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Einrichtung zum überwachen und Anzeigen des Entladezustandes von Blei-
oder Stahlbatterien, insbesondere von solchen Antriebsbatterien in Elektrofahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Überwachen und Anzeigen des Entladezustandes
von Blei- oder Stahlbatterien, insbesondere von solchen Antriebsbatterien in Blektrofahrzeugen,
und zu deren vor ihrem Tiefentladen selbsttätig erfolgenden Abschalten vom Stromverbraucher
unter Verwendung von auf die jeweils vorhandene Batteriespannung ansprechenden Schaltmitteln.
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Uberwachungseinrichtungen für Batterien zur Abgabe eines bei Unterschreitung
eines bestimmten Batteriespannungswertes erscheinenden Warnsignals sind verschiedentlich
schon bekannt. Ferner ist auch ein elektrisches Warngerät zum Anzeigen des kritischen
Punktes des Entladezustandes der Akkumulatoren-Batterie eines Kraftfahrzeuges schon
bekannt, daB eine Signallampe aufweist, deren rcheinen und Erlöschen von einem Steuerrelais
abhängig ist und welche Lampe stattfindendes durch ihr nicht mehr@ Erlöschen anzeigt,
daß eine durch Entladen der Batterie sich ergebene kritische Batterie Spannung erreicht
ist. Ein solches Warngerät kann zwar durch Erscheinen eines optischen signals den
Ladezustand einer
Akkumulatorenbatterie erkennen lassen0 Es kann
aber eine Tiefentladung der Batterie nicht verhindern, was die vorliegende Erfindung
bezweckt und zwar außer der Johaffung einer BatterieentladeUberwachung, die auch
noch in weiteren wesentlichen Einzelheiten den Erfordernissen neuzeitlicher elektronischer
Technik entsprechend, so wie dies im Nachstehenden angegeben, vervollkommenet ist.
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Akkumulatorenbatterien aller Bauarten,-Blei- und Stahlbatterien-,
erreichen ihre volle Leistung und Lebensdauer nur dann, wenn diese Batterien unter
Einhaltung bestimmter Bedingungen nach Vorschrift geladen und entladen werden.
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Besonders schädlich wirkt sich dabei bekanntlich das erwähnte Tiefentladen
einer Batterie aus, weil dadurch die aktiven Bestandteile der Batterie sich so verändern,
daß der elektrochemische Proze# der Ladung und Entladung immer mehr behindert wird.
Der innere Widerstand der Batterie wird in diesem Falls durch Bildung von Sulfatkristallen
größer und die Kapazität eowie die Lebensdauer derselben einken. bchließlich werden
Batterien, die immer wieder riefentladen werdentbei wesentlich verkürzter Benutzungsdauer
unbrauchbar.
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Die Gefahr der Tiefentladung besteht bei jeder Art des reinen Lade-
und Entladebetriebes der Batterie. Ganz besonders trifft dies eu bei stark beanspruchten
Batterien für elektrisch betriebene Fahrzeuge und Flurfördergeräte @
Ein
sicher zuverlässiger Schutz selbsttätig wirksamer fort, solche Batterietiefentladung
en zu verhindern, fehlt aber bisher.
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Man kennt zwar auch Batterieentlade-Me#einrichtungen.
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Deren Anzeige beruht aber lediglich auf einer mehr oder weniger genauen
Strom-Spannungsmessung. Bei zweckmäßiger Anordnung und 4uslegung einer solchen Me#einrichtung
bit der Mittelwert ihrer anzeige den tatsächlichen Endladezustand der Batterie im
wesentlichen wieder. Diese Meßergebnisse sind im praktischen Betrieb allerdings
nur sehr schwer auswertbar, weil kurzzeitige hohe Entladestromstö#e, wie sie beispielsweise
beim Anfahrvorgang von Elektrofahrzeugen auftreten, eine voräbergehende falsche
Anzeige über den Entladezustand verursachen, wie sich eine solche den tatsächlich
gegebenen Entladezustand nicht richtig erfassende Pressung auch ergibt, wenn diese
bei völlig entlaeteter Batterie vorgenommen wird.
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Es kennen nämlich große Entladeströme trotz noch hinreichend vollgeladener
Batterie eine vorübergehend falsche Anzeige des Entlandezustandes bis unter die
Grenze einer Tiefentgehende landung zur Folge haben, wie auch umgekehrt das in der
bisher bekannten Art ermittelte Me#ergebnis, bei unbelasteter Batterie erfasst,
zu gUnstig ausfällt. Dies Schwankungen der Me#wertanzeige senken die A@lesegenauigkeit
auf ein praktisch unge zügendes Naß, vor allem auch, wenn die Messung mittels eines
Zeigerinstrumentes
angezeigt wird. Auch die Jignalisierung eines Grenzwertes der Batterteentladung
iet in diesen Fällen nicht möglich, da der Me#wertgeber aus den dargelegten Gründen
bereits bei einer kurzzeitigen, hohen Batteriebelastung und nicht nur in Abhängigkeit
vom Entladezustand der Batterie ansprechen würde, Alle solche Meßmethoden, die unter
den genannten Verhältnissen nur mit übelichen ; agnetmechanlachen Relais arbeiten,
können nur ungenaue ergebnisse bringen und eine Tiefentladung der Batterie nicht
wirkungsvoll verhindern.
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Die aufgezeigten Nachteile und Mängel werden durch die der Erfindung
entsprechende Einrichtung bedoen, Diese Binrichtung, die unter Verwendung von auf
die jeweils vorhandene Batterie spannung ansprechenden Schaltmitteln arbeitet, zeichnet
sich erfindungsgemäß dadurch aus, das diese Schaltmittel eine die Batterie dauernd,
wie an sich bekannt, in Abhängigkeit vom jeweils fließenden Entladestrom erfassende
Meßeinrichtung aufweisen, der von ihr gesteuert zeitverzögert arbeitende ochaltelemente
zugeordnet sind derart, daß diese Schaltelemente kurzzeitige hohe Batterieentladestrme,
z. B. während des Einschaltens des Stromverbrauchers, also insbesondere eines Fahrzeuges,
bezüglich einer selbettätigen Abschaltung der Batterie trotz der sich dabei möglicherweise
ergebenden Verminderung der Batterieepannung auf einen Tiefentladungswert innerhalb
einer gewissen Zeit der folgenden erholung der Batteriespannung eliminierend überücken,
bis wieder
ein bestimmter darüberliegender Spannungswert erreicht
ist.
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Die dabei genannte Meßeinrichtung benutzt in bekannter Weise eine
Strom-Spannungsmessung, bei der als Maßstab fUr den Endladezustand der Batterie
die oatterietypischen Werte der Xntladekurve im Belastungßfall berücksichtigt werden.
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Ein wesentlicher Fortschritt der Erfindung ist die Ausschaltung von
Neßfehlern, die durch hohe Entladestromstöße in der beschriebenen Weise entstehen
können und somit die exakte Erfassung des tatsächlichen Entladezustandes der batterie,
wodurch die Batteriekapazität voll ausgenutzt werden kann, ohne eine Tiefentladung
befürchten zu müssen, was beispielsweise beim Betrieb von Flurförderfahrezengen
in betrieblicher wie auch in wirtschaftlicher Hinsicht besonders bedeutungsvoll
ist. Eine die Efindung weiterbildende Vervollkommnung ist gegeben, wenn der vorhandenen
Strommessungseinrichtung ein von ihr gesoheltetes Relais sugewiesen ist, das beim
Yorhanden-sein einer vori ihr abgetasteten Spannung einer ausreichend neu geladenen
Batterie anspricht und wieder abflillt beim Unterschreiten einer gewissen abgetasteten
Spannung der sich entladenden Batterie und welchem Relais seinerseits ein von ihm
gesteuert mit unter Strom kommender Zeitschalter zugeordnet ist, der eine vergleichsweise
lange, über nuten gehende Abfallverhat zögerung und der einen sur Steuerung einer
mit der genannten Verzögerungszeit selbsttätig vorzunehmenden Abschaltung des Stromverbrauchers
dienenden Kontakt aufweist.
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Durch die Ma#nahme wird gewährleistet, da# beim Gegebensein eines
bestimmetn Batterieentladezustandes, der fehlerfrei erfassbar gemacht ist, noch
eine Zeitreserve gesichert bleibt, innerhalb welcher die Batterie zur Ladeatelle
gebracht werden kann. Nach dieser Zeit ist aber ein weiteres betriebsgemäßes, sie
zm Tiefentladen bringendes Belasten der Batterie narrensicher ausgeschlossen. zur
Verbeserung der der Erfindung entsprechender Einrichtung trägt ferner bei, wenn
mehrere Signalvorrichtungen optisoher und/oder akwtischer Art zur nacheinander ersoheinenden
Anzeige der verschiedenen unterschiedlich zu Uberwachenden Zadezustände der Batterie
vorgesehen sind. Hierfür dient insbesondere eine solche Signalvorrichtung, die vorzugsweise
vom anzugsverzögert arbeitenden Zeitschalterelais gesteuert betätigt die aufladebedürftigkeit
der batterie zur Anzeige bringt. weiterhin ist eine solche Signalvorrichtung dienlich,
die die automatisch eingetretene Sperrung der Rhschaltmöglichkeit der Batterie an
dors Verbraucher anzeigt.
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Diese kann. vorsugsweise einschaltand gesteuert werden durch einen
Ruhekontakt eines Zwischenschalterelais.
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Schlie#lich ist noch eine solche Signalvorrichtung ala hinzukommend
zu bevorzugen, die as Vorhandensein einer ausreichend aufgeladenen Batterie anzeigt,
welche Vorrichtung vorzugsweise über einen Ruhekontakt eines anzügverzögert vorgesehenen
Zeitschalterrelais gesteuert ißt. Ein die brfindung weiterbildend vervollkommendes
Merkmal ist darin auch gegeben, daß außer einer die Batteriespannung
abtastenden
Meßeinrichtung und außer einem über Minuten verzögert abfallenden Zeitechalter noch
ein weiterer Zeitschalter vorgesehen ist, der seiner erfolgenden erregung gegenüber
anzugverzögert ausgebildet ist und zwar anzug@verzögert Ueber eine insbesondere
nur nach Sekungen zu bemessendeh., der Erholung der Batteriespannung nach kurzen
hohen Entlade strömen entsprechenden Zeit hin. Dabei ist es zu bevorzugen, diesen
Zeitschalter beim Abfallen des der abgetasteten Batterisspannung entsprechend arbeitenden
Relais Uber einen Kontakt desselben unter Strom kommen zu lassen und diesen anzugsverzügerten
Zeitschalter mit einem sich erst nach seiner genannten Anzugsverzögerung schliedenden
belbsthaltekontakt zu versehen.
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Für die Arbeitsweise der der Erfindung entsprechenden Einrichtung
ist es zweckdienlich, den Erregerstromkreis des genannten anzugsverzögerten Zeitschalters
über den Arbeitskontakt eines Zwischenschalterelaie verlaufend vorzusehen, welches
Relais einen über einen Arbeitskontakt des abfallvertögerten Zeitschalters verlaufenden
Ansprechetromkreis hat. Die Bedeutung dieses über einen Arbeitskontakt des abfallverzögerten
Zeitschalterelais ansprechend unter Strom gehaltenen Zwischenschalterelais liegt
darin, da# es außer einem delbsthaltearbeitskontakt einen Arbeiontakt aufweist,
der die Span nungszuführung für das Zeitverzögert abfallende Zeitschalterelais auch
bei abgefallenem Relais der Me#einheit sichert.
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Eine weitere Verbesserung der der Erfindung entsprechenden Sinrichtung
besteht noch darin, daß eine Verriegelung der Widerzuschaltung der Batterie an den
Verbraucher vorgesehen ist, welche Verriegelung sich erst bei Erreichung einer bestimmten
Spannung der geladenen Batterie selbsttätig wieder aufhebt, insbesondere besteh
end aus einem die Me#einrichtung für das Ansprechen des ihr angeschlossenen Relais
aufschließenden Abgriff der Spannung der vom Verbraucher noch abgeschalteten Batterie,
welcher Abgriff vorzugsweise über einen Ruhekontakt des abfallverzögerten Zeitschalterelais
geführt ist.
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Nachstehend ist die Erfindung, wie sie der vorstehend behandelten
Einrichtung den genannten Funktionen gerecht werdend entspricht, mit ihren Einzelheiten
anhand einer Schaltungs.
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Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert und beschrieben.
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Die in dieser Zeichnung wiedergehebene Einrichtung enthält als Hauptbestandteile
eine Me#einrichtung Me mit dem ihr angeschlossenen Relais R3, terner das als Schutz
arbeitende Zwischensohalterelais Soh2, eine Diode D, zwei elektrisch arbeitende
Zeitgeber ZV1 und mit deren Relais R1 und R2. Außerdem sind noch drei Signallampen
Sl, S2 und S 3 vorhanden sowie ein Strommeßshunt. Sh.
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Es ist im Stromkreis der Batterie au#er dem Shunt sh mit ihm in Reihe
noch vorhanden der Motor M eines zu bedienenden
@lektrofahrzeuge
mit dem durch den Elektroschalter Sch1 betätigten Schaltkontakt sch1. FS ist ein
Fahrschalter, durch den das Elektrofahrzeug willkürlich ein- und augechaltet wird.
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Die Arbeitsweise der dargestellten zchaltung einer der Erfindung entsprechenden
Einrichtung ist im wesentlichen folgende: 3urch den Ruhekontakt r22 des Zeitschalterrelais
ZV2-R2 wird der Ansprechpunkt des Schaltrelais R3 der Meßeinrichtung Me bei ausgeschaltetem
Fahrzeug auf zum Beispiel 2.05 V/Z gelegt.
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Dies geschieht durch entsprechende Shuntung des Spannungsteilers g
in der Meßeinheit Ne bei ausgeschaltetem Fahrzeug.
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Nach Anschluß einer vollgeladenen Batterie erfasst die I4eßeinheit
Me dementsprechend die Batteriespannung. Übersteigt diese Spannung dabei 2.05 Y/Z,
so erhalt das Relais R3 über den Transistor Trl Spannung durch ansteuerung über
die Zenerdiode Ze und das Relais R3 zieht an. Liegt aber die Batterie spannung noch
unter 2,05 V/Z, eo äann das entsprechend gewählte Relais R3 seinen Anker nicht anziehen.
Das Fahrzeug lä#t sich in diesem Fall mit seinem Motor M noch nicht in Betrieb nehmen.
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Surch Ansprechen des Relais R3 wird die ;nlage entriegelt.
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Hat da genannte Schaltrelais R3 bei Vorhandenaein einer genü, end
aufgeladenen Batterie angezogen und wird das Fahrzeug dann mit dem Fahrschalter
FS eingeschaltet, so erhält das Relais R2 des Zeitschalters. ZV2 Minusspannung
über
den geschlossenen Kontakt r31 des erwähnten Schaltrelais R3 im Stromkreis, der über
den Ruhekontakt r11 des Relais R1 des Zeitschalters ZV1 verläuft. Die lusspannung
von der batterie her erhält das Relais R2 über den geschlossenen Fahrschalter, die
Diode D, den geschlossenen Kontakt r32.
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Durch Anziehen des Relais R2 werden seine Kontakte aus der gezeichneten
Ruhestellung heraus in deren Arbeitsstellung umgelegt. Dadurch kommt jetzt auch
der Schalter Sch1 unter trom, so da# er seinen Kontakt sch1 schlie#t und dadurch
den Motor M des Fahrzeuges an die Batterie anlegt. Der oichalter chl bleibt unten
Einschaltung des Motore M geschlossen, solange der Fahrsohalter FS ebenfalls geschlossen
ist. über den Arbeitskontakrt r21 des Zeitschalterrlais ZV2-R2 wird gleichzeitig
mit dem Ansprechen dieses Zeitschalterrelais auch der Ansprechstromkreis für das
Zwischenschalterrelais Sch2 geschlossen, so daß dieses Relais jetzt auch anziehen
kann.
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Es bleibt unter strom, solange das Relais R2 nicht abfällt.
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Das Relais @ch2 hat einen Selbsthaltekontakt sch22. Über seinen zweiten
Arbeitskontakt sch21 gibt es dem Relais R2 auch Spannung, wenn das Relais R3#abgefallen
ist. Gleichzeitig leuchtet auch die signallampe ?1 auf. Sie gibt die Signalisierung
"Batterie geladen". Zu erwähnen ist, daß das Zeitschalterrelais ZV erst mit einer
nach Minuten gehenden Zeitverzögerung absohaltend bemessen ist und daher seinen
Anker erst zurückgungelegt, nachdem es Uber die genannte Zeit hin stromlos geweeen
ist. ur Me#einrichtung Me ist zu saen, daß sie die Betriebsspannung der Batterie
und
den durch die Grö#e des Batterieentladestromes an dem Strome#shunt Sh verursachten
Spannungsabfall mißt. Beide Werte werden transistorisch verglichen und steuern gemeinsam
die Meßeinrichtung. Diese läßt bei einem vorbestimmten EnSladezustand der angeschlossenen,
zu überwachenden Batterie das Schaltrelais R3 zum Abfallen kommen, wenn dessen Haltespannung
zu gering geworden ist.
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Während des Fahrbetriebes mißt. die Meßeinrichtung Me die Batteriespannung
am Spannungsteiler g und gleichzeitig die durch die Größe des Entladestroms am Stromme#shunt
; h anliegende Spannung. Der am Me#shung Sh auftretende Spannung abgall beeinflusst
dabei den Spannungsteiler g so, da# die an der Zenerdiode Ze durch den hohen Belastungstrom
absinkende Jpannung nach einer eingestellten Kennlinie kompensiert wird. Dies hat
zur Polge, daß das Relais R3 zur Verhinderung einer Tiefentladung zur Sicherung
dieser Funktion nur bei dem vorbestimmten Entladezustand der Batterie z.B. bei zu
80 entnommener Batteriekapazität zweck bestimmt zum Abfallen kommt.
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Für die der Erfindung entsprechende Arbeitsweise der vorliegenden
Einrichtung ist als wesentlioh zu beachten, daß bei Entladung der Batterie mit kurzen
hohen Entladestromstößen, wie sie zB. beim Anfahren eines Elektrofahrzeuges auftreten,
die Batteriespannung vorübergehend stark absinkt.
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Dies hat zur Folge, daß dadurch das Relais R3 abfallen kann,
obwohl
die Batterie noch nicht 80 entladen ist. Bei der Erfindung handelt eie sich jetzt
darum, Fehlfunktionen ohne jegliche Beeintächtigung der gewünschten Ärbeitsgenauigkeit
der überwachungseinrichtung so auszuschließen, daß jedes abfallen des Schaltrelais
R3 für die erfindungsgemäße Schaltfunktion unwirksam bleibt, solange kein Tiefentladungszustand
der Batterie zu befürchten ist und das abfallen des genannten Relais nur vorübergehend
in-folge kurzer hoher Entladeetromstöße bei im übrigen noch gut brauchbar geladener
Batterie wie dargestellt zustande kommt. Hierbei wird nutzbar gemacht, daß die Batteriespannung
sich nach Entladung mit kurzen hohen Stromstö#en bei entsprechend nachfolgenden
Entlastung eich vergleichsweise bald wieder auf jene Spannung ansteigend erholt,
die ihrem tatsächlichen Entlade zustand entspricht.
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Zum genannten Zweck enthält die der Erfindung entsprechende Einrichtung
eine weitere Zeitschaltervorrichtung ZV1-R1, die anzugsverzögert arbeitet und zwar
mit einer Verzögerungszelt, die kurze n"ntladestromstöe der genannten Art eliminierend
zu überbrücken vermag. Hierbei genügt etwa eine Zeitverzögerung von e,B. fünf Sekunden.
Das Relais R1 ist dementsprechend 80 ausgebildet, daß es seinen Anker erst dann
anzieht, wenn das Relais zuvor mindestens fünf Sekunden unter Strom gekommen ist
und solange ununterbrochen unter Strom bleibt.
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Dieses Leitschalterrelaie ZV1-R1 komt Unter Stromlsobald das sohaltrelais
R3 der Me#einrichtung Me abfällt und zwar über dessen Ruhekontakt r31. Erholt sich
nach kurzen Entladestromstö#en die Batteriespannung jedoch wieder entsprechand,
so
kann das Relais R3 wieder anziehen. Dadurch wird der Erregerstromkreis des anzugsverzögerten
Zeitschalterelais ZV1-R1 wieder unterbrochen, so daß dessen Kontakte unbetätigt
in ihrer Ruhestellung bleiben. Hat aber die zu überwachende batterie tatsächlich
den zu überwachenden Entladezustand erlangt, so kann das Gchaltrelais R3 durch die
bei diesem Zustand von der Me#einrichtung Me an der Batterie abgetastete Spannung
nicht mehr angezogen bleiben. Das Relais R3 kann dementsprechend innerhalb der Zeit
der Anzugsverzögerung des Zeitschalters ZVl-Rl nicht mehr ansprechen. Dieser Zeitschalter
zieht jetzt seinen Anker an und bringt seine Kontakte in Arbeitsstellung. Dies hat
zur Folge, daß dadurch das Relais R2 des Zeitschalters ZV2 durch den umgelegten
Kontakt r11 stromlos wird; gleichzeitig erlischt auch die Signallampe S1, während
die ignallampe S2 über den erwähnten Kontakt r11 eingeschaltet wird. diese Lampe
zeigt an, "Batterie entladen". Der Zeitschalter ZV2-R2 arbeitet mit einer grö#erch
Zeitverzögerung von z. B. 10 Minuten und legt erst dann nach seinem Stromloswerden
seine Kontakte in die in der Zeichnung wiedergegebene Ruhestellung. ijährend dieser
Zeit kann im allgemeinen ein batteriebetriebenes Fahrzeug in die Ladeitation gefahren
werden. Durch den nach der genannten Verzögerungszeit abfallenden Kontakt r21 wird
der Stromkreis für den schalter Sch1 unterbrochen und der Motor selbsttätig von
der Batterie durch den Kontakt schi abgetrennt. Durch Öffnen des Kontaktes r21 des
abfallverzögerten
Zeitschalters zjV2-R2 wird ferner auch das Zwischensch'alterelais
Sch2 stromlos gemacht und abgeschaltet, so daß es seine Kontakte in die eingezeichnete
Ruhestellung umlegt.
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Zugleich wird dabei auch die Signallampe S2 stromlos und dafür über
den Kontakt sch21 die Signallampe S@ eingeschaltet.
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Diese gSt die Signalisierung "Fahrmotor abgeschaltet".
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Es ist noch hervorzuheben, daß durch Ausschalten des hatteriebetriebenen
Fahrzeuges mittela des Fahrschalters BS das Ablaufen der Verzögerungszeit nicht
verhindert werden kann, wenn nur erst der anzungsverzögernd arbeitende Zeitgeber
ZV1-R1 seinen Anker einmal angezogen hat. Das Relais R1 dieses Zeitbebers hält sich
nämlich dann über seinen eigenen Haltekontakt rl2 und macht dadurch ein erneutes
Ansprechen des abfallverzögerten Zeitochalters ZV2-R2 un#öglich.
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Dadurch ist ein Tiefentladen der Fahrzeugbatterie von aelbet unmöglich
gemacht, sobald die automatiache Abschaltung der Batterie in der beschriebenen Weise
in Gang gesetzt worden ist.
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Aber auch die Wiederzuschaltung des Verbrauchers an die Batterie ist
durch eine elektrische Vorriegelung solange verhindert, bis die Batterie erneut
geladen oder durch eine vollgeladene Batterie ersetzt ist. Diit dem Abfallen des
abfallverzögerten Zeitschalters ZV2-R2 wird nämlich der Ansprechwert des vehaltrelais
R3 auf 2.05 V/Z angehoben, so daß das Batteriegetriebene
Fahrzeug
nur nach Anschluß einer v'llgeladenen Batterie wieder in Betrieb gesetzt werden
kann. Durch diese Maßnahme wird auch eine durch das Bedienungspersonal mitwillig
versuchte iefentladung der Batterie wirkungsvoll Verhindert.