DE2745003A1 - Monitor checking charge of primary cell - measures residual HF voltage of applied HF signal without loading cell - Google Patents

Monitor checking charge of primary cell - measures residual HF voltage of applied HF signal without loading cell

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Abstract

The monitor checks the charge state of a primary cell without loading it. The cell is supplied with an HF signal and the HF voltage remaining across the cell is measured and used to indicate the cell's charge state The HF oscillator (7) is coupled via a capacitor (2) and an adjustable impedance transformer (8, 9) to the cell (3). The measuring instrument (4) can be connected by a switch (12) either via resistor (13) to the cell or to the output of an amplifier (10, 11) whose input is connected via a capacitor (5) to the cell.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Prüfung des Method and circuit arrangement for testing the

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. State of charge of a primary element Known procedures for testing the state of charge or the power reserve of a primary element measure the state the battery by connecting load resistors, with the voltage difference for the open-circuit voltage of the element, a measure for that still contained in the battery Performance is.

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.This known method has the disadvantage that the measuring current must be removed from the battery under test itself, in most cases Cases, the permissible discharge current - even if only briefly - is exceeded must in order to obtain evaluable voltage differences.

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.This is also true because it has recently managed to get through suitable formation of the electrolyte contained in the elements running almost linearly To achieve voltage-discharge curves, which is tantamount to only a minor one Change in ohmic resistance during the discharge time. Particularly problematic is therefore the known method described for mercury oxide cells that react very sensitively to overload and quickly become unusable.

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.The invention is therefore based on the object of a method and to propose a circuit arrangement for checking the state of charge of a primary element, whereby no service is taken from the element to be tested. In addition, more precise Information about the power reserves still available in the battery can be obtained.

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.The method according to the invention is thereby able to achieve this object characterized in that the element is supplied with a high frequency voltage and the over residual high-frequency voltage present on the element is measured. This DC-free The applied high-frequency voltage does not load the element during the measuring process.

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.The invention is based on the fact that the impedance of the in one Element contained electrolyte against high frequency currents of about loo kz upwards increases and takes on significantly higher values than the DC resistance. aside from that it has been found that the alternating current resistance is due to increasing discharge increasing degeneration of the electrolyte increases proportionally, even without itself the DC resistance changes significantly.

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.The remaining high-frequency voltage over the element during the measurement process is therefore proportional to the alternating current resistance or the impedance. Of the Pointer deflection of the measuring instrument behaves in reverse proportional to the power reserve, so that the instrument scale is directly in milliamps can be calibrated per hour or as a percentage of the power reserve.

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.A circuit arrangement for performing this method is thereby characterized in that a high frequency generator via a first capacitor to a Pole of the element is connected, which in turn via a second capacitor is connected to a measuring instrument. This means that the element is DC-free High-frequency voltage supplied and the remaining high-frequency voltage across the element is measured simultaneously by the measuring instrument, also without direct current.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 3 und 4.Further preferred embodiments of the subject matter of the invention result from claims 3 and 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.The method and the circuit arrangement according to the invention are suitable is particularly good for determining the power reserve of primary elements or batteries composed of such, mainly miniature mono cells, how these are used to operate electric or electronic wristwatches will. Such elements are known to be particularly sensitive to overload.

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.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments closer explained, from which further important features result. FIG. 1 shows a circuit arrangement to explain the principle of the invention; FIG. 2 shows a complementary one Circuit arrangement as a preferred embodiment.

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.In Fig. 1 is a high frequency generator 1 and a first Capacitor 2 is connected to one pole of a battery 3 to be measured. The condenser 2 serves both as a capacitive series resistor and also for galvanic isolation causes.

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.The polarity of the battery 3 does not matter. About the battery is a measuring instrument 4 connected, with a second capacitor 5 in turn the Galvanic isolation causes and thus prevents a battery circuit from being closed is. The output of the meter, the other pole of the battery and the generator 1 are grounded via a line 6.

Das Meßinstrument 4 misst nun die über die Batterie 3 stehende restliche Hochfrequenzspannung und damit die Leistungsreserve der Batterie.The measuring instrument 4 now measures the remaining amount above the battery 3 High frequency voltage and thus the power reserve of the battery.

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.It is also conceivable to have the battery in series with a coil and Bring capacitor existing tuned to resonance circuit and the Impedance in shape a circular quality measurement.

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.For obvious reasons, the HF measurement voltage may match the battery voltage do not exceed. The HF measurement voltage is also useful if possible to be kept small so as not to cause ion disorientation.

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.An improved circuit arrangement is therefore used as an example of an embodiment described in Fig. 2, with an effective value of the HF voltage of about So mV gets by.

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.An oscillator 7 that generates, for example, a frequency of 400 Khz, is via the capacitor 2 to the one made of a capacitor 8 and an inductance 9 existing impedance converters connected. The battery 3 is now at the end connected to the inductance 9 and the ground line. The impedance converter is 8.9 now tuned to resonance by means of the variable self-induction of the inductance 9.

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.The residual HF voltage across the element to be measured becomes galvanic fed separately through the capacitor 5 to a rectifier lo, which is connected to a Instrument amplifier 11 is connected.

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.The measuring instrument 4 can now optionally be switched to the via a switch s Output of the instrumentation amplifier 11 for detection the power reserve or via a resistor 13, which has a DC measuring circuit between the element and Instrument closes, can be used to measure voltage. This is useful because cells that have sunk below the final voltage are due to complete degeneration of the electrolyte can contain short circuits, which in turn may not be present Displays the performance value.

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.Since elements of different power capacities even with the same nominal voltages due to the different mass of the electrolyte, different values of the alternating current resistance condition, it is advisable to check the sensitivity of the instrument or the instrumentation amplifier in a known manner, e.g. B.

mittels Stufenschalter in verschiedene Messbereiche aufzuteilen.to be divided into different measuring ranges by means of a step switch.

Das Instrument kann dann mit einer geeichten Skala auskommen.The instrument can then get by with a calibrated scale.

Der Vorteil des erfindungsmässigen Verfahrens liegt aber hauptsächlich in der Möglichkeit einer Prüfung, ohne das Prüfobjekt zu belasten oder Leistung aus diesem zu entnehmen.The main advantage of the method according to the invention is, however in the possibility of a test without burdening the test object or performance to be taken from this.

Außerdem können die Leistungsreserven einer Batterierrit weitaus größerer Sicherheit gegenüber den bekannten Verfahren bestimmt werden.In addition, the power reserves of a battery rit can be much greater Security against the known method can be determined.

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.When measuring the impedance or capacitive reactance the capacitors in front of the battery can provide galvanic isolation be variable in size by measuring range switch in order to adapt to to achieve prescribed battery sizes. The capacity of this upstream Capacitors is always small compared to the capacity the battery to grasp it as an electrolyte in the capacitors are.

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.The capacitors 2 and 5 according to FIG. 1 have values of, for example about 200 picofarads. The capacitor 5 of FIG. 2 is, for example, 3300 picofarads and the capacitor 8 looo picofarads.

Mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Schaltungsanordnung kann auch der Ladezustand eines sekundären Elementes gemessen werden.With the method described and the circuit arrangement described the state of charge of a secondary element can also be measured.

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Claims (4)

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. Claims 1. A method for checking the state of charge of a Primary element, that is, that element (3) a high-frequency voltage is supplied and the remaining voltage across the element High frequency voltage is measured. 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.2. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1, that a high-frequency generator (1,7) is connected to one pole of the element (3) via a first capacitor (2), which in turn is connected to a measuring instrument (4) via a second capacitor (5) is. 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.3. Circuit arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that between the first capacitor (2) and the pole of the element (3) an impedance converter (8,9) with an adjustable resonance frequency is provided. 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.4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, d a d u r c h g e k It is noted that one switch (12) can optionally switch the output of the second The capacitor (5) or the pole of the element (3) connects to the measuring instrument (4).
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