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Verfahren für die unmittelbare Messung und Anzeige der Jeweiligen
Ladung einer Akkumulatorenbatterie und Vorrichtung hierzu Die Erfindung betrifft
ein Verfahren für die unmittelbare Messung und Anzeige der Jeweiligen Ladung einer
Akkumulatorenbatterie auch bei deren Entladung bzw. Aufladung sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Der Ladezustand einer BleikkuinuIatorbate ist z.B. mit Hilfe eines
Säuremessers feststellbar. Eine derartige Messung ist jedoch aufwendig und zeitraubend
und kann nur direkt bei der zu messenden Akkumulatorenbatterie durchgeführt werden.
Auch ist dies bei in Fahrzeugen verwendeten Akkumulatorenbatterien während der Fahrt
praktisch nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung desselben zu schaffen, mit welchen der Jeweilige Ladezustand einer
Akkumulatorenbatterie direkt auch während des Betriebes angezeigt werden kann. Dabei
soll eine Anzeige des jeweiligen Ladezustandes z.B. in Prozenten oder auch in Jeweils
verbleibenden Amperestunden erfolgen können. Dabei soll ggf. eine Weiterbildung
möglich
sein, bei der z.B. auch Temperaturänderungen od.dgl. Umwelteinflüsse
berücksichtigt werden können.
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Zur Lösung schlägt die Erfindung als Verfahren vor, daß beim Laden
bzw. Entladen der Akkumulatorenbatterie der fließende Strom festgestellt und die
dabei ermittelte, dem Strom proportionale Spannung vorzugsweise verstärkt wird,
daß die der Batteriekennlinie entsprechende Unterproportionalität dieser Spannung
eliminiert wird, daß die so ermittelte und aufberelüber die Zeit tete Spannung/integriert
und beim Erreichen einer vorgegebenen Vergleichsspannung Jeweils auf Null geschaltet
wird, wobei Jeder Schaltvorgang einen Impuls erzeugt, daß die Anzahl dieser Impulse
gezählt wird, wobei beim Laden der Akkumulatorenbatterie die gezählten Einheiten
addiert und beim Entladen die gezählten Einheiten subtrahiert werden und daß das
Jeweilige Zählergebnis mittels eines Anzeigeinstrumentes sichtbar gemacht wird.
Mit Hilfe dieses Verfahrens werden auch die die Kapazität beeinflussenden unterschiedlichen
Stromstärken für die Anzeige berücksichtigt.
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Vorzugsweise kann zur Berücksichtigung eines Ladefaktors die aus dem
Stromkreis der Akkumulatorenbatterie entnommene, aufberei-und tete'inteeriertR Spannung
im Falle der Aufladung der Batterie mit einer um diesen Ladefaktor größeren Vergleichsspannung
verglichen werden als bei der Entladung. Dadurch wird der Wirkungsgrad
der
Akkumulatorenbatterie berücksichtigt, da insbesondere beim Aufladen ein nicht unwesentlicher
Anteil der Ladeleistung in Wärme umgesetzt wird und somit nicht als Ladung erhalten
bleibt.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Anzahl der gezählten, einer Jeweiligen
Ladungsänderung entsprechenden Impulse gespeichert und dies Jeweils bei einer Xnderung
des Ladungszustandes der Akkumulatorenbatterie um ein Hundertstel ihrer Kapazität
angezeigt wird, wobei bei völlig entladener Akkumulatorenbatterie der Wert "O" und
bei völlig geladener Batterie der Wert "loO't angezeigt werden, so daß die Anzeige
Jeweils in Prozent derNennkapazität der Batterie erfolgt. Auch kann die Anzeige
direkt in Ah-Werten erfolgen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung von besonderer Bedeutung zur unmittelbaren
Messung und Anzeige des Ladungszustandes einer Akkumulatorenbatterie kann in der
Berücksichtigung wenigstens einer die Kapazität der Batterie beeinflussenden, durch
die Umgebung bewirkten Meßgröße, insbesondere der Temperatur und vorzugsweise der
unter der Nenntemperatur der Batterie liegenden Temperatur bestehen, wobei eine
änderung der Jeweiligen Meßgröße in eine Spannung proportional zu dieser Meßgrößenändeüber
die Zeit rung umgewandelt wird, diese Spannu integriert und mit einer vorgegebenen
Spannung verglichen wird, nach deren Erreichen sie
auf "O" geschaltet
und diese Schaltvorgänge gezählt werden und wobei das Ergebnis dieser Zählung und
das Ergebnis der Zählung der durch Ladung und durch Entladung der Akkumulatorenbatterie
entstehenden Impulse Jeweils nach einer bestimmten Zeit in einem Zusatzzähler übernommen
und dort Je nach Vorzeichen des gezählten Impulses addiert oder voneinander subtrahiert
werden und der so ermittelte und von einem Zusatzzähler festgestellte Wert Jeweils
nach bestimmten kurzen Zeitabschnitten angezeigt wird. Hierbei ist vorteilhaft,
daß durch das unmittelbare Messen und Berücksichtigen der Batterietemperatur auch
berücksichtigt wird, wenn sich die Batterie im Betrieb erwärmt und dadurch selbst
in die Lage bringt, eine entsprechend höhere Ladung abzugeben.
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Zweckmäßigerweise kann die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
vor allem gekennzeichnet sein durch eine Meßvorrichtung fUr den im Akkumulatorenbatterie-Stromkreis
fließenden Strom und die diesem proportionale Spannung sowie einen aus einem Vorverstärker
und einem Dioden-Widerstandsnetzwerk bestehenden Verzerrer zur Angleichung der gemessenen
Spannung an die Batteriekennlinie und ferner durch die Kombination eines Integrators
und eines elektronischen Schalters zur Umwandlung der gemessenen und aufbereiteten
Ausgangs spannung in eine Impulsfolge. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung berücksichtigt
somit auch die sich bei großen Entladeströmen
überproportional verringernde
Gesamtkapazität einer Akkumulatorenbatterie.
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Ggf. kann im Stromkreis der Batterie ein Strommeßshunt vorgesehen
sein, an welchen ein linearer Spannungsverstärker angeschlossen sein kann. Die geringe,
am Shunt abfallende Spannung wird dann durch den Spannungsverstärker auf einen für
die Vorrichtung notwendigen Wert verstärkt.
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Zur Berücksichtigung der vorbeschriebenen Proportionalität entsprechend
einer Kennlinie einer Akkumulatorenbatterie kann hinter dem Spannungsverstärker
Jeweils wenigstens eine Diode und ein Widerstand in Reihe geschaltet sein und wenigstens
eine weitere, vorzugsweise mehrere solcher aus Diode und Widerstand bestehende Reihenschaltungen
dazu bzw. zueinander parallel geschaltet sein, wobei hinter diesem Dioden-Widerstandsnetzwerk
ein zweiter rückgekoppelter Spannungsverstärker vorgesehen sein kann. Dieses Netzwerk
bewirkt aufgrund der Durchbruchspannung der Dioden, daß bei steigender Spannung,
hervorgerufen durch eine größere Leistungsabgabe der Akkumulatorenbatterie, Jeweils
mehr parallel geschaltete Widerstände vom Strom durchflossen werden, wodurch sich
ein überproportional steigender Strom ergibt. Durch diese Maßnahmen ist also erreicht,
daß die Unterproportionalität beim Entladen einer Batterie eliminiert ist. Am Ende
des vorerwähnten Meßgliedes erscheint die
Entladung etwa proportional.
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Zweckmäßigerweise kann hinter dem Spannungsverstärker ein Integrator
und ein mit diesem zusammenwirkender elektronischer Schalter zum Abschalten der
hinter dem Integrator ansteigenden Spannungen beim Erreichen einer Vergleichsspannung
vorgesehen sein. Zum Erfassen der durch diesen elektronischen Schalter und-diesen
Integrator erzeugten Impulse kann ein vorzugsweise vorwärts- und rilckwärtszählendes
digitales Zählwerk vorgesehen sein.
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Um den Wirkungsgrad der Akkumulatorenbatterie zu berUcksichtigen,
kann der elektronische Schalter auf zwei verschiedene Vergleichsspannungen ausgerichtet
sein, wobei die eine Vergleichsspannung bei der Entladung der Akkumulatorenbatterie
vorgesehen und für den Ladevorgang der Akkumulatorenbatterie eine im Vorzeichen
umgekehrte Vergleichsspannung vorgesehen sein kann, welche um den der Batterie zugehörigen
Ladefaktor größer als die andere Vergleichsspannung ist.
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In vorteilhafter Weise kann wenigstens ein Meßglied mit einem Meßfühler
od.dgl. zur Messung wenigstens eines Umnelteinflusses, insbesondere zur Messung
der Temperatur der Akkumulatorenbatterie vorgesehen sein, wobei der Meßwert in eine
diesem proportionale Spannung umwaldelbar sein kann.
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Dem Meßglied kann ein Verstärker od.dgl. und ein mit einem elektronischen
Schalter zusammenwirkender Integrator zur Erzeugung von der Jeweils gemessenen Spannung
entsprechenden Impulsen nachgeschaltet sein und dem digitalen Zähler kann ein Zusatzzähler
nachgeschaltet sein, mit welchem der Impulsgeber des Meßgliedes ebenfalls verbunden
sein kann.
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Zum Übertragen des Zählergebnisses aus dem digitalen Zähler in den
Zusatzzähler und zum Öffnen des Zusatzzählers gegenüber dem Impulsgeber des Meßgliedes
für eine bestimmte Zeit sowie zum Abschließen dieses Impulsgebers und des digitalen
Zählers und zum Freigeben des ermittelten Ergebnisses im Zusatzzähler, vorzugsweise
Ueber einen Speicher und insbesondere über einen Dekoder zu einem Anzeigeelement
kann ein Steuerglied als "zeitliches Tor" vorgesehen sein. Als Meßfühler des Meßgliedes
kann ein temperaturabhängiger Widerstand vorgesehen sein, der seinen Widerstand
entsprechend der für diese Meßgröße ermittelte Kennlinie der Batterie in gleicher
Abhängigkeit von der Meßgröße ändert.
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Ggf. sonnen das Zusatzzähiwerk und die ein Meßglied berücksichtigenden
Schaltglieder sowie das Steuerglied auf einer Leiterkarte angeordnet sein, welche
in entsprechende Kontakte der Vorrichtung einsteckbar ist.
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Um einen bestimmten Ladungszustand der Akkumulatorenbatterie sichtbar
machen zu können, kann parallel zu einem zwischen Speicher und Anzeiger angeordneten
Dekoder ein zweiter Dekoder vorgesehen sein, welcher auf vorbestimmte Werte einstellbar
ist. Dieser zweite Dekoder kann bei Erreichen eines vorgewählten Wertes zur Betätigung
eines Schaltvorganges dienen.
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Beispielsweise kann bei einer Restkapazität der Batterie von 20 %
der Dekoder zum Einschalten eines optischen und/oder akustischen Signales vorgesehen
sein. Oder aber dieser dient zum Abschalten eines Ladegerät es bei Erreichen einer
Aufladung der Akkumulatorenbatterie auf 100 %.
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Zweckmäßigerweise kann eine manuelle Einstellvorrichtung an dem Anzeigegerät
vorgesehen sein, mit welcher das Anzeigegerät auf einen dem Jeweiligen Ladungszustand
einer Batterie entsprechenden Ausgangswert einstellbar ist. Hiermit kann z.B.
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leicht das Anzeigegerät auf "100" gestellt werden, wenn ein Ladevorgang
abgeschlossen ist. Die Einstellung "100" entspricht dann einem Ladungszustand von
100 %. Auch kann ein Uberschreiten dieses Endwertes vom Anzeigegerät durch eine
Sperre od.dgl.
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verhindert werden.
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Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als erfindungswesentlich
zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt:
Fig.
1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung sowie Fig. 2 ein Schaltbild einer etwas
abgewandelten Vorrichtung bzw. ein Detail-Schaltbild der ersten Stufen bis einschließlich
Schalt- bzw. Zählimpuls-Erzeugung des in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbiides.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen und
Anzeigen des Ladungszustandes einer Akkumulatorenbatterie B, die nachfolgend auch
kurz Batterie B genannt wird. In dem Stromkreis dieser Batterie ist in Serie zum
Verbraucher RL ein Strommeßshunt Sh geschaltet. Der Spannungsabfall an diesem Shunt
Sh ist somit abhängig vom gesamten Auflade- bzw. Entladestrom der Batterie B. Somit
kann diese Spannung in noch zu beschreibender Weise zum Registrieren einer Ladungsänderung
benutzt werden.
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Diese ermittelte Spannung wird bei einem Vorverstärker V1 verstärkt
und einem Funktionsgeber 02 zugeführt.
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Wie Fig. 2 zeigt, besteht der Funktionsgeber 02 im wesentlichen aus
einem Dioden- Widerstands-Netzwerk R1 bis R5 und D1 bis D4, womit einer Entladekennlinie
der Batterie B Rechnung getragen wird. Bei einem normalen Entladebetrieb bei einer
Batterie B von z.B. 45 Ah Nennkapazität kann somit 10 Stunden lang 4,5 A entnommen
werden. Durch den Funktionsgeber 02 wird aber dennoch berücksichtigt, daß diese
Batterie B bei einer vergleichsweise großen Stromstärke von 36 A innerhalb
einer
Stunde bereits entladen ist. Dabei erscheint am Ausgang des Funktionsgebers 02 in
diesem Fall eine Meßgröße, die einer Entladung von 45 Ah entspricht, obwohl nur
36 A eine Stunde lang entnommen werden konnten.
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Bei einer geringen Belastung der Batterie B fließt nur ein geringer
Strom durch den Widerstand R1 zum Verstärkereingang des Funktionsgebers 02. Erst
wenn der Vorverstärker V1 entsprechend einem größeren Stromverbrauch durch den Verbraucher
RL eine größere Ausgangsspannung abgibt, wird wegen der erforderlichen Durchbruchspannung
eine Diode D1 leitend, so daß sich dem Widerstand R1 ein weiterer Widerstand R2
parallel schaltet. Bei einer weiter steigenden Belastung und einem damit verbundenen
Spannungsanstieg am Ausgang des Vorverstårkers V1 werden weitere Dioden D2, D3,
D4 nacheinander leitend und verringern somit den Eingangswiderstand des Verstärkeres
V) vom Funktionsgeber 02 durch Parallelschalten der Widerstände R1, R2, R3, R4 und
R5. Somit werden dem Verstärker V3 des Funktionsgebers 02 bei steigender Stromentnahme
bei der Batterie B noch größere Stromentnahmen vorgetäuscht. Durch diese Maßnahme
ist also erreicht, daß die Unterproportionalität beim Entladen einer Batterie eliminiert
ist. Denn am Ausgang des Dioden-Widerstandsnetzwerkes D1 bis D4 und R1 bis R5 erscheint
ein der Entladungskennlinie der Batterie B entsprechender Meßwert. Das Netzwerk
D1 bis D4 und R1 bis R5 liefert zwar nur eine polygonale Angleichung an die
wirkliche
Entladekurve der Batterie B, sie kann Jedoch bei entsprechender Auswahl von Widerständen
und Dioden nahezu der Entladekurve entsprechen. Dabei ist n vorteilhafter Weise
der Aufwand äußerst gering und berücksichtigt insbesondere bei einer starken Entladung
die erforderliche Verzerrung der Ausgangsspannung des Vorverstärkers V1.
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Bei der Aufladung der Batterie B, bei welcher die Stromrichtung umgekehrt
ist, sperren die Dioden D1 bis D4 Jederzeit, d. h. die Entladecharakteristik ist
ausgeschaltet. Hierbei ist Jedoch auch eine Verzerrung wegen des Ladungsverlaufes
nicht erforderlich, da die Ladecharakteristik in noch zu beschreibender Weise berücksichtigt
wird.
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Die Ausgangsspannung des Funktionsgebers 02 entspricht der momentanen
Belastung der Batterie B. Um mit diesen Meßwerten eine Anzeigevorrichtung Al beaufschlagen
zu können, werden diese mit einem nachfolgenden Integrator I1 in eine entsprechende
sägezahnförmige Impulsspannung umgewandelt. Größere Ausgangswerte des Funktionsgebers
02 haben eine steile Anstiegsflanke zur Folge, die beim Intergrationsverstärker
I1 bei gleichbleibender Vergleichsspannung eine entsprechend größere Impulsfolge
zur Folge hat.
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Da beim Aufladen der Batterie B ein bestimmter Ladefaktor zu berticksichtigen
ist, um welchen mehr Ladung zugeführt werden
muß, als die Batterie
B später abgeben kann, ist entsprechend ihres Wirkungsgrades die Vergleichsspannung
hierfür entsprechend größer gewählt. Daher ist hinter dem Integrator I1 ein elektronischer
Schalter S1 vorgesehen, welcher die Jeweils erforderliche Vergleichsspannung für
den Auf-bzw. Entladevorgang automatisch zuschaltet.
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Anschließend wird die Impulsfolge in bekannter Weise über einen Zähler
Z1, einen Speicher Spl und einen Dekoder Del dem-Anzeigegerät Al zugeführt, um dessen
Betrag seine Anzeige vermindert bzw. vergrößert wird. Der elektronische Schalter
S1 hat gegenüber einem herkömmlichen mechanischen Schalter'mit Relais od.dgl. den
Vorteil, schneller, billiger und kleiner zu sein.
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Als Anzeige Al ist im Ausführungsbeispiel ein digitales Zählwerk
vorgesehen. Dabei sind in an sich bekannter Weise Einzelzähler für die Einer, Zehner
und Hunderter vorgesehen, Da im Höchstfall nur bis zu 100 % angegeben werden, hat
dabei der Hunderterzähler nur einen einzigen Ausgang nötig. Dabei sind noch Sperren
vorgesehen, die das Zählwerk nicht unter Null und über Hundert springen lassen.
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Die vorerwähnten Betriebs- bzw. Vergleiohsspannungen werden gemäß
Fig. 2 in einem ebenfalls von der Akkumulatorenbatterie
B gespeisten
stabilisierten Spannungsgerät U erzeugt. Zur Ergänzung können bei der vorbeschriebenen
Vorrichtung laut dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 Werte des Speichers Spl einem
weiteren Dekoder De2 über einen zusätzlichen Taktgeber T2 zugeführt werden, die
z.B. bei bestimmten Ladezuständen von beispielsweise 10 %, 20 % oder 100 % Signallampen
Lal, La2 oder La3 aufleuchten lassen. Weiterhin können RelaiseRel sowie Re2 die
Batterie B nach einer gewissen Zeitverzögerung vom Verbraucher trennen bzw. bei
einer 100 zeigen Aufladung ein Ladegerät abschalten.
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Die vorbeschriebene Vorrichtung ist anwendbar für eine Batterie B,
die keinen oder nur geringen Temperaturschwankungen unterworfen ist. Bei einer im
folgenden beschriebenen Weiterbildung gemäß der Erfindung werden TemperatureinflUsse
berücksichtigt.
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Ein temperaturabhängiger Widerstand NTC ist in der Nähe der Batterie
B angeordnet, bzw. vorzugsweise in deren Elektrolyten eingetaucht. Seine von der
Temperatur abhängigen Widerstandswerte werden in vorbeschriebener Weise mittels
eines weiteren Integrators I2 und eines zusätzlichen Schalters S2 in eine Impulsfolge
umgewandelt, die einem Zusatzzähler Z2 zugeführt wird. Beide Zähler Z1 und Z2 sind
vor dem Speicher Spl angeordnet und beaufschlagen diesen durch einen Taktgeber T1
mit ihren Werten.
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Dieser Taktgeber Tl sorgt zunächst dafür, daß die Zahl aus dem ersten
Zähler Z1 in den Zusatzzähler Z2 übernommen wird.
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Ferner sorgt der Taktgeber T1 dafür, daß ein Zugang zu dem Zusatzzähler
Z2 für eine gewisse Zeit (zeitliches Tor) eröffnet wird, während welcher Zeit vom
Temperaturmeßglied NTC herkommende Impulse vom Zusatzzähler Z2 gezählt werden können
und zwar durch Addition oder Subtraktion von dem vom ersten Zähler Z1 stammenden
Zählwert. Danach schließt der Taktgeber T1 das "Tor" und gibt Anweisung, den nun
ermittelten und vom Zusatzzähler Z2 festgestellten Wert abzugeben, wonach dieser
über einen Speicher Spl und einen Dekoder Del schließlich in die Anzeige Al gelangt.
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Ein Verzerrer für die Temperaturmessung erübrigt sich, falls ein Widerstand
NTC bzw. ein Temperaturfühler verwendet wird, deren Widerstand sich mit gleicher
Abhängigkeit von der Temperatur ändert, wie die Leistung der Batterie B.
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Neben der Temperatur können weitere Parameter, wie z.B. Luftdruck,
Säuredichte od.dgl. in ähnlicher Weise mitberUcksichtigt werden, wobei dann für
diese Parameter wiederum Meßfühler und-Integratoren mit elektronischen Schaltern
auf weitere oder denselben Zusatzzähler Z2 einwirken.
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In vorteilhafter Weise kann folglich eine einfache Vorrichtung
zur
Verfügung gestellt werden, die nach dem Baukastenprinzip für aufwendigere Anforderungen
ergänzt werden kann. Die einzelnen Baueinheiten können dabei auf einsteckbaren Leiterkarten
angeordnet sein.
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Damit die Vorrichtung gemäß der Erfindung richtige Werte angibt, muß
es auf denJenigen Ausgangswert eingestellt oder einstellbar sein, den die Batterie
B beim Anschluß aufweist.
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Bei einer frisch geladenen Batterie ist diese Justierung insofern
einfach, als diese 100 % Ladung enthält. Aber auch beim Anschluß einer nur t3weise
g 2 denen Blei- Baarie läßt sich deren momentane Kapazität durch eine Säuremessung
ermitteln, wobei der so ermittelte Wert dann manuell beim Zählwerk Z1 eingestellt
werden kann.
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Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung noch genauer beschrieben,
wobei wichtige Merkmale zusammengefaßt sind: Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht
es, bei beliebigen Be- und Entladungen von Akkumulatorenbatterien B, dieJenige Ladungsmenge
QM entweder absolut in Amperestunden Ah oder relativ in Prozenten der Nennkapazität
anzuzeigen, die beim Jeweiligen Ladezustand mit dem Entladestrom entnommen werden
kann.
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Die Bedingungen, die dieses Gerät erfüllen, sind:
a)
Berücksichtigung der Entladecharakteristik der Bleibatterie bzw. alkalischen, z.
B. NiCd-Batterie bezüglich des Entladestromes IE K = f (IE...) K = momentan zur
Verfügung stehende Ladung b) Berücksichtigung des Ladefaktors α der Batterie
K = f (IE, CE ...) c) Berücksichtigung der Temperatur TS des Elektrolyten K = f
(IE, α , TS) Der im Auflade/Entladekreis befindliche Shunt Sh liefert eine
Spannung U8, die proportional dem Strom ist, der in die Akkumulatorenbatterie fließt
bzw. von ihr entnommen wird.
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U3 = RSIB Diese Spannung U8 wird durch den rückgekoppelten Vorverstärker
V1 um den Faktor v1linear verstärkt. Die Verstärkung kann am Potentiometer R100
eingestellt werden, die Eingangsspannung am Widerstand R200. Die verstärkte Shunt-Spannung
gelangt über das Dioden-Widerstandsnetzwerk D1 R1 bis D4 R5 an den invertierenden
Eingang des rückgekoppelten Spannungsverstärkers V3.
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Dadurch, daß der Eingangswiderstand am invertierenden Eingang aufgrund
der Rückkoppelung verschwindend klein ist, fällt am
Widerstand
des gesamten Dioden-Netzwerks die verstärkte Spannung vl . US ab. Aufgrund der Kennlinien
der einzelnen Dioden D1 bis D4 stellt dieses Netzwerk aber einen nichtlinearen spannungsabhängigen
Widerstand dar, wenn aus der Batterie B Strom entnommen wird, d.h. wenn V1 ' US
> O Im Falle der Ladung ist vl U5 < O, die Dioden D1 bisD4 sperren. Die Verstärkung
ist linear.
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Die Verstärkung eines rückgekoppelten invertierten Verstärkers V1
ist durch das Verhältnis des Widerstandes im Rückkopplungskreis RR = R, im Eingangskreis
RE = R (Netzwerk) gegeben. Dadurch entsteht eine Ausgangsspannung Uo = vl . v3 (US)
. US für vlUS 70 U0 = v1 . v3 US für v1US<0 Die Ausgangsspannung Uo wird durch
den folgenden als Integrator geschalteten Operationsverstärker 11 in eine Impulsfolge
verwandelt.
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Die Spannung Ua am Ausgang des Integrators I1 ist zeitabhängig in
folgender Weise:
R = C = Pos.Bez.
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Da UO ein Maß für den Strom ist, stellt Ua wegen Q = WI dt im Falle,
daß der Strom in die Akkumulatorenbatterie B hineinfließt, ein exaktes Maß für die
Ladung dar, die in die Akkumulatorenbatterie B hineingebracht worden ist. Im Falle
daß der Strom der Akkumulatorenbatterie B entnommen wird, stellt Ua ein bewertetes
Maß für die Ladung dar, die der Akkumulatorenbatterie entnommen wurde.
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Die folgenden beiden im ganzen S1 genannten Schalter, von denen der
eine bei Erreichen der Spannung Ua = Ua+, der andere bei Erreichen der Spannung
Ua = Ua- die Integratorausgangsspannung auf Null zurücksetzen, erzeugen Jeweils
Inipulse, deren Zahl also im ersten Falle proportional der bewerteten entnommenen
Ladung, im zweiten proportional der in die Batterie hineingebrachten Ladungsmenge
ist.
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Der Proportionalitätsfaktor kann im ersten Fall durch Variation r
Integrationskonstanten RC eingestellt werden, weil Ua+ mit Hilfe einer Zenerdiode
als Referenzelement fest vorgegeben ist, im zweiten Fall durch Einstellung von Ua-
mit Hilfe von Potentiometer R300.
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Die Zahl der Impulse, die der erste Schalter von S1 erzeugt, wird
durch den Vorwärts-Rllckwärtszähler Zl von seinem momentanen Zählerstand subtrahiert,
die Zahl der Impulse, die der
zweite Schalter von S1 erzeugt, werden
zum Zählerstand hinzuaddiert. Die Flip-Flops des Vorwärts-Rückwärtszählers sind
die digitalen Speicherelemente für die Differenz der Impulszahlen der beiden Schalter.
-Die in den Flip-Flops gespeicherte Zahl wird beispielsweise dekodiert air Anzeige
gebracht und gibt bei einmaliger Ubereinstimmung von Zählerstand und Batteriekapazität,
die z.B. dadurch erreicht wird, daß bei völlig entladener Akkumulatorenbatterie
B der Zähler auf Null gesetzt wird, Je nach Einstellung der Integrationskonstanten
1 RC die Folgezeit entweder absolut oder relativ die momentan zur Verfügung stehende
Ladungsmenge an.
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Um nicht im Falle einer Uberladung der Batterie eine Ah-Zahl bzw.
Prozentzahl zur Anzeige zu bringen, die überhalb der Nennkapazität der Batterie
B liegt, ist mittels einer Gatter-Schaltung der Wertebereich des Anzeigebereiches
beschränkt.
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Außerdem kann der Zählerstand extern auf Null (leere Batterie) und
Hundert (Nennkapazität in relativer Prozentangabe) eingestellt werden; mittels einer
dritten Taste kann der Zählerstand auf jede beliebige Zahl eingestellt werden. Ein
Zeitverzögerungsglied kann in der Weise vorprogrammiert werden, daß bei Anschließen
der Akkumulatorenbatterie entweder Null, Neun, dert", oder eine zufallsbedingte
Zahl angezeigt wird.
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Um den Einfluß der Temperatur auf die momentan zur Verfügung stehende
Ladungsmenge der Akkumulatorenbatterie B zu berücksichtigen,
ist
es erforderlich, von der bezüglich der Nenntemperatur TN = 300 C bzw. 270 C gemessen
verfügbaren Ladung QTN eine Ladungsmenge Qo (T) zu subtrahieren, die in guter Näherung
folgendermaßen von der Temperatur abhängt:
für T < TN b) Qo (T) = 0 für T > TN Kg = Nennkapazität der Batterie in 7 Deshalb
wird als Temperaturfühler der Widerstand NTC mit exponentiellem Strom-Spannungsverhalten
benutzt. Mit Hilfe eines Justierbaren Widerstandsnetzwerkes wird eine Spannung UT
erzeugt, die folgende Temperaturabhängigkeit hat:
Ein triggerbarer Analog-Digitalwandler erzeugt Impulse mit einer Frequenz fy proportional
UT, sofern UT dO d.h. e ZT>e~TN.
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Damit ist die Abschneidebedingung b) erfüllt.
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Der Taktgeber besteht aus einer an sich bekannten astabilen Kippschaltung.
Von diesem Generator werden folgende Befehle in zeitlicher Reihenfolge angeordnet
abgeleitet: 1.) Der Rückwärts-Zähler übernimmt den Zählerstand des Impulsdifferenzzählers.
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2.) Der Temperatur-Digitalwandler wird zur Impulserzeugung freigegeben;
jeder Impuls bewirkt die Subtraktion um die Zahl 1.
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3.) Der Temperatur-Digitalwandler wird in Ruhestellung gebracht.
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4.) Die Temperatur-korrigierte Ah-Zahl des Rückwärtszählers wird vom
Zwischenspeicher Ubernommen und angezeigt.
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Da zwischen vorerwähnten Befehlen unter 2.) und 3.) eine definierte
Zeitspanne TTAKT liegt, ist wegen r (1) = Zahl der ImPulse . d UT sec die Zahl der
Impulse innerhalb der Taktzeit TTAKT proportional Qo (T).
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Die vorbeschriebene Vorrichtung dient auch zur Vermeidung von Uberladungen
bzw. zur Vermeidung von Tiefentladungen. Dies bewirkt eine zusätzliche Dekodiereinrichtung,
die im Falle einer Entladung unter eine vorgegebene Amperestundenzahl Ah bzw. Prozentzahl
der Nennkapazität optische und akustische Warnsignale bewirkt und ein Zeitlaufwerk
T2 in Gang setzt, welches innerhalb einer bestimmten Zeitspanne automatisch die
Akkumulatorenbatterie B von der Verbraucherlast trennt. Das Zeitglied besteht
aus
einem Zähler, der die Impulse einer astabilen Kippschaltung bis zu einer oberen
Schwelle zShlt. Im Falle der Ladung wird das Ladegerät bei Erreichen der Nennkapazitätsladung
abgeschaltet.
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Die Stromversorgung der Vorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt entweder
direkt aus der Akkumulatorenbatterie B wobei der Eigenverbrauch mitregistriert wird,
oder aus einer anderen Energiequelle. Um im ersten Falle zu vermeiden, daß die Akkumulatorenbatterie
auch im Ruhe fall den Strom für alle Elektronikeinheiten wie Temperaturmessung,
Anzeigelampen usw.
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liefern muß, ist die interne Stromversorgung in zwei Stromkreise aufgeteilt:
1.) Versorgung des Impulsdifferenzzahlspeichers, 2.) Versorgung der übrigen Teile.
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Der zweite Versorgungsstromkreis-kann abgeschaltet werden; um aber
zu verhindern, daß eine ungemessene Entladung bzw. Ladung stattfinden kann, bewirkt
diese Abschaltung gleichzeitig eine Trennung der Batterie-Last.
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Die nicht mit eigenen Bezugszeichen versehenen Symbole von Schaltungsbausteinen
und ihre Wirkungsweise sind allgemein bekannt und bedürfen für das Verständnis der
erfindungsgemäßen Schaltbilder keiner ausdrücklichen Erläuterung.
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Es sei noch erwähnt, daß in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen AO beispielsweise
die Teile Z1, Z2, Spl, Del und Al sowie De2 mit Folgeeinrichtungen -zusammengefaßt
sind. Ferner können auch Einrichtungen zur Erfassung beispielsweise von Umwelteinflüssen
mit erfaßt sein.
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Alle insbesondere in der Zeichnung, der Beschreibung und den nachfolgenden
Ansprüchen dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl als auch
in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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- Patentansprüche -