DE3218148A1

DE3218148A1 - Verfahren und geraet zur anzeige des ladezustandes und zur steuerung der aufladung eines antriebsakkumulators

Info

Publication number: DE3218148A1
Application number: DE19823218148
Authority: DE
Inventors: Frank-W. Dr.rer.nat. 3422 Bad Lauterberg Bothe; Gustav Ing.(grad.) 3424 St. Andreasberg Rust
Original assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Current assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Priority date: 1982-05-14
Filing date: 1982-05-14
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE3218148C2

Description

"Verfahren und Gerät zur Anzeige des Ladezustandes
und zur Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anzeige des Ladezustandes und zur Steuerung der Entladung eines Antriebsakkumulators, wobei die Aufladung um einen bestimmten Faktor größer sein soll als die vorangegangene Entladung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zur Anzeige des Ladezustandes eines Äntriebsakkumulators.
Antriebsbatterien, wie sie beim Betrieb von Elektrofahrzeugen, beispielsweise Gabelstaplern, verwendet werden, bedürfen zur Erzielung einer optimalen Lebensdauer einer sorgfältigen Wartung.
Es ist bekannt, daß eine maximale Lebensdauer dann erreicht wird, wenn die Akkumulatoren nicht zu mehr als 80 % ihrer Kapazität entladen werden, bevor sie wieder aufgeladen werden. Sogenannte "Tiefentladungen" unter 80 % der Nennkapazität sollten vermieden werden. Eine Beeinträchtigung der Lebensdauer ergibt sich auch, wenn die Akkumulatoren zu stark überladen werden. Die Aufladung der Akkumulatoren sollte unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads des Akkumulators bei der Aufladung etwa auf 110 bis 120 % der Nennkapazität erfolgen. Eine zuverlässige Steuerung der Ladegeräte zu diesem Zweck ist nicht bekannt. Die Aufladung der Akkumulatoren erfolgt daher in der Praxis nicht mit der gewünschten Genauigkeit.
Es-sind Geräte bekannt, mit denen der Ladezustand des Akkumulators angezeigt wird. Die Ermittlung des Ladezustandes erfolgt hierbei durch eine Mittelwertmessung über die Spannung der Batterie während eines vorbestimmten Meßzeitraums von einigen Minuten. Dieses Meßverfahren ist naturgemäß relativ ungenau, da die gemessene Spannung stark belastungsabhängig ist.
Bei bekannten Geräten ist daher versucht worden, die Stärke der Belastung als Korrekturfaktor in die Messung aufzunehmen.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch hierdurch nur ein relativ grober Anhaltspunkt für den Ladezustand gegeben werden kann.
Trotz des relativ hohen Aufwandes für die Ermittlung des Ladezustandes wird keine ausreichend genaue Anzeige realisiert.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine relativ genaue Anzeige des Ladezustandes und zugleich eine optimale Steuerung der Aufladung des Akkumulators zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art gelöst, das folgende Verfahrensschritte aufweist: - Bildung einer zur Summe des Entnahmestroms des Akkumulators proportionalen Entladesumme - Aufsummierung des in den Akkumulator fließenden Ladestroms im Ladebetrieb - Abschaltung der Ladung nach Erreichen einer Ladestromsumme, die um einen vorbestimmten Wert höher liegt als die ermittelte Entladesumme.
Erfindungsgemäß wird der Ladezustand des Akkumulators durch Aufsummierung des Entnahmestroms festgestellt. Die Aufsummierung beginnt mit der ersten Inbetriebnahme und ist über die gesamte Betriebsdauer des Akkumulators wirksam. Zweckmäßigerweise ist daher das entsprechende Gerät unmittelbar an dem Akkumulator angebracht. Die durch die Aufsummierung gebildete Entladesumme kann kontinuierlich an dem Akkumulator oder vorzugsweise an einem entfernt angebrachten Anzeigegerät, beispielsweise an der Armaturentafel eines Elektrofahrzeugs, angezeigt werden.
Wenn die Entladung auf ca. 80 % der Nennkapazität erfolgt ist, kann dies von der Bedienperson an dem Anzeigegerät erkannt oder durch ein Warnsignal deutlich gemacht werden. Der Akkumulator sollte dann wieder aufgeladen werden. Während des Ladebetriebs findet erfindungsgemäß eine Aufsummierung des in den Akkumulator fließenden Ladestroms statt. Dabei wird die Ladung nach Erreichen einer Ladestromsumme abgeschaltet, die um einen vorbestimmten Wert höher liegt als die ermittelte Entladesumme.
Die Aufladung wird daher in Abhängigkeit von der vorher ermittelten Entladesumme gesteuert.
Damit wird sichergestellt, daß genau die richtige Lademenge dem Akkumulator wieder zugeführt wird, nämlich die Lademenge, die um den bestimmten Wert höher liegt als die vorher entnommene Ladung.
Für Akkumulatoren, die sich nicht durchgehend im Belastungsbetrieb befinden, ist es vorteilhaft, bei der Bildung der Entladesumme zu der Summe des Entnahmestroms eine Verlustrate pro unbenutzter Zeiteinheit zu addieren. So kann beispielsweise für jeden Tag Standzeit eine Verlustrate von 1 % zur Summe des Entnahmestroms, die ein Maß für die entnommene Kapazität ist, hinzugefügt werden.
Wie bereits erwähnt, kann vorzugsweise ein Schwellwert in Abhängigkeit der Nennkapazität des Akkumulators ermittelt werden, bei dessen Erreichen durch die Entladesumme ein Signal zum Aufladen des Akkumulators erzeugt wird. Dabei ist vorteilhaft, wenn für die Ermittlung des Schwellwerts die Anzahl der durchlaufenen Entlade-/Ladezyklen berücksichtigt wird. Es ist nämlich bekannt, daß mit zunehmendem Alter der Batterie, d. h. zunehmender Anzahl der durchlaufenen Entlade-/Ladezyklen, eine Verminderung der Kapazität des Akkumulators eintritt, wodurch sich auch der Schwellwert verschieben sollte.
Die Überwachung des Akkumulators kann noch vervollkommnet werden, wenn die Spannungen der einzelnen Akkumulatorzellen überwacht werden und ein Signal abgegeben wird, wenn die Spannung einer Akkumulatorzelle einen Mindest-Schwellwert unterschreitet.
Die erwähnte Aufgabe wird auch durch ein Gerät der eingangs erwähnten Art gelöst, das folgende Merkmale aufweist: - eine Summierstufe für den Entnahmestrom des Akkumulators - eine Speicherstufe zur Speicherung der ermittelten Entladesumme bei der Umschaltung vom Entlade- auf den Ladebetrieb des Akkumulators - eine Summierstufe für den in den Akkumulator fließenden Ladestrom - eine Schaltstufe zur Beendigung des Ladevorgangs nach Erreichen einer Ladestromsumme, die um den gewünschten Faktor höher liegt als die Entladesumme.
Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Gerätes beruht auf dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Summierstufe für den in den Akkumulator fließenden Ladestrom kann durch die Summierstufe für den Entnahmestrom des Akkumulators gebildet sein, d. h. daß die gleiche Summierstufe sowohl den Entnahmestrom als auch den Ladestrom aufsummiert oder integriert.
Das erfindungsgemäße Gerät ist vorzugsweise am Akkumulator selbst angeordnet und über einen Steckeranschluß mit einem Anzeige- und einem Ladegerät verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Gerät unmittelbar an einem Pol der Batterie angeordnet ist.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt schematisch die Draufsicht auf die Oberseite eines Antriebsakkumulators an, dessen Zellen 2 durch Pole 3 dieser Zellen 2 verbindende Kontaktbrücken 4 miteinander verbunden sind. Die Gesamtspannung des Antriebsakkumulators 1 ist an einem positiven Anschlußpol 5 und an einem negativen Anschlußpol 6 abnehmbar.
An dem negativen Anschlußpol 6 ist ein Meß- und Steuergerät 7 in Form eines Mikrocomputers befestigt. Das Gerät 7 weist einen Anschlußstecker 8 auf, mit dem Daten in das Gerät 7 gegeben und aus dem Gerät 7 ausgelesen werden können. Solche Daten können beispielsweise der Grad der Wiederaufladung und der Schwellwert sein, bei dem ein Signal zur Durchführung einer Aufladung des Antriebsakkumulators 1 abgegeben werden soll. Von dem positiven Anschlußpol 5 läuft eine Leitung zum Gerät 7. Von dem Gerät 7 läuft eine Leitung 9 zu einem Anschlußstecker 10 des Antriebsakkumulators 1. An diesem Anschlußstecker 10 sind ein Batterie-Zustandsanzeigegerät 11 und ein Ladegerät 12 anschließbar. Das Zustandsanzeigegerät 11 erhält von dem Meß- und Steuergerät 7 ein Signal, das proportional zu dem aufsummierten Entladestrom des Antriebsakkumulators 1 ist. Das Meß- und Steuergerät 7 enthält daher eine Summierstufe für die aus dem Antriebsakkumulator 1 entnommene Strommenge.
Im Ladebetrieb ist das Ladegerät 12 mit dem Antriebsakkumulator 1 verbunden. Das Meß- und Steuergerät 7 mißt nun die aufsummierte, in den Antriebsakkumulator 1 fließende Strommenge und vergleicht diese mit der Strommenge, die vorher dem aufgeladenen Antriebsakkumulator 1 entnommen worden ist. Über den Datenstecker 8 ist dem Meß- und Steuergerät 7 die Information eingegeben worden, um welche Menge der aufsummierte Ladestrom höher sein soll als der vorher entnommene Entladestrom. Ein üblicher Wert liegt beispielsweise bei 115 %. Sobald die Ladestrommenge diese 115 % der Entladestrommenge erreicht hat, schaltet das Meß- und Steuergerät 7 das Ladegerät 12 aus, so daß der Ladevorgang des Antriebsakkumulators 1 beendet ist.
Mit dem dargestellten Gerät läßt sich eine sehr genaue Ladezustandsanzeige realisieren. Darüber hinaus wird die Ladezustandsmessung zugleich zur Aufladesteuerung des Akkumulators ausgenutzt. Das Ladegerät 12 kann ein handelsübliches Ladegerät sein, da der Aufladevorgang durch das Meß- und Steuergerät 7 beendet wird.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Meß- und Steuergerät beliebig erweitert werden kann. So können für die Ermittlung des Ladezustandswertes weitere Daten berücksichtigt werden.
Hierfür kommen insbesondere die Anzahl der Entlade-Auflade-Zyklen, die mittlere Umgebungstemperatur und der über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Entladestrom des Antriebsakkumulators 1 in Betracht, wobei insbesondere die letztere Korrektur eine erhebliche Bedeutung haben kann, da die entnehmbare Batteriekapazität eine Funktion des mittleren Entladestroms ist.
Weiterhin können die Spannungen der Einzelzellen 2 überwacht werden, da diese nicht unter einen bestimmten Schwellwert, beispielsweise 1,4 V, absinken sollen. Selbstverständlich können Warnsignale gebildet werden, wenn die Entladung beispielsweise 75 % erreicht hat. Ebenso kann eine endgültige Abschaltung vorgesehen werden, wenn der Akkumulator 1 zu tief entladen wird, beispielsweise auf über 85 %.
Die Strommessung in dem Meß- und Steuergerät 7 kann in üblicher Weise mit einem Meßshunt erfolgen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Anzeige des Entladezustandes und zur Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators (1), wobei die Aufladung um einen bestimmten Faktor größer sein soll als die vorangegangene Entladung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Bildung einer zur Summe des Entnahmestroms des Akkumulators (1) proportionalen Entladesumme - Aufsummierung des in den Akkumulator (1) fließenden Ladestroms im Ladebetrieb - Abschaltung der Ladung nach Erreichen einer Ladestromsumme, die um einen vorbestimmten Wert höher liegt als die ermittelte Entladesumme.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung der Entladesumme zu der Summe des Entnahmestroms eine Verlustrate pro unbenutzter Zeiteinheit addiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellwert in Abhängigkeit von der Nennkapazität des Akkumulators (1) ermittelt wird, bei dessen Erreichen durch die Entladesumme ein Signal zum Aufladen des Akkumulators erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des Schwellwerts die Anzahl der durchlaufenen Entlade-Lade-Zyklen berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des Schwellwertes der gemittelte Entladestrom berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtspannung der einzelnen Akkumulatorzellen (2) überwacht wird und daß ein Signal abgegeben wird, wenn die mittlere Spannung einer Akkumulatorzelle (2) einen Mindestschwellwert unterschreitet.
7. Gerät zur Anzeige des Entladezustands und Steuerung der Aufladung eines Antriebsakkumulators (1), gekennzeichnet durch - eine Summierstufe für den Entnahmestrom des Akkumulators (1) - eine Speicherstufe zur Speicherung der ermittelten Entladesumme bei der Umschaltung vom Entlade- auf den Ladebetrieb des Akkumulators (1) - eine Summierstufe für den in den Akkumulator fließenden Ladestrom - eine Schaltstufe zur Beendigung des Ladevorganges nach Erreichen einer Ladestromsumme, die um einen gewünschten Faktor höher liegt als die Entladesumme.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es an dem Akkumulator (1) selbst angeordnet ist und über einen Steckeranschluß (10) mit einem Anzeigegerät (11) und einem Ladegerät (12) verbindbar ist.
9. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es unmittelbar an einem Pol (6) des Antriebsakkumulators (1) angeordnet ist.