. Viele Messvorrichtungen die­ nen der Bestimmung des Ladezustandes. Insbesondere ist bei der Anwendung von Batterien im Elektrostraßenverkehr die Ermittlung der Restkapazität für die Beurteilung der Reichweite außerordentlich wichtig. Solche Geräte sind meist Amperestundenzähler, welche den die Bat­ terie durchfließenden Strom zeitlich integrieren. Andere Messverfahren haben die vom Ladezu­ stand abhängige Säuredichte zur Grundlage.

Der US-PS 4 380 726 ist eine elektronische Messeinrichtung entnehmbar, welche die noch zu erwartende Betriebsdauer einer Batterie ermittelt und dem Batteriebenutzer auf einem Display augenfällig macht, welches am batteriebetriebenen Gerät angeordnet ist.

Bei einer aus der DE-PS 33 31 360 bekannten Akkumulatorenbatterie erfasst eine Uhr, welche von einem Uhrenchip gebildet ist, die seit Inbetriebsetzung (Füllen mit Säure) verstrichene Le­ bensdauer und zeigt sie auf einem Display an. Über den aktuellen Ladezustand gibt diese Zählereinrichtung allerdings keine Auskunft. Der über Leitlackbahnen mit beiden Batterie-End­ polen elektrisch verbundene Chip ist gemeinsam mit dem Display im Batteriedeckel einge­ spritzt.

Der DE 29 13 900 A1 ist ein Überwachungsverfahren und eine Einrichtung für die elektrische Anlage eines Kraftfahrzeugs zu entnehmen, wobei die Überwachungseinrichtung mit der Star­ terbatterie verbundene Spannungs-Messeinrichtungen besitzt.

Aus der DE 38 08 559 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Leistungsgrenze einer Starterbatterie bekannt, die eine Warneinrichtung besitzt, die dann angesteuert wird, wenn die Klemmenspannung der Batterie vorgegebene Werte unterschreitet, wobei durch die Ansteuerung der Warneinrichtung eine optische und/oder akustische Anzeige, die sich im Fahrzeuginnenraum in Sicht- und/oder Hörweite des Fahrzeugführers befindet, ein­ geschaltet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, mittels einer geeigneten Messgröße und Messtechnik die momentan noch verfügbare Restkapazität nicht nur zu erfassen, sondern darüber hinaus auch den Batteriebenutzer über das Messergebnis zu informieren und gegebe­ nenfalls vor einer weiteren Kapazitätsausschöpfung zu warnen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Akkumulatorenbatterie gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2 definiert ist.

Danach übernimmt bei einer solchen Batterie die Funktionskontrolle ein akustischer Signal­ geber, z. B. ein Summer, vorzugsweise ein Piezo-Tongeber oder Piepser, welcher von einer Messvorrichtung, die einen für die aktuelle Restkapazität relevanten Zustandswert erfasst, an­ steuerbar ist.

Dabei sind Signalgeber und Messvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, welches auf das Batteriegehäuse aufsteckbar ist, oder sie sind in den Batteriedeckel integriert. Damit wird der Batterienutzer auch dann informiert, wenn er sich nicht im unmittelbaren Umfeld der Batterie aufhält.

Die Messvorrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein Spannungsdetektor mit einem elektronischen Schaltkreis, in den der akustische Signalgeber integriert ist.

Besonders vorteilhaft ist die Spannungs-Messvorrichtung als elektronischer Chip ausgebildet. Dieser ist gemeinsam mit dem Piezo-Tongeber, welcher ein separates Bauteil darstellt, von einem Kunstharz umgossen. Beide wichtigen Bestandteile der Funktionskontrolle gemäß Erfin­ dung sind somit in einem leicht handhabbaren Aufsteckgehäuse von kompakter Gestalt ver­ einigt.

Zur Befestigung dieses Ansteckgehäuses an der Batterie, vorzugsweise am Deckel, ist eine Sockel- oder Polbuchse vorgesehen. Durch Aufstecken wird zugleich der elektrische Kontakt des Spannungsdetektors zu den Batterie-Endpolen über elektrische Leiterbahnen, die innerhalb der Gehäusewände verlaufen, hergestellt.

Die separate Befestigung des Verguss-Bausteins am Batteriegehäuse hat gegenüber der ebenfalls möglichen Integration z. B. des Chips in den Deckel den Vorteil, dass die empfindli­ chen Teile bis zum Schluss der Batteriefertigung aus den verschiedenen Bearbeitungsstationen wie der Blockkastenformation, dem Spiegelverschweißen von Kasten und Deckel oder der Säurebefüllung herausgehalten werden können.

In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, die vorzugsweise aus Bleidrähten bestehenden An­ schlussleiter vor dem Spritzen des Deckels in die Spritzform einzulegen und sie an die Sockel­ buchse, die an der vorgesehenen Austrittsstelle aus dem Deckel ebenfalls in der Spritzform fixiert ist, anzuschließen.

Aufbau und Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand zweier Figu­ ren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schaltungsprinzip der Vorrichtung

Fig. 2 zeigt das Meßprinzip der Vorrichtung

Gemäß Fig. 1 sind die an eine Akkumulatorenbatterie angeschlossenen, vorzugsweise in einem Chip vereinigten Bauteile des erfindungsgemäßen Spannungsdetektors mit 1 bis 6 bezeichnet. Sie bilden im einzelnen den Eingangsschutz 1, den Tiefpaß 2, das Verzöge­ rungszeitglied 3, den Spannungsdifferenzbildner 4, den Grenzwertgeber 5 und den Ver­ stärker 6. Vom Verstärker 6 wird der akustische Signalgeber 7 angesteuert.

Wie weiter unten zum Meßprinzip ausgeführt, läßt man vom Zeitpunkt der Betätigung des Anlassers bis zum Zeitpunkt der Spannungsmessung etwa 1 bis 3 sec. verstreichen. Dieses Zeitintervall (τ) ist nämlich durch stark störende Spannungsschwankungen während der Einschaltphase gekennzeichnet. So fließt anfangs ein hoher Kurzschlußstrom durch den Anlasser, bis dieser sich zu drehen beginnt. Der hohe Strom bedingt einen starken Span­ nungseinbruch. Das Anspringen des Motors ist von Drehmomentänderungen begleitet, die sich auf den Anlasser rückübertragen und entsprechende Spannungsänderungen hervorru­ fen. Batterieseitig bildet sich beim Einschalten des Stromes ein Spannungstief, der soge­ nannte Spannungssack, aus, der seine Ursache in einer anfänglichen Übersättigung des Säureelektrolyten an Pb²⁺-Ionen hat und erst zurückgeht, nachdem sich genügend PbSO₄- Keime gebildet haben.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung besitzt deshalb gegen diese störenden Einflüsse den Eingangsschutz 1, welcher insbesondere Spannungsspitzen herausfiltert, sowie den Tiefpaß 2, welcher nur niedrigfrequente Spannungsschwankungen passieren läßt.

Das Zeitglied 3 ist für die Einhaltung der genannten Vorlaufzeit bis zum Meßzeitpunkt ver­ antwortlich. Es kann gegebenenfalls auch in das Bauteil 2 (Tiefpaß) integriert werden.

Die Funktion der übrigen Bauteile des Detektor-Chips erhellt aus der nachfolgenden Be­ schreibung des Meßprinzips.

Als Maß für die aktuelle Restkapazität der Batterie dient erfindungsgemäß der Unterschied zwischen ihrer gegenwärtigen Ist-Spannung und einer vorgegebenen Grenzspannung.

Die Messung der Spannungsdifferenz erfolgt nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls τ, welches mit der Betätigung des Anlassers beginnt (z. B. 1 bis 3 sec) und im Spannungsde­ tektor gespeichert ist. Dieses Zeitintervall ist so bemessen, daß die Kapazität des soge­ nannten Doppelschichtkondensators, die jede Blei/Säure-Batterie im Ruhezustand besitzt, abgeschöpft ist und der unspezifische, anfänglich auftretende Spannungseinbruch, bedingt durch den hohen Kurzschlußstrom des hochlaufenden Anlassers, nicht gemessen wird.

Der Spannungsdetektor erfaßt dann im Augenblick des Ablaufs des Zeitintervalls die Ist- Spannung der Batterie und vergleicht diese mit der vorgegebenen Grenzspannung.

Nach Fig. 2 sind zwei Fälle möglich:

• 1. Es ist die zum Meßzeitpunkt t_m gemessene Ist-Spannung U₁ größer als die Grenz­ spannung U_g. Dann ist ΔU₁ = U_g - U₁ negativ. Es erfolgt kein Alarm.
• 2. Es ist die zum Meßzeitpunkt t_m gemessene Ist-Spannung U₂ kleiner als die Grenz­ spannung U_g. Dann ist ΔU₂ = U_g - U₂ positiv. Es wird Alarm ausgelöst, auch wenn der Motor anspringt, und die gefundene Differenz zwischen Grenzwert und Ist-Wert vom Signalgeber analog zur Größe des Differenzbetrages mittels eines frequenzvariablen Signaltons zur Anzeige gebracht. Der Signalgeber meldet in diesem Fall, bei dem der Anlasser im allgemeinen nicht versagt, nicht nur ein bestehendes Kapazitätsdefizit, sondern informiert durch die Tonhöhe des akustischen Signals zugleich über das Aus­ maß der Kapazitätserschöpfung.

Besonders dann, wenn sich die Batterie im Grenzbereich befindet, d. h. wenn weitere Starts gefährdet sind, ist diese Art der Information für den Kraftfahrer außerordentlich nützlich.

Die Grenzspannung U_g ist erfindungsgemäß so gewählt, daß sie noch ein sicheres Anspringen des Motors erwarten läßt, aber eine Warnung erforderlich wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Batterien mit einer bausteinar­ tig konzipierten Meß- und Anzeigevorrichtung zur Ladestatuserkennung ausgestattet wer­ den können, deren Energiebedarf aus der Batterie selbst gedeckt wird. Eine solche bord­ netzautarke Lösung für ein auf- bzw. einsteckbares Zusatzteil macht die erfindungsgemäße Akkumulatorenbatterie ebenso als Handels- wie als Nachrüstbatterie interessant.

Die Meßwertübermittlung an den Kraftfahrer erfolgt ohne weitere Hilfsmittel und ohne zu­ sätzlichen Aufwand allein durch das von der Batterie ausgesandte akustische Signal. Da­ bei erweist sich die Batteriespannung während einer batteriecharakteristischen Belastung (Starten) nach Abschöpfen einer bestimmten Batteriekapazität als eine genügend zuver­ lässige Methode der Ladezustandserkennung.

Dank dem akustischen Signalgeber ist dem Batteriehersteller das zusätzliche verkaufsför­ dernde Argument einer "sprechenden Batterie" an die Hand gegeben.

Claims (6)

1. Akkumulatorenbatterie, insbesondere Starterbatterie, welche Messvorrichtungen zur Funktionskontrolle besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskontrolle ein akusti­ scher Signalgeber ist, der von einer einen Zustandswert der Akkumulatorenbatterie erfas­ senden Messvorrichtung ansteuerbar ist und dass Signalgeber und Messvorrichtung in ei­ nem gemeinsamen, auf die Batterie aufsteckbaren Gehäuse angeordnet sind.

2. Akkumulatorenbatterie, insbesondere Starterbatterie, welche Messvorrichtungen zur Funk­ tionskontrolle besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskontrolle ein akustischer Signalgeber ist, der von einer einen Zustandswert der Akkumulatorenbatterie erfassenden Messvorrichtung ansteuerbar ist und dass Signalgeber und Messvorrichtung in den Batterie­ deckel integriert sind.

3. Akkumulatorenbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess­ vorrichtung ein elektrischer Spannungsdetektor ist.

4. Akkumulatorenbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber analog der positiven Spannungsdifferenz zwischen einem vorgegebenen Spannungsgrenzwert und dem Istwert der Batteriespannung ansprechbar ist.

5. Akkumulatorenbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge An­ zeige des Signalgebers ein frequenzvariabler Signalton ist.

6. Akkumulatorenbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung ein Zeitglied enthält, durch welches der Messbeginn um einen vorge­ gebenen Zeitraum verzögerbar ist.