DE2405151C3 - Vorrichtung zur überwachung des Ladezustandes eines Akkumulators - Google Patents
Vorrichtung zur überwachung des Ladezustandes eines AkkumulatorsInfo
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Description
45
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Ladezustandes eines Akkumulators,
insbesondere eines Fahrzeug-Akkumulators mit einem über die. an einem vom Akkumulatorenstrom 5<>
durchflossenen Meßwiderstand abfallende Spannung angesteuerten Amperestundenzähler.
Bei Akkumulatoren ist es notwendig, um jederzeit die noch im Akkumulator enthaltene Strommenge
kontrollieren zu können, Amperestundenzähler vorzusehen. Da weiterhin die Kapazität des Akkumulators
mit der Zahl der erfolgten Aufladungen und Entladungen abnimmt, werden Zyklenzähler benötigt,
um die voraussichtliche Lebenserwartung des Akkumulators zu bestimmen. Bisher wurden zu diesem
Zweck insbesondere elektromechanisch arbeitende Amperestundenzähler bzw. Zyklenzähler verwendet.
Derartige mechanische Zähler besitzen den Nachteil sich bewegender Teile und sind fertigungsmäßig
mit hohen Kosten belastet. Dazu sind sie insbesondere dann nur schwierig einzusetzen, wenn die mit
der Zvklenzah! abnehmende Kapazität des Akkumulators berücksichtigt werden soll. Bekannte Einrichtungen,
in denen sowohl die Zahl der Zyklen gezählt werden als auch die nichtlineare Kennlinie der Kapazität
des Akkumulators berücksichtigt werden soll, arbeiten mit mechanisch verstellbaren Widerständen
zur Ansteuerung der Amperestundenzähler sowie mit Untersetzungsgetrieben (OE-PS 2 38 830).
Weiterhin ist es bei einer Vorrichtung zur Überwachung
des Ladezustandes gemäß der DT-PS 15 13 700 bekannt, durch den Spannungsabfall an
einem vom Akumulatorstrom durchflossenen Widerstand einen in der Emitter-Basis-1-Strecke eines Doppelbasistransistors
angeordneten Kondensator aufzuladen, wobei an der Basis 1 dieses Transistors Impulse
entstehen, mit denen direkt oder über weitere Transistoren verstärkt eiektromechanische oder elektronische
Zähleinrichtungen ansteuerbar sind.
Diese bekannten Amperestundenzähler besitzen den großen Nachteil, daß mit ihrer Hilfe keine genaue
Aussage über den noch vorhandenen Rest-Energieinhalt der Batterie gemacht werden kann, da
die Kapazität stark von der Entladestromstärke abhängt, was aber bei der Strommengenbilanzierung
mit den bekannten Amperestundenzähler nicht berücksichtigt wird.
Aufgabe uer Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ausführungsformen zu vermeiden und
eine Vorrichtung zur Überwachung des Ladezustandes von Akkumulatoren zu entwickeln, die eine genaue
Aussage über die in einer Batterie vorhandene Kapazität durch Berücksichtigung der Entladestromstärke
ermöglicht. Dabei soll sowohl für den Entlade- als auch für den Ladevorgang eine genaue Aussage
über die Kapazität ermöglicht werden, indem neben der Stromstärke auch der Ladefaktor berücksichtigt
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zum Meßwiderstand der Eingang
eines die Akkumulatorenstromstärke bewertenden aktiven nichtlinearen Netzwerkes geschaltet ist und
daß der Ausgang dieses Netzwerkes in Reihe mit dem Meßwiderstand an die Eingangsklemmen des
Amperestundenzähler geschaltet ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung enthält als wesentliche Bestandteile eine Anordnung zur Bewertung
der Akkumulatorenstromstärke, welche im folgenden als Korrekturspannungsgeber bezeichnet ist
und als Amperestundenzähler eine Spannungs/ Frequenzumsetzerstufe, über welche die bewertete
Spannung in eine Impulsfolge zerlegt und in einer Zähleinheit integriert wird.
Der Korrektnrspannungsgeber ist als aktives nichtlineares Netzwerk aufgebaut und bildet das Verhalten
des Akkumulators nach, in dem Sinne, daß mit zunehmender Entladestromstärke die Zählrate nicht
stromlinear, sondern überproportiowal erhöht wird.
Der Spannungs/Frequenzumsetzer erhält eine dem Entlade- bzw. Ladestrom proportionale Spannung,
zu der die Korrektursp'nnung addiert ist. Di^se Spannung
wird in eine Impulsfolge umgesetzt, deren Frequenz der Spannungshöhe entspricht. Dii Impulszahl
ist damit ein echtes Maß für die entnommene bi.w. eingeladene Kapazität.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt dabei den Spannungs/Frequenzumsetzer,
F i g. 2 den Korrekturspannungsgeber,
F i g. 3 die verwendete Zählkurve und
F i g. 4 das Prinzipbild einer Zähleinheit.
Gemäß Fig. 1 wird das am Meßwideistand bzw. Shunt ShI (Klemmen a, b) abgenomtnene und mit der Korrekturspannung UK beaufschlagte Eingangssignal über die Verstärker IC 1 integriert. Die Ausgangsspannung entspricht dem \ U,.dt, wird über Diode Dl ausgekoppelt und einem Schmitt-Trigger, bestehend aus, den Transistoren Tl und Tl, zugeführt. Bei Erreichen der oberen Schaltspannung gibt der Schmitt-Trigger einen Rücksetzimpuls an die aus den Thyristoren 77; 1 und ThI bestehende Entladestufe für den Kondensator C1. Dadurch wird die aufintegrierte Spannung auf Null gesetzt und eine neue Integration ermöglicht. Gleichzeitig wird der Rücksetziinpuls vom Kollektor des Transistors Tl als Zählimpuls (Klemme Z) ausgekoppelt und einer Zähleinheit zugeführt. Um auch negative Ausgangsspannungen als IC 1 erfassen zu können, ist ein Verstärker IC 2 als Phasenumkehrstufe nachgeschaltet. Dessen Ausgangsspannung wird über Diode Dl ausgekoppelt, um über den gleichen Schmitt-Trigger Tl, Tl den Rücksetzimpuls auszulösen. Durch das Widerstandsverhältnis Rl: Rl, welches die Verstärkung des ICl bestimmt, kann ein gewünschter Ladefaktor programmiert werden. Die Versorgungsspannung ist mit Un , bezeichnet.
F i g. 4 das Prinzipbild einer Zähleinheit.
Gemäß Fig. 1 wird das am Meßwideistand bzw. Shunt ShI (Klemmen a, b) abgenomtnene und mit der Korrekturspannung UK beaufschlagte Eingangssignal über die Verstärker IC 1 integriert. Die Ausgangsspannung entspricht dem \ U,.dt, wird über Diode Dl ausgekoppelt und einem Schmitt-Trigger, bestehend aus, den Transistoren Tl und Tl, zugeführt. Bei Erreichen der oberen Schaltspannung gibt der Schmitt-Trigger einen Rücksetzimpuls an die aus den Thyristoren 77; 1 und ThI bestehende Entladestufe für den Kondensator C1. Dadurch wird die aufintegrierte Spannung auf Null gesetzt und eine neue Integration ermöglicht. Gleichzeitig wird der Rücksetziinpuls vom Kollektor des Transistors Tl als Zählimpuls (Klemme Z) ausgekoppelt und einer Zähleinheit zugeführt. Um auch negative Ausgangsspannungen als IC 1 erfassen zu können, ist ein Verstärker IC 2 als Phasenumkehrstufe nachgeschaltet. Dessen Ausgangsspannung wird über Diode Dl ausgekoppelt, um über den gleichen Schmitt-Trigger Tl, Tl den Rücksetzimpuls auszulösen. Durch das Widerstandsverhältnis Rl: Rl, welches die Verstärkung des ICl bestimmt, kann ein gewünschter Ladefaktor programmiert werden. Die Versorgungsspannung ist mit Un , bezeichnet.
An den Ausgängen χ und y werden Impulse ausgekoppelt,
welche zur Vorbereitung der Zählung in einem Vorwärts- bzw. Rückwärtszähler benutzt werden
können. Mit dem Einstelltrimrr.cr Pl werden Einflüsse der Eingangsströme kompensiert.
Der Korrekturspannungsgeber ist gemäß F; g. 2
ebenfalls an die Klemmen des Meßwiderstandes Sh I
angeschlossen (Klemmen a" und b"). Die abgenommene Spannung wird im Verstärker /C 3 verstärkt
und anschließend einem Dioden-Widerstands-Netzwerk zugeführt. An den mit UK bezeichneten Anschlüssen
wird die Korrekturspannung als Ausgangsspannung abgenommen und dem Spannungs/Frequenzumsetzer
zugeführt. Das Dioden-Widerstands-Netzwerk mit Einstellwiderstand Pl erzeugt eine in
F i g. 3 dargestellte Korrekturspannungsknrve.
In F i g. 3 ist mit 1 ein linearer Zusammenhang zwischen Spannung am Shunt ShI(U) und Impulsfrequenz
Z dargestellt. Da das Kapazitätsverhalten des Akkumulators nicht linear ist, ist in Kurve 2
eine den Werten eines üblich hergestellten Bleiakkumulators entsprechende nichtlineare Zählkurve dargestellt.
Aus Kurve 2 ist ersichtlich, daß höhere Ströme überproportional bewertet werden müssen.
Entsprechend kann auch das Temperaturverhalten des Akkumulators berücksichtigt werden. Diese
Kurve wird dem Spannungs/Frequenzumsetzei- durch Einfügung der Korrekturspannung UK vorgegeben.
An den Spannungs/Frequenzumsetzer wird anschließend
eine Zähleinheit geschaltet. In Fig. 4 ist
eine mögliche Ausführungsform einer solchen Zähleinheit dargestellt. Die vom Spannungs/Frequenzumsetzer
gelieferten Impulse (Z) werden im ersten Zähler I 10 :1 geteilt und im zweiten Zähler Il gezählt.
Der Zählerstand wird mit dem Dekoder III dekodiert und einer optischen Anzeige zugeführt, welche
beispielsweise aus den Lampen Ll bis L10 besteht,
welche jeweils einer Änderung der Kapazität um 10ü/i>
entsprechen. Sobald die Lampe Ll (10%) aufleuchtet, werden die weiteren Zählimpulse mit
ίο dem Gatter IV gesperrt. Mit der Taste T kann die
Zähleinheit wieder auf den Stand »100uu« gesetzt
werden. Der Transistor 73 dient der Impulsformung. Die notwendigen Versorgungsspannungen sind mit
'^Bi-. i^ß-1 und U1 J3 bezeichnet. Außer einer 10-u.«-
stufigen Anzeige über ein Lampenband ist es möglich,
beliebige Zählerstände über übliche elektronische oder elektromechanische Zähler anzuzeigen.
Jn Fig. 1 sind zusätzlich zum AusgangZ bereits
Ausgänge jc und y vorgesehen, über welche elektronische
oder elektromechanische Zählvorrichlungen so angesteuert werden können, daß vor- und rückwärts
gezählt werden kann. Dies ist insbesondere möglich, da der Integrationsbaustein IC 1 so geschaltet
ist, daß er positive und negative Meßspannungen entsprechende Lade- und Entladcströme verarbeiten
kann.
Besonders vorteilhaft läßt sich eine Anordnung gemäß der Erfindung in einem Elektrostraßcnfahrzeug
mit einer aus mehreren Einzelzellen bestehenden Bleiakkumuiatorenbatterie verwenden, bei dem
beim Bremsvorgang Energie durch Nutzbremsung an den Akkumulator zurückgeführt wird. Bei entsprechender
Auslegung insbesondere der Bauelemente Rv
und C1 des Integrationsbausteines ICl ist es möglieh,
nur mit einem Vorwärtszähler <;emäß F i g. 4 zu arbeiten. Die in kurzen Energiepulsen zurückgespeiste
Energie wird dabei automatisch in einer Umladung von C, berücksichtigt, ohne daß eine zweiseitige
Zählanordnung notwendig ist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Zählerstände in beliebiger Weise
elektrisch femübertragen werden können.
Sämtliche Baueinheiten, insbesondere der Korreklurspannungsgeber,
und die Anzeige und Zähleinheit können durch modularen Aufbau den verschiedensten
Erfordernissen angepaßt werden.
Außer den Variationsmöglichkeiten durch Kombination der Zähler- und Anzeigeei'iheiten soll noch
erwähnt werden, daß man das Dioden-Widerstands-5= netzwerk des Korrekturspannungsgebers für verschiedene
Batterien mit Festwiderständen aufbauen und als steckbares Modul ausbilden kann. Ebenso kann
man die Integrationseinheit, bestehend aus C1 und Rv, als steckbares Modul fertigen. Dem Anwender
würden somit zu einem Grundgerät (80 bis 900Zo des
Gesamlpreises) mehrere Blockmodule zur Verfügung stehen, um durch Kombination derselben alle gängigen
Butterietypen überwachen zu können.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Überwachung des Ladezustandes eines Akkumulators, insbesondere
eines Fahrzeug-Akkumulators mit einem über die an einem vom Akkumulatorenstrom durchflossenen
Meßwiderstand abfallende Spannung angesteuerten Amperestundenzähler, dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zum Meßwiderstand (Ski) der Eingang eines die Akkumulatorenstromstärke
bewertenden aktiven nichtlinearen Netzwerkes geschaltet ist und daß der Ausgang dieses Netzwerkes in Reihe mit dem Meßwiderstand
(ShI) an die Eingangsklemmen des Amperestundenzählers
geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Amperestundenzähler einen Verstärker (/Cl) enthält, zwischen dessen
Ausgang und Eingang die Parallelschaltung aus einem Kondensator (C1) und zwei antiparallel
geschalteten Thyristoren (Tl, ThI) liegt, daß
die Ausgangsklemmen des Verstärkers (/Cl) über eine erste Diode (Dl) direkt und über eine
zweite Diode (D 2) über einen als Phasenumkehrstufe geschalteten zweiten Verstärker (/C 2) mit
der Eingangsklemme eines Schmitt-Triggers (Tl, Tl) verbunden ist und daß ein Ausgang des
Schmitt-Triggers (Tl, T2) jeweils mit den Steuerelektroden
der Thyristoren (TAl, ThI) und die
zweite Ausgangsklemme des Schmitt-Triggers (Tl, T2) mit einem Impulszähler verbunden
sind.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturspannungsgeber
einen Verstärker (/C 3) und ein Dioden-Widerstandsnetzwerk enthält.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker
(/Cl) ein zweiter Verstärker (/C 2) nachgeschaltet ist und daß der Ausgang und der invertierende
Eingang des zweiten Verstärkers (/C 2) über einen Rückkopplungswiderstand (R 2) verbunden
sind.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742405151 DE2405151C3 (de) | 1974-02-04 | Vorrichtung zur überwachung des Ladezustandes eines Akkumulators | |
FR7439515A FR2260192A1 (de) | 1974-02-04 | 1974-12-03 | |
NL7500924A NL7500924A (nl) | 1974-02-04 | 1975-01-27 | Inrichting voor het controleren van een laad- and van een accumulator. |
GB456575A GB1473633A (en) | 1974-02-04 | 1975-02-03 | Apparatus for monitoring the state of charge of a storage bettery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742405151 DE2405151C3 (de) | 1974-02-04 | Vorrichtung zur überwachung des Ladezustandes eines Akkumulators |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2405151A1 DE2405151A1 (de) | 1975-08-14 |
DE2405151B2 DE2405151B2 (de) | 1976-09-16 |
DE2405151C3 true DE2405151C3 (de) | 1977-05-05 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2822746A1 (de) * | 1977-05-27 | 1978-12-07 | Commissariat Energie Atomique | Schaltung zum messen der in einer ladungsverschiebeanordnung gespeicherten ladung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2822746A1 (de) * | 1977-05-27 | 1978-12-07 | Commissariat Energie Atomique | Schaltung zum messen der in einer ladungsverschiebeanordnung gespeicherten ladung |
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