DE2745003A1

DE2745003A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur pruefung des ladezustandes eines primaerelementes

Info

Publication number: DE2745003A1
Application number: DE19772745003
Authority: DE
Inventors: Siegfried Munz
Original assignee: SCHMIDBAUER KG ELMA HANS
Current assignee: SCHMIDBAUER KG ELMA HANS
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1979-04-12

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Prüfung des
Ladezustandes eines Primärelementes Bekannte Verfahren zur Prüfung des Ladezustandes bzw. der Leistungsreserve eines Primärelementes messen den Zustand der Batterie durch Anschalten von Belastungswiderständen, wobei die Spannungsdifferenz zur Leerlaufspannung des Elementes ein Maß für die noch in der Batterie enthaltene Leistung ist.
Diesem bekannten Verfahren haftet aber der Nachteil an, daß der Meßstrom aus der zu prüfenden Batterie selbst entnommen werden muß, wobei in den meisten Fällen der zulässige Entladestrom - wenn auch nur kurzzeitig - überschritten werden muß, um noch auswertbare Spannungsdifferenzen zu erhalten.
Dies gilt auch deshalb, weil es in letzter Zeit gelungen ist, durch geeignete Formierung des in den Elementen enthaltenen Elektrolyts fast linear verlaufende Spannungs-Entladekurven zu erreichen, was gleichbedeutend mit einer nur geringen Änderung des ohmschen Widerstandes während der Entladezeit ist. Besonders problematisch ist deshalb das beschriebene bekannte Verfahren bei Quecksilberoxid-Zellen, die sehr empfindlich auf Überlastung reagieren und schnell unbrauchbar werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Prüfung des Ladezustandes eines Primärelementes vorzuschlagen, wobei dem zu prüfenden Element keine Leistung entnommen wird. Außerdem sollen genauere Angaben über die in der Batterie noch vorhandenen Leistungsreserven erhalten werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß dem Element eine Hochfrequenzspannung zugeführt und die über dem Element anstehende restliche Hochfrequenzspannung gemessen wird. Diese Gleichstrom-frei zugeführte Hochfrequenzspannung belastet also das Element beim Meßvorgang nicht.
Die Erfindung beruht darauf, daß der Scheinwiderstand des in einem Element enthaltenen Elektrolyts gegenüber Hochfrequenzströmen von etwa loo kz aufwärts ansteigt und wesentlich höhere Werte als der Gleichstromwiderstand annimmt. Außerdem wurde festgestellt, daß der Wechselstromwiderstand mit zunehmender Entladung infolge zunehmender Entartung des Elektrolyts proportional ansteigt, auch ohne daß sich der Gleichstromwiderstand wesentlich ändert.
Die beim Me#ßvorgang über dem Element anstehende restliche Hochfrequenzspannung ist also proportional dem Wechselstromwiderstand bzw. dem Scheinwiderstand . Der Zeigerausschlag des Meßinstrumentes verhält sich also umgekehrt proportional zur Leistungsreserve, so daß die Instrumentenskala direkt in Milliampere pro Stunde oder in Prozent Leistungsreserve geeicht werden kann.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenzgenerator über einen ersten Kondensator an einen Pol des Elementes angeschlossen ist, der wiederum über einen zweiten Kondensator an ein Meßinstrument angeschlossen ist. Dadurch wird also dem Element eine gleichstromfreie Hochfrequenzspannung zugeführt und die über dem Element anstehende restliche Hochfrequenzspannung wird gleichzeitig vom Meßinstrument, ebenfalls gleichstromfrei, gemessen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 3 und 4.
Das Verfahren und die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignen sich besonders gut zur Feststellung der Leistungsreserve von Primärelementen oder von aus solchen zusammengesetzten Batterien, vornehmlich von Miniatur-Monozellen, wie diese zum Betrieb von elektrischen oder elektronischen Armbanduhren verwendet werden. Gerade derartige Elemente sind bekanntlich gegen Überlastung besonders empfindlich.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung; Fig. 2 zeigt eine demgegenüber ergänzte Schaltungsanordnung als bevorzugte Ausführungsform.
In Fig. 1 ist an einen Hochfrequenzgenerator 1 und über einen ersten Kondensator 2 ein Pol einer zu messenden Batterie 3 angeschlossen. Der Kondensator 2 dient sowohl als kapazitiver Vorwiderstand als er auch die galvanische Trennung bewirkt.
Die Polung der Batterie 3 ist gleichgültig. Über die Batterie ist ein Meßinstrument 4 angeschlossen, wobei ein zweiter Kondensator 5 wiederum die galvanische Trennung bewirkt und somit verhütet, daß ein Batteriestromkreis geschlossen ist. Der Ausgang des Meßinstrumentes, der andere Pol der Batterie und der Generator 1 sind über eine Leitung 6 geerdet.
Das Meßinstrument 4 misst nun die über die Batterie 3 stehende restliche Hochfrequenzspannung und damit die Leistungsreserve der Batterie.
Es ist auch denkbar , die Batterie in Serie zu einem aus Spule und Kondensator bestehenden auf Resonanz abgestimmten Schwingkreis zu bringen und den Scheinwiderstand in Form einer Kreisgüte-Messung zu bestimmen.
Aus einleuchtenden Gründen darf die HF-Mess-Spannung die Batteriespannung nicht überschreiten. Es ist weiterhin zweckmässig die HF-Mess-Spannung möglichst klein zu halten, um keine Ionen-Disorientierung hervorzurufen.
Als beispielsweise Ausführung wird deshalb eine verbesserte Schaltungsanordnung in Fig. 2 beschrieben, die mit einem Effektiv-Wert der HF-Spannung von ca. So mV auskommt.
Ein Oszillator 7,der beispielsweise eine Frequenz von 400 Khz erzeugt, ist über den Kondensator 2 an den aus einem Kondensator 8 und einerinduktivität 9 bestehenden Impedanzwandler angeschlossen. Die Batterie 3 wird nun an das Ende der Induktivität 9 und der Masseleitung angeschlossen. Der Impedanzwandler 8,9 wird nun mittels der variablen Selbstinduktion der Induktivität 9 auf Resonanz abgestimmt.
Die über das zu messende Element stehende HF-Rest-Spannung wird galvanisch getrennt über den Kondensator 5 einem Gleichrichter lo zugeführt, der mit einem Instrumentenverstärker 11 verbunden ist.
Das Messinstrument 4 kann nun über einen Schalter s wahlweise an den Ausgang des Instrumentenverstärkers 11 zur Feststellung der Leistungsreserve oder über einen Widerstand 13, der einen Gleichstrommesskreis zwischen Element und Instrument schließt, zur Spannungsmessung verwendet werden. Dies ist zweckmässig, weil Zellen, die unter die Endspannung abgesunken sind, durch vollständige Entartung des Elektrolyts Kurzschlüsse enthalten können, was wiederum u.U. einen nicht vorhandenen Leistungswert zur Anzeige bringt.
Da Elemente verschiedener Leistungskapazität auch bei gleichen Nennspannungen infolge der unterschiedlichen Masse des Elektrolyts unterschiedliche Werte des Wechselstromwiderstandes bedingen, ist es zweckmässig, die Empfindlichkeit des Instrumentes bzw. des Instrumentenverstärkers in bekannter Weise, z. B.
mittels Stufenschalter in verschiedene Messbereiche aufzuteilen.
Das Instrument kann dann mit einer geeichten Skala auskommen.
Der Vorteil des erfindungsmässigen Verfahrens liegt aber hauptsächlich in der Möglichkeit einer Prüfung, ohne das Prüfobjekt zu belasten oder Leistung aus diesem zu entnehmen.
Außerdem können die Leistungsreserven einer Batterierrit weitaus größerer Sicherheit gegenüber den bekannten Verfahren bestimmt werden.
Bei der Messung des Scheinwiderstandes bzw. kapazitiven Blindwiderstandes können die vor der Batterie liegenden die galvanische Trennung bewirkenden Kondensatoren durch Meßbereichschalter in ihrer Größe veränderlich sein, um eine Anpassung an vorschriftsmässige Batteriegrößen zu erreichen. Die Kapazität dieser vorgeschalteten Kondensatoren ist jedenfalls immer klein gegenüber der Kapazität der Batterie die gewissermassen als Elektrolyt in den Kondensatoren auf zu fassen sind.
Die Kondensatoren 2 und 5 nach Fig. 1 haben beispielsweise Werte von etwa 200 Picofarad. Der Kondensator 5 nach Fig. 2 besitzt beispielsweise 3300 Picofarad und der Kondensator 8 looo Picofarad.
Mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Schaltungsanordnung kann auch der Ladezustand eines sekundären Elementes gemessen werden.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Prüfung des Ladezustandes eines Primärelementes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Element (3) eine Hochfrequenzspannung zugeführt und die über dem Element anstehende restliche Hochfrequenzspannung gemessen wird.
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein Hochfrequenzgenerator (1,7) über einen ersten Kondensator (2) an einen Pol des Elementes (3) angeschlossen ist, der wiederum über einen zweiten Kondensator (5) an ein Meßinstrument (4) angeschlossen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem ersten Kondensator (2) und dem Pol des Elementes (3) ein Impedanzwandler (8,9) mit einstellbarer Resonanzfrequenz vorgesehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Schalter (12) wahlweise den Ausgang des zweiten Kondensators (5) oder den Pol des Elementes (3) mit dem Meßinstrument (4) verbindet.