DE2321108A1

DE2321108A1 - Einrichtung zur ueberwachung des entladezustands einer batterie

Info

Publication number: DE2321108A1
Application number: DE2321108A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Albert
Original assignee: ELEKTRON FABRIK fur PHYSIKALI
Current assignee: ELEKTRON FABRIK fur PHYSIKALI
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1974-11-21
Also published as: FR2227652B3; IT1018647B; FR2227652A1; SE391421B; GB1456603A; DE2321108B2

Description

PATENTANWÄLTE MEISSNER »i BOLTE ? Ί ? 1 1 0 R

DIPL.-ING. HANS MEISSNER DIPL.-ING. ERICH BOLTE

D 28 bremen, 24. April 1973

~"| Sievogtstraße 21

Bundesrepublik Deutschland

Anmelder: Telefon 0421 - 34 2019

_._T .. _ri_^_{TT T}, , r /-. Telegramme: PATMEIS BREMEN

ELEKTRON, Kerber & Co.

28 Bremen

Am Hohentorshafen 17

¹ Unser Zeichen 6612

Einrichtung zur Überwachung des Entladezustands einer Batterie.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Entladezustands einer Batterie, mit einem der Batterie zugeordneten Strommeßshunt zur Kompensation der Klemmenspannung im Hinblick auf den Laststrom und der Auswirkungen der Frequenz einer gegebenenfalls an die Batterie angeschlossenen Impulssteuerung.

Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit der Kontrolle des Entladezustands von Traktionsbatterien. ITm eine Batterie vor Schädigung zu schützen, muß bei einer Mindestspannung, der sogenannten Entladeschlußspannung, die Entladung beendet werden. Die Entladeschlußspannung liegt bei 80-%iger Entladung einer Batterie. Es geht nun darum, bei Erreichen der Entladeschlußspannung die erforderlichen Maßnahmen einzuleiten,

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durch die eine weitere Entladung der Batterie vermieden wird.

Ein Problem besteht darin, daß die Klemmenspannung einer Batterie aufgrund des Innenwiderstandes derselben von der Strombelastung abhängig ist.'Dieser Innenwiderstand der Batterie ist bis zu 80 $ Entladung einer Batterie nahezu konstant.

Um die Eigenspannung einer Batterie (EMK-Elektromotorische Kraft) kontinuierlich bei unterschiedlicher Strombelastung zu messen, muß der jeweilige Spannungsabfall am Innenwiderstand der Batterie berücksichtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,.eine Einrichtung zu schaffen, mit der auf einfache und zuverlässige Weise bei der Überwachung des Ladezustands der Batterie der Spannungsabfall am Innenwiderstand derselben berücksichtigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der einem festen Strommeßshunt ohne definierte Meßleitung ein Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor nachgeschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung geht davon aus, daß die Klemmenspannung der Batterie mit der Spannung am Strommeßshunt verglichen wird. Die Spannungsdifferenz dient zur Bestimmung des Ladezustands.

Bei der Erfindung wird durch die Verwendung eines nachgeschalteten Verstärkers mit einstellbarem Verstärkungsfaktor ein festes Strommeßshunt ohne definierte Meßleitung ermöglicht.

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Dieses ist im Aufbau und in der Anwendung wesentlich einfacher als die bisher für diesen Zweck ausschließlich üblichen veränderbaren Shunts. Die vom Verstärker kommende Ausgangsspannung wird am Vergleichspunkt mit der Batteriespannung verglichen. Die hier sich ergebende Spannungsdifferenz wird über Differenzverstärker einmal zur optischen Anzeige des Ladezustands der Batterie, zum anderen aber auch zur Beaufschlagung von Relais verwendet, die als Warn- bzw. Abschaltsignale oder für andere Zwecke ausgewertet werden können. Die Einrichtung ist dabei sowohl bei welliger Belastung der Batterie (Impulsbelastung) wie auch bei kontinuierlicher Belastung einsetzbar. Die jeweilige Eigenspannungsmessung der Batterie ist ein Maß für die noch vorhandene Kapazität. Die Relaissignale werden dabei zweckmäßigerweise so ausgewertet, daß neben einer ständigen Anzeige der Batteriekapazität die Einrichtung bei einer etwa 80-^igen Entladung der Batterie ein Relaissignal liefert, welches vorzugsweise um etwa 45 sek zeitverzögert ist. Ein weiteres Relaissignal wird unterhalb der Entladeschwelle der Batterie erzeugt.

Dem Verstärker für die Shuntspannung ist ein Spannungswandler, insbesondere ein Eintaktwandler, zugeordnet, der eine höhere Spannung als die Batteriespannung erzeugt und damit einen driftfreien, stabilen Arbeitspunkt ermöglicht. Dadurch können die Klemmenspannung im Hinblick auf den Laststrom und die Auswirkungen der Frequenz einer eventuellen Impulssteuerung besser kompensiert werden.

Dem Vergleichspunkt für die Batteriespannung und die Anschlußspannung des Verstärkers ist ein Pontentiometer zugeordnet, mit dessen Hilfe die Grenzspannung für das Entladen der Batterie eingestellt werden kann, ohne daß die nachfolgenden

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Arbeitspunkte in ihrer Schaltung verändert werden.

Nachfolgend werden weitere Einzelheiten anhand eines zeichnerisch dargestellten Schaltbildes näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Anordnung der Überwachungseinrichtung im Antriebssystem als Schaltbild,

Fig. 2 ein Schaltbild der Überwachungseinrichtung.

Die Einrichtung ist an den Pluspol einer Batterie 10 mit dem Anschluß 11 und den Minuspol der Batterie mit dem Anschluß 12 der Batterie 10 anzuschließen. In der Plus-Leitung der Batterie 10 ist ein handelsübliches festes Strommeßshunt 15 ohne definierte Meßleitung (500 A/60 mV) angeordnet, dessen Meßanschlüsse an Anschlüsse 13 und 14 der Schaltung anschließen.

Fließt nun ein Laststrom aus der Batterie 10 (Stromflußrichtung.im Strommeßshunt 15 von Anschluß 14 nach Anschluß 13), so wird an dem Strommeßshunt 15 ein Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall wird in einem Verstärker 16 verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor mit dem Potentiometer 17 eingestellt wird. Durch den einstellbaren Verstärkungsfaktor ist eine Anpassung an den Innenwiderstand der Batterie 10 möglich.

Widerstände 18, 19 und Kondensatoren 20 und 21 sind externe Schaltungselemente des Verstärkers 16. Sie dienen zur Frequenzbegrenzung des Verstärkers 16 und zum Schutz vor Überspannung an den Eingängen 13 und 14 des Verstärkers 16.

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Die am Ausgang des Verstärkers 16 entstehende Spannung wird über einen Widerstand 22 einem Vergleichspunkt 23 zugeführt. Diesem Vergleichspunkt 23 wird aueh die Klemmenspannung der Batterie 10 über einen Widerstand 24 zugeführt. Heben sich jetzt der Spannungsabfall am Widerstand 24 und der Spannungshub am Widerstand 22 (verstärkte Spannung des Strommeßshuntes 15 am Ausgang des Verstärkers 16) gegeneinander auf, so entsteht über dem Widerstand 25 und dem Potentiometer 26 eine konstante Vergleichspannung (Vergleichspunkt 23).

Erst wenn sich die Klemmenspannung der Batterie unabhängig vom Laststrom verändert (und damit die Restkapazität), so ändert sich auch die Spannung des Vergleichspunktes 23. Damit der Verstärker 16 einwandfrei arbeitet, braucht er eine Spannung am Anschluß 27, die höher als die Batteriespannung ist. Aus diesem Grunde wird mit einem Eintaktwandler 28 (Übertrager 29, Transistor 30, Diode 31, Widerstand 32, widerstand 33 und Kondensator 34) eine Spannung am Kondensator 35 erzeugt, die im Zusammenwirken mit der Spannung auf dem Kondensator 36 höher als die Batteriespannung ist. Dadurch wird ein driftfreier, stabiler Arbeitspunkt erzielt.

Eine Zenerdiode 37 dient zur Begrenzung der Spannung des Eintaktwandlers 28.

Die Spannung des 'Vergleichspunktes 23 wird durch einen nachgeschalteten Tiefpaß 38 (Widerstand 39 und 40 und Kondensator 41 und 42) geglättet. Es wird eine Aussiebung von Störungen bewirkt. Zur Pegelanpassung an die nachgeschalteten Bausteine 43, 44, 45 wird die Spannung des Vergleichspunktes 23 einer Trennstufe 46 (Emitterfolger), bestehend aus dem Transistor 48 und 48a und dem Widerstand 49 zugeführt.

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Eine stabile Spannungsversorgung für die Trennstufe 46 sowie für die Bausteine 43, 44 und 45 und Relais 50 und 51 wird durch, einen Spannungskonstanterbaustein 52 an dessen Anschluß 53 erzeugt. Der Kondensator 36 dient zur G-lättung ■■ dieser Spannung. Auf die Spannung dieses Bausteines 52 ist die Ausgangsspannung des Eintaktwandlers 28 (Wicklung 54) zur Versorgung des Bausteines 16 aufgesetzt. Der Baustein 43 bewirkt mit einem angeschlossenen Meßinstrument 55 eine Anzeige der Spannungsänderung des Vergleichspunktes 23.

Über einen Widerstand 56 wird dem Baustein 43 die Vergleichsspannung zugeführt. Ändert sich jetzt diese Spannung, so ändert sich entsprechend der eingestellten Verstärkung des Bausteines 43 (Baustein 43 ist ein Differenzverstärker, dessen Verstärkungsfaktor mit einem Widerstand 57 und 58 festgelegt ist) die Ausgangsspannung. Diese Änderung ist ein Maß für die Kapazitätsänderung der Batterie,

Die Nullpunkteinjustierung des Differenzverstärkers 43 erfolgt mit einem Potentiometer 59. Da die Skala des Anzeigeinstrumentes 55 mit einer Markierung bei einer 80 $ entladenen Batterie versehen ist, kann abgelesen werden, wann eine Batterie entladen ist.

Mit dem Potentiometer 26 kann die Spannung des Vergleichspunktes 23 variiert werden, somit also die Entladeschluß-Spannungsanzeige des Anzeigeinstrumentes 55 verändert werden, ohne daß sich die Arbeitspunkte am Baustein 43» 44 und 45 zueinander verstellen«

Über einen Widerstand 60 wird der Differenzverstärker 45 am Anschluß 61 angesteuert. Sobald die Spannung am Anschluß

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die am Anschluß 62 des Differenzverstärkers 45 mit einem Potentiometer 63 eingestellte Spannung unterschreitet, wird ein Ausgang 64 des Differenzverstärkers 45 geschlossen. Über Widerstände 65 und 66 wird ein Kondensator 67 aufgeladen, bis die Referenzspannung einer- Zenerdiode 68 erreicht ist. Eine Transistorstufe 69 und 70 steuert durch und das Relais 51 zieht an und öffnet seine Kontakte. Die Zeitverzögerung durch den Kondensator 67 und den Widerstand 66 "beträgt etwa 45 sek. Die Einstellung des Differenzverstärkers45 erfolgt so, daß z. B. "bei 80 # Entladung der Batterie (Markierung auf dem Anzeigeinstrument) das Relais 51 anspricht.

Über einen Widerstand 71 wird die Differenzstufe mit dem Baustein 44 am Anschluß 72 angesteuert. Unterschreitet die Spannung am Anschluß 72 die Spannung am Anschluß 13, die mit einem Potentiometer 74 eingestellt wird, so schaltet dieser Differenzverstärker 44 am Ausgang (Anschluß 75) von "plus" nach "minus" durch, so daß nun das Relais 52 sofort anzieht und seine Kontakte öffnet. Das Relais 52 ist in Bezug zur Anzeigeskala des Instrumentes 55 so eingestellt, daß es am Ende des Anzeigebereiches anspricht.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Kontrolle und Überwachung des Entladezustandes einer Batterie mit einem Strommeßshunt zur Kompensation der Klemmenspannung im Hinblick auf den Läststrom und der Auswirkungen der Frequenz einer gegebenenfalls an die Batterie angeschlossenen Impulssteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß einem festen Strommeßshunt (15) ohne definierte Meßleitung ein Differenzverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor nachgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Spannungswandler, insbesondere Eintaktwandler (28), eine höhere Spannung als die Batteriespannung erzeugt wird zur Erzielung eines driftfreien, stabilen Arbeitspunktes.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Vergleichspunkt (23) für die Batteriespannung und die Anschlußspannung des Verstärkers (16) ein Potentiometer (26) angeschlossen ist, durch das die Grenzspannung für das Entladen einstellbar ist ohne Veränderung der anderen Arbeitspunkte in der Schaltung.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß einem Meßinstrument (55) zur Anzeige des Entladezustands der Batterie ein Differenzverstärker (43) vorgeschaltet ist, durch den ein Meßwert sehr hoher Linearität erzielbar ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung zwischen Batterie-

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spannung und Ausgangsspannung des Verstärkers (16) für nachgeschaltete Kippstufen verwendet wird, durch die Schaltrelais steuerbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine Kippstufe angesteuert wird, die z. B. bei 80 fo entladener Batterie ein Relais (51) ansteuert, welches nach einer Zeitverzögerung einen Schaltvorgang auslöst.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kippstufe bei einem höheren Ent la dung s ζ ust and der Batterie, z. B. bei 85 fo bis 90 i° entladener Batterie, einen zweiten unabhängigen Schaltvorgang auslöst.

Für den Anmelder: Meissner & Bolte Patentanwälte

Bremen, den 24. April 1973

Anmelder;

ELEKTRON, Kerber & Go.

28 Bremen

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