-
Batterieprüfeinrichtung
-
Die Erfindung betrifft eine Batterieprüfeinrichtung zur Feststellung
der vorhandenen Zellenkapazität.
-
Bei Batterien nimmt die Zellenkapazität mit zunehmendem Alter ab.
Dies äußert sich durch eine Erhöhung des Innenwiderstandes, also ein Absinken der
Batteriespannung bei Belastung. Im unbelasteten Zustand liefert eine gealterte Batterie
dagegen nahezu dieselbe Spannung wie eine neue Batterie.
-
Bei wiederaufladbaren Akkumulatoren findet ebenfalls eine Alterung
statt, die sich in einer Erhöhung des Innenwiderstandes äußert. Akkumulatoren werden
häufig in Notstromversorgungsgeräten eingesetzt, wo sie bei normalem Netzbetrieb
über ein Ladegerät in aufgeladenem Zustand gehalten werden, um bei einem etwaigen
Netzausfall die elektrische Versorgung eines Gerätes oder einer Anlage übernehmen
zu können. Solche Notstromversorgungsgeräte
treten in der Regel
über längere Zeiträume überhaupt nicht in Funktion, müssen aber für den Ernstfall
immer betriebsbereit sein. Daher ist es wichtig, zu erkennen, ob der Akkumulator
tatsächlich bei einem Netzausfall noch eine ausreichende Entladekapazität hat oder
ob die Zellenkapazität bereits so weit abgesunken ist, daß zwar im unbelasteten
Zustand noch die volle Zellenspannung geliefert wird, bei Belastung jedoch zusammenbricht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterieprüfeinrichtung zu schaffen,
die ständig an eine Batterie bzw. an einen Akkumulator angeschlossen ist und selbsttätig
eine Überwachung der Zellenkapazität durchführt, um ein etwaiges Zusammenbrechen
der Batteriespannung bereits vorzeitig anzeigen zu können. Auf diese Weise soll
vermieden werden, daß der unzureichende Betriebszustand einer Batterie nicht erst
durch Unterbrechung der Funktion des von der Batterie versorgten Gerätes erkannt
wird, sondern automatisch vorher zur Anzeige gebracht wird.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß parallel
zu der Batterie ein Laststromkreis geschaltet ist, der durch einen Taktimpulsgeber
in regelmäßigen Zeitabständen kurzzeitig geschlossen wird und die Batterie belastet,
und daß eine Erkennungsschaltung vorgesehen ist, die im Belastungszustand der Batterie
feststellt, ob die Batteriespannung einen Grenzwert unterschreitet.
-
Die erfindungsgemäß Batterieprüfeinrichtung führt automatisch
in
regelmäßigen Zeitabständen eine kurzzeitige Belastung der Batterie durch und ermittelt
das Absinken der Batteriespannung bei dieser Belastung. Die Belastung kann beispielsweise
so bemessen sein, daß ein Laststrom fließt, der die voll aufgeladene Batterie in
zehn Stunden entladen würde.
-
Bei Verwendung der Batterieprüfeinrichtung bei einem Notstromversorgungsgerät
sollte die Belastung des Akkumulators nur dann erfolgen, wenn die externe Stromversorgung
in Betrieb ist, so daß der Akkumulator sich im Ruhezustand befindet, d.h. nicht
an einen anderen Verbraucher angeschlossen ist. Bei Auftreten einer Netzstörung
sollte die Batterieprüfeinrichtung abgeschaltet werden, um sicherzustellen, daß
der Akkumulator nicht durch die periodisch erfolgenden Prüf-Belastungen zusätzlich
beansprucht wird und sich die Belastungsimpulse evtl. störend auf die von dem Akkumulator
versorgten elektronischen Baugruppen auswirken.
-
Vorzugsweise enthält die Erkennungsschaltung einen Schwellenwertschalter,
der bei Auftreten eines Taktimpulses nur dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die
Batteriespannung oberhalb des Grenzwertes liegt. Am Ausgang des Schwellenwertschalters
entsteht daher bei jedem angelegten Taktimpuls ein Ausgangsimpuls von bestimmter
Amplitude und Impulsdauer, wenn die Batteriespannung größer ist als der Schwellenwert.
Ist sie kleiner als der Schwellenwert, so wird am Ausgang des Schwellenwertschalters
überhaupt kein Impuls erzeugt.
-
Diese Meßmethode liefert bei jedem auftretenden Taktimpuls eine Ja/Nein-Entscheidung
darüber, ob die Batteriespannung
zu weit abgesunken ist oder nicht.
-
Die Auswertung der auf diese Weise erzeugten Impulse erfolgt zweckmäßigerweise
mit einem Integrator, der sich zwischen zwei Impulsen teilweise entlädt, um von
dem nächstfolgenden Impuls wieder aufgeladen zu werden.
-
Bleibt ein Impuls oder bleiben mehrere Impulse aus, dann sinkt die
Spannung des Integrators unter den an einem Komparator eingestellten Schwellenwert
und die Batterieprüfeinrichtung verursacht die Erzeugung von Alarm bzw. die Auswechslung
der betreffenden Batterie.
-
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erz in dung unter Bezugnahme
auf die Figuren näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Batterieprüfeinrichtung
in Verbindung mit einem Notstromversorgungsgerät, und Fig. 2 zeigt die Spannungsverläufe
an zwei verschiedenen Stellen der Batterieprüfeinrichtung in Abhängigkeit von der
Zeit.
-
In Fig. 1 ist das Notstromversorgungsgerät mit 10 bezeichnet und mit
gestrichelten Linien umrandet. Es handelt sich um ein Batterieladegerät, das einem
angeschlossenen Akkumulator 11 einen Ladestrom zuführt, dessen Größe sich in Abhängigkeit
von der Akkumulatorspannung ändert. Das Netzteil 12 erzeugt eine (geregelte oder
ungeregelte) Gleichspannung, die über den Leistungstransistor 13 dem Akkumulator
11 zugeführt wird. Parallel zum Akkumulator 11 liegt ein Spannungsteiler
14,
an dessem Abgriff eine der Akkumulatorspannung proportionale Spannung abgenommen
wird, um einem Regler 15 als Eingangsgröße zugeführt zu werden. Der Regler 15 ist
zwischen die Minusleitung 16 und die Basis des Leistungstransistors 13 geschaltet.
-
Um die periodischen Belastungsprüfungen des Akkumulators 11 durchführen
zu können, ist dem Akkumulator eine Reihenschaltung aus einem Belastungswiderstand
17 und einem Transistor 18 parallel-geschaltet. Wenn der Transistor 18 leitend ist,
ist der Laststromkreis 17, 18 geschlossen. Zu dieser Zeit muß der Regler 15 außer
Betrieb gesetzt sein. Hierzu dient ein weiterer Transistor 19, der zwischen die
Minusleitung 16 und den Regler 15 geschaltet ist, und der gesperrt wird, wenn der
Transistor 18 leitend wird. Auf diese Weise wird jedesmal dann, wenn der Transistor
18 leitend wird, der Leistungstransistor 13 gesperrt, so daß der Ladestrom des Akkumulators
11 jeweils kurzzeitig unterbrochen wird.
-
Die Transistoren 18 und 19 werden synchron von den Taktimpulsen eines
Taktimpulsgenerators 20 gesteuert. Der Transistor 18 ist ein npn-Transistor, während
der Transistor 19 ein pnp-Transistor ist. Weil beide Transistoren Komplementärtypen
sind, entsteht das inverse Schaltverhalten.
-
Die Taktimpulse dauern jeweils Bruchteile von Sekunden und haben zeitliche
Abstände von mehreren Sekunden.
-
Während der Transistor 18 kurzzeitig leitend ist, steht die volle
Batteriespannung an dem Lastwiderstand 17 an.
-
Die beiden Anschlüsse des Lastwiderstandes 17 sind jeweils mit einem
Eingang eines Differenzverstärkers 21 verbunden, der auf diese Weise die Batteriespannung
mißt.
-
Der Differenzverstärker wird durch die Impulse des Taktgenerators
20 aktiviert, d.h. er funktioniert nur während des Anstehens eines Taktimpulses.
In der übrigen Zeit liegt sein Ausgang auf Null. An den Differenzverstärker 21 ist
ein Schwellenwertschalter 22 angeschlossen, an dem eine bestimmte Schaltschwelle
eingestellt ist. Wird diese Schaltschwelle von dem Ausgangssignal des Verstärkers
21 überschritten, so ist die Spannung U1 am Ausgang des Schwellenwertschalters 22
"1", während sie "0" ist, wenn dieser Schwellenwert nicht erreicht wird. Die Spannung
U1 ist in Fig. 2a über der Zeit dargestellt. Man erkennt, daß die Impulse 23, die
durch die Taktimpulse des Taktimpulsgenerators 20 ausgelöst werden, dann auftreten,
wenn die Akkumulatorspannung den Grenzwert übersteigt. Zu den Zeitpunkten, zu denen
das nicht der Fall ist, entsteht am Ausgang des Schwellenwertschalters 22 kein Signal.
-
Die Spannung U1 wird über eine Diode 24 einem RC-Glied aus einem Kondensator
25 und einem parallel-geschalteten Widerstand 26 zugeführt. Die Impulse 23 laden
den Kondensator 25 jeweils auf und in den Zeiträumen zwischen diesen Impulsen entlädt
sich der Kondensator 25 teilweise über den Widerstand 26. Diese Verhältnisse sind
in Fig. 2b dargestellt. Wenn die Impulse 23 ausbleiben, setzt sich die Entladung
des Kondensators 25 fort, so daß die Kondensatorspannung einen Wert annimmt, der
unter einen vorgegebenen Grenzwert U3 absinkt. Dieser Zustand wird von dem Komparator
27 festgestellt,
der ein angeschlossenes Relais 28 steuert.
-
An dem einen Eingang des Komparators 27 liegt die Spannung des Kondensators
25,während an dem anderen Eingang die feste, jedoch einstellbare Referenzspannung
U3 liegt. Auch der Komparator 27 wird durch die Impulse des Taktimpulsgenerators
20 gesteuert, d.h. aktiviert, so daß die gesamte Prüfeinrichtung nur dann arbeitet,
wenn der Taktimpulsgenerator 20 arbeitet.
-
Der Taktimpulsgenerator 20 wird von einem Netzkontrollsignal 29 gesteuert.
Dieses Netzkontrollsignal 29 bewirkt die Abschaltung des Taktimpulsgenerators 20,
wenn ein Netzausfall vorliegt, d.h. wenn der Akkumulator 11 die Versorgung der angeschlossenen
Verbraucher übernehmen muß. In diesem Falle wird also die Batterieprüfeinrichtung
außer Betrieb gesetzt.