DE2630033C3

DE2630033C3 - Verfahren zum Feststellen des Entladezustandes einer elektrischen Batterie und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2630033C3
Application number: DE19762630033
Authority: DE
Inventors: Dietrich 2053 Stelle Muth
Original assignee: STILL GmbH
Current assignee: STILL GmbH
Priority date: 1976-07-03
Filing date: 1976-07-03
Publication date: 1980-12-18
Also published as: DE2630033B2; DE2630033A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feststellen des Entladezus:andes einer elektrischen Batterie, an die mindestens ein Verbraucher von elektrischem Strom, vorzugsweise ein Elektromotor, anschließbar ist und im Betrieb jeweils begrenzte Zeit angeschlossen ist, sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zum Feststellen des Entladezustandes einer Batterie sind Verfahren und Anzeigeeinrichtungen nach verschiedenen Prinzipien bekannt. Der Erfindung am nächsten kommen diejenigen Einrichtungen, bei denen während der Stromentnahme die Batteriespannung gemessen wird und diese Meßgröße abhängig von der Größe des entnommenen Stromes korrigiert wird (Stromkompensation). Das Maß. in dem der Spannungsmeßwert abhängig von der Größe des Entnahmestromes kompensiert werden muß, ist dabei vom Zustand der Batterie abhängig. Mit einer eine bestimmte Kompensation bewirkenden Einstellung der Anzeige· vorrichtung kann der Entladungszustand also nur bei einer bestimmten Batterie korrekt festgestellt werden. Bei jeder anderen Batterie mit einem anderen inneren Widerstand muß also der Kompensationseinfluß anders eingestellt werden, d. h. bei Batteriewechsel muß das, Gerät jedesmal anders eingestellt weiden, wenn z, B. statt einer alten eihe neue Batterie eingesetzt wird.

\ Stroefühlereinrichtung

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Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Feststellen des Entladungszustandes zu schaffen, bei dem keine verschieden einstellbare Kompensation erforderlich ist, und liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine sehr einfache, aus wenigen Teilen bestehende Einrichtung zu schaffen, die den Entladezusland für jede Batterie korrekt unabhängig von den individuellen Eigenschaften der Batterie anzeigt.

Diese Aufgabe — soweit sie ein Verfahren betrifft — wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst und wird — soweit sie eine Einrichtung betrifft — durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale gelöst. Gemäß der Erfindung wird somit die Batterie-Spannung nur dann gemessen und angezeigt, wenn kein Verbraucher der Batterie Strom entnimmt, so daß nur die reine Klemmenspannung der unbelasteten Batterie beziehungsweise der durch einen definierten Meßwiderstand belasteten Batterie gemessen wird und die Meßgröße für die Anzeige bzw. FolgeschaUung verwendet wird. Insbesondere erfolgt de Messung unmittelbar nach Abschalten des Verbrauchers bzw. des zuletzt eingeschalteten Verbrauchers, weil zunächst in einem kurzen Zeitabschnitt nach dem Abschalten der Meßwert noch eine korrekt definierte Aussage über den Entladungszustand ergibt. Das ermöglicht, das gleiche Gerät in gleicher Einstellung auch bei Wechselbatterien mit unterschiedlichem Batteriewiderstand zu verwenden und auch dann, wenn abwechselnd alte und neue Batterien angeschlossen werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß keine Schwierigkeiten durch Überkompensation bei voller Batterie bzw. Unterkompensation bei leerer Batterie auftreten. Auch treten keine Schwierigkeiten bezüglich Nullpunktkonstanz der Kompensation auf, wie sie beispielsweise auftreten können, wenn bei einer der bekannten Einrichtungen für die Zwecke der Stromkompensation der Entnahmestrom in einem Feldplattengeber gemessen wird, dessen Eigenschaften beeinfluP·. werden, oder mittels eines Shunts gemessen wird, dessen Eigenschaften sich durch Erwärmung im Betrieb verändern können. Die Anzeige bei der Einrichtung gemäß der Erfindung richtet sich nach der Säuredichte in der Batterie, welche ein Maß für den Eniladezusiand der Batterie ist, wobei jedoch keine aufwendigen chemischen Meßeinrichtungen oder das Säuregewicht bestimmenden Einrichtungen erforderlich sind. Das Anzeigegerät einer Einrichtung gemäß der Erfindung wird also jeweils in Betriebsphasen eingestellt, in denen kein Verbraucher der Batterie einen Strom entnimmt. Dieser Anzeigezustand bleibt erhalten während der Betriebsphasen, in denen Strom entnommen wird, und wird der gemessenen Spannung entsprechend verändert bei Beginn der nächsten Betriebsphase, in der kein Strom entnommen wird. Wird das Gerät beispielsweise in Zusammenhang mii der Antriebsvorrichtung eines batterieelektrischen Hubladers benutzt, so bleibt die Anzeige unverändert festgehalten, wenn der Stapler fährt, also der Fahrmotor eingeschaltet ist oder eine Last hebt, also· der Motor für die Hubhydraulik eingeschaltet ist. Da ein Hublader immer nur kurze Strecken fährt und nur im Rahmen der Hubhöhe des Hubgerüstes Lasten heben kann, kommen dazwischen in relativ kurzen zeitlichen Abständen Betriebszustände vor, in denen kein Strom der Batterie entnommen wifJ, beispielsweise weil bei stehendem Fahrzeug die Last bei stillstehender Hübhydraulikpumpe abgesenkt wird, wobei aus dem Hubzylinder die Flüssigkeit über ein Drosselventil abgelassen wird. In diesem Betriebszustand wird dann die Batteriespannung gemessen und entsprechend das Anzeigegerät eingestellt. Für die Anzeige wird also nur die Leerlaufspannung der Batterie genutzt. Während der nächsten Betriebsphase, in der der Stapler fährt oder hebt, bleibt die Anzeige konstant. Der Anzeigezustand wird erst dann verändert, wenn der nächste Betriebszustand begonnen hat, in der der Batterie kein Strom entnommen wird, sofern die inzwischen eingetretene Stromentnahme den Entladungszustand der Batterie so weit verändert hat, daß die Anzeige aufgrund dessen geändert werden muß. Die Anzeige wird also unstetig verändert. Der Zeiger bewegt sich ruckweise. Mit Rücksicht auf die kurzen in Frage kommenden Zeitabstände und die relativ geringe Veränderung des Entladezustandes in diesen Zeitabständen macht sich das nicht störend bemerkbar.

Durch eine geeignete Vorrichtung wird festgestellt, ob der Batterie Strom entnommen wird oder nicht und nur im Falle, daß kein Strom entncrnmen wird, wird die Batteriespannungsmeßeinrichtung eingeschaltet Das Feststellen, ob ein Strom fließt oder nicht, kann durch beliebige bekannte Meßeinrichtungen, zum Beispiel durch Messen des Spannungsabfalles an einem Shunt oder durch einen Feldplattengeber, erfolgen. Diese Meßeinrichtungen erfordern keine hohe Genauigkeit, da nur festzustellen ist, ob Strom entnommen wird oder nicht. Wird ein Shunt verwendet, kann somit ein Shunt mit kleinem Spannungsabfall und damit kleinen Verlusten gewählt werden.

Die Anzeige kann mittels eines Zeigers erfolgen. Anstalt dessen oder zusätzlich kann bei Erreichen eines Grenzwertes ein Signal ausgelost werden, beispielsweise ein optisches oder ein akustisches Signal oder kann ein Schalter betätigt werden, der verhindert, daß weiterhin der Batterie Strom entnommen wird oder zumindest, daß der Batterie noch ein starker Strom entnommen wird. Beispielsweise bei einem Hublader kann also der Schalter bewirken, daß der Fahrmotor und der Hubmotor abgeschaltet ist oder daß Hubmotor abgeschaltet ist und der Fahrmotor nur noch auf eine Schaltstufe für sehr geringe Fahrgeschwindigkeit eingeschaltet werden kann, damit in diesen Zustand der Hublader dann mit Kriechgeschwindigkeit noch bis zur nächsten Batteriewechselstation oder Batterieladestalion gefahren werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben

In der Zeichnung sind drei mögliche Schaltungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung, bei der mittels eines Entnahmestromfühlers festgestellt wird, ob der Batterie SirOiTi entnom.nen wird.

Fig.2 zeigt eine andere Lösung zu einem Teil der Schaltung nach Fig. 1.

F i g. 3 zeigt eine Schaltung, bei der zwei Baugruppen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung miteinander verbunden sinH und der batteriestromabhängige Schalter an einer anderen Stelle eingeschaltet ist.

In der Schaltung gemäß F i g. 1 ist 1 eine Vergleiehsspannüngsquelle, die eine konstante Vcrgfeichsspannüng liefert. Diese Vergleichsspannungsquelle kann an eine weitere Spannungsquelle, beispielsweise eine Zusatzbatterie oder einen Generator angeschlossen sein, kann aber auch ah die Batterie angeschlossen sein, deren Entladezustand zu prüfen ist und einen definierten Leerlaufhelastungswiderstand für diese darstellen. Die-

se konstante Vergleichsspannung einerseits lind die Spannung der Batterie, deren Entladungszustand festgestellt werden soll, andererseits werden einem Vergleicher/Verstärker 2 zugeleitet, Der Schalter 3 verbindet diesen Vergleicher/Verstärker 2 mit einem Analogspeicher 6, an dessen Ausgang das Anzeigegerät 7 und parallel dazu der Schalter 8 angeschlossen ist, wobei von dem Schalter 8 aus über ein Zeitverzögerungsglied 9 das Schalirelaisschülz 10 des Slfofnvefbrauchers geschaltet ist, sowie eine Signallampe Π und eine.Signalhupe 12.

Dpr Schaller 3 ist geschlossen, wenn kein Entnahme-Strom der Batterie entnommen wird und ist geöffnet, so bald der Batterie, deren Eniladungszustand festgestellt werden soll, Strom entnommen wird. Die Tatsache, ob der Batterie Strom entnommen wird oder nicht, wird durch den Stromfühler 5 festgestellt. Das Signal des Stromfühlers 5 wird über den Verstärker 4 zur Betätigung des Schalters 3 diesem zugeführt.

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um unmittelbar den Schalter 3 zu schalten, kann der Verstärker 4 entfallen. Ebenso kann in einfacher Abwandlung dieser Schaltung selbstverständlich auch entweder das Anzeigegerät 7 entfallen - in diesem Fall wird nur über ein optisches oder akustisches Signal gewarnt oder bzw. und der Verbrauchef abgeschaltet oder es kann eines oder zwei der Teile 12 oder 11 oder 9 und 10 entfallen oder es kann der Schalter 8 und alle an diesem angeschlossenen Teile 9 bis 12 entfallen — in diesem Falle wird nur das Anzeigegerät 7 verwendet.

Bei der Schaltung gemäß F i g. 2 ist der Schalter 3 in der gleichen Weise in das System 1, 2, 6, 7 und 8 bis 10 eingeschaltet wie in der Schaltung gemäß F i g. 1. Jedoch ist in diesem Falle für die Feststellung, ob der Batterie ein Strom entnommen wird, nicht ein Entnahmestromfühler verwendet. Diese Schaltung wird vielmehr nur dann Verwendet, wenn nur zwei Verbraucher an die Batterie angeschlossen werden können und jeder dieser zwei Verbraucher über ein Schaltfelaisschülz A oder ein Schaltrelaisschütz Beingeschaltet wird. Die Steuerspannung, die den Schaltrelaisschützen A und B zugeführt wird, ist an das Gatter Aa gelegt. Wird mindestens eitlem der beiden Schaltrelaisschütze A und B eine Steüerspantiung zugeführt, so wird über das Gatter 4a der Schalter 3 geöffnet. Der Schalter 3 ist nur dann g'eschlossen, wenn keines der Schaltrelaisschütze A und B an eine Steuerspannung geschlossen ist. in diesem Fall sind aber auch beide Schaltrelaisschütze A und B geöffnet, so daß keiner der beiden an diese Schaltrelaisschütze A und B angeschlossenen Verbraucher Strom aufnimmt.

Die Schaltung gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von der Schaltung gemäß F i g. 1 einerseits dadurch, daß der Schalter 3a an einer anderen Stelle der Schaltung angeordnet ist wie der Schalter 3 gemäß Fig. 1 und andererseits uuuurcn, daß zwei Bäücicfncnie uef Schaltung gemäß F i g. 1 zusammengezogen sind.

Während bei der Schaltung gemäß Fig. 1 der Schalter 3 in der Ausgangsleitung des Vergleicher/Verstärker 2 hinter diesem angeordnet ist, ist der Schalter 3a gemäß Fig.3 in die Eingangsleitung für die Batteriespannung gelegt, so daß Vergleicher/Verstärker und Analogspeicher hinter dem Schalter 3 anliegen. Das ermöglicht, diese beiden Baugruppen Vergleicher/Verstärker und Analogspeicher zu einer Baugruppe 13 zusammenzuziehen. Im übrigen entspricht die Schaltung gemäß Fig.3 völlig der Schaltung gemäß Fig. 2. Entsprechend ist es auch bei der Schaltung gemäß F i g. 3 möglich, anstelle eines Stromspannungsfühlers 5 die Steuerspannungen für Schaltrelaisschütze als Signalgeber für den Schalter 3a zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

}. Verfahren zum Feststellen des Endladezustandes einer elektrischen Batterie, an die mindestens ein Verbraucher von elektrischem Strom, vorzugsweise ein Elektromotor, anschließbar ist und im Betrieb jeweils begrenzte Zeit angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch einefStromführeinrichtung bei NichtVorhandensein von Entnahme von Strom aus der Batterie ein Signal ausgelöst wird und daß durch dieses Signal ein Schalter beeinflußt wird, der bei Vorhandensein des Signals die Batterie mit einem Spannungsmeßgerät verbindet, das eine Anzeigeeinrichtung oder eine Auslöseeinrichtung beeinflußt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Zeitschalteinrichtung die Batterie nur für eine kurze Zeit nach Beginn des Auftretens des Signals mit dem Spannungsmeßgerät verbunden wirü.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bei nicht Vorhandensein von Stromentnahme aus der Batterie oder bei *:::· dter. des letzten der Verbraucher ein Signal auslösende Einrichtung (5, 4a) und einen von diesem Signal beeinflußten bei Vorhandensein des Signals die Batterie mit einem Spannungsmeßgerät verbindenden Schalter (3, 3a) und durch eine mil dem Spannungsmeßgerät (2, 13) verbundene Anzeigeeinrichtung (7,9,11,12).
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine die Verbindung zwis.nen Batterie und Spannungsmeßgerät (2, 13) jeweils nach kurzer Zeit unterbrechende Zeitschalteinrichtu g.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsmeßgerät (2, 13) ein stromlos messendes Spannungsmeßgerät ist.
6. Finrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß d?s Spannungsmeßgerät einen definierten Widerstand darstellt oder mit einem solchen in Reihe oder parallel geschaltet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsmeßgerät (2, 13) den zuletzt gemessenen Spannungsweit während Betriebsphasen, in denen der Batterie Strom entnommen wird, speichert.
8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Nichtvorhandensein von Stromentnahme ein Signal auslösende Einrichtung ein Stromfühler (5) ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 3, mit Verbrauchern, die über je einen Schalter mit der Batterie verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (A. B)d\e das Signal auslösende Einrichtung bilden.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, bei der die Einschalter für die Verbraucher Schaltrelaisschütze sind, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schaltrelaisschützen (A. B) zugeführte Steuerstrom oder die diesen zugeführte Sieuerspannung das Signal bilden.
H₁ Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfühler (5) ein Feldplattengeber in der zu der Batterie führenden Hauptleitung ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfühler (5) ein Spannungsmeßgerät ist, das zu einem in der zu der Batterie führenden Hauptleitung angeordneten Shunt paraU IeI geschaltet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit dem Spannungsmeßgerät (2, 13) verbundene Schalteinrichtung (8), die bei Erreichen eines Grenzwertes der Batteriespannung ein Signal auslöst.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eint bei Erreichen eines Grenzwertes den Stromverbraucher ganz oder zumindest tei'weise abschaltende und das Wiedereinschalten verhindernde Schaltvorrichtung (9,10).
15. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei Nichtvorhandensein eines Entnahmestromes ein Signal (3) gebene; Stromfüh- !er (5) an die Batteriehauptleitung geschaltet ist und daß die Batteriespannung und eine Vergleichsspannung an einen Komparator (2) gelegt sind, dessen Ausgang zu dem Schalter (3) führt, durch den der Komperalor (2) mit dem Analogspeicher (6) verDindbar ist, dessen Ausgang zu einem Anzeigegerät (7) und/oder zu einer das Auslösen des Signals oder das Abschalten des Verbrauchers oder der Verbraucher oder zumindest des hauptsächlichen Verbrauchers bezweckenden Schaltvorrichtung (8) führt.
16. Einrichtung nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch einen von '!em von der Stromabnahme abhängigen Signal beeinflußten, im eingeschalteten Zustand die Batteriespannung an einen kombinierten Vergleicher/Verstätker und Analogspeicher (13) liegenden Schalter (3a), wobei an den kombinierten Verstärker/Vergleicher und Analogspeicher (13) weiterhin eine eine Vergleichsspannung abgebende Einrichtung (1) angeschlossen ist und andererseits ein Anzeigegerät (7) und/oder eine ein Warnsignal auflösende oder das Abschalten des Verbrauchers oder der Verbraucher oder zumindest des hauptsächlichen Verbrauchers bezweckende Schaltvorrichtung (8) angeschlossen ist.