DE3634880A1 - Entladezustandsanzeigegeraet und verfahren zum feststellen des entladezustandes einer elektrischen batterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Feststellen des Entladezustandes einer Batterie und ein Verfahren zum Feststellen eines solchen Entladezustandes gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 2.

Eine solche Einrichtung bzw. ein solches Verfahren ist bereits bekannt (DE-PS 26 30 033) und geht aus von der Erkenntnis, daß die Klemmenspannung der Batterie während des Leerlaufzustandes eine eindeutige Aussage für den Ladezustand einer Batterie ist.

Bei einem anderen bekannten Verfahren und einer zugehörigen Einrichtung wird der gegenteilige Weg beschritten und zwar werden während der Zeitspannen, in denen die Klemmenspannung unter einen Grenzwert absinkt, weil der Batterie ein Strom entnommen wird, Impulse ausgesendet und integriert, wobei dieses Aussenden der Impulse gegebenenfalls in Stufen abhängig ist vom Maß des Absinkens der Klemmenspannung. Dabei wird von der Überlegung ausgegangen, daß das Integral über diese Impulse eine annähernd zutreffende Aussage gibt für die der Batterie entnommene Energie (DE-PS 25 58 526). Dabei wird von der Annahme ausgegangen, daß eine neu an­ geschlossene Batterie voll geladen ist. Ist diese Voraus­ setzung nicht erfüllt, ist das Anzeigeergebnis unbrauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 2, bei dem durch Messen der Klemmenspannung im Leerlaufzustand eine eindeuti­ ge Aussage für den Entladezustand der Batterie gewonnen wird, ohne dabei Einrichtungen zu einem Integrieren während des Fließens eines Entnahmestromes zu verwenden, derart weiterzuentwickeln, daß mit einer einfachen elektronischen Schaltung der jeweilige tatsächliche Entladezustand erfasst und ein aussagefähiger Anzeigewert ermittelt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Einrichtung und durch das im Kennzeichen des Anspruchs 2 angegebene Verfahren gelöst.

Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung werden aber auch noch weitere Vorteile erzielt. Insbesondere wird ein einfaches Gerät mit großer Sicherheit gegen Störungen geschaffen.

Zweckmäßige Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zweckmäßigerweise wird das Gerät derart ausgestaltet, daß erst eine kurze Zeit, etwa 1 Sekunde, nach sprunghaftem Ansteigen der Klemmenspannung die Einrichtung zum Auslösen eines von der Batteriespannung abhängigen Signales gestartet wird, der Anpaßvorgang aber auf einen bestimmten, ebenfalls kurzen, aber längeren Zeitraum von etwa 10 Sekunden be­ grenzt wird, weil nach Ablauf einer solchen längeren Zeit­ spanne in der Batterie Vorgänge ablaufen, die zu einer Veränderung der Klemmenspannung führen, die keine Aussage mehr über den Entladezustand gibt, so daß es zweckmäßig ist, während des Ablaufens dieser Vorgänge die Batterie von der Anzeigegerätspannungseinstelleinrichtung zu trennen. Andererseits wird dann, wenn eine neue Batterie angeschlossen wird und die Anzeigegerätspannung mittels eines Zählers eingestellt wird, für das Einstellen einer zur Batteriespannung proportionalen Anzeigegerätspannung ein noch längerer Zeitraum benötigt. Deshalb ist für diesen Zweck eine dritte, längere Zeitspanne von beispielsweise 75 Sekunden vorgesehen, so daß nach Anschließen der Batterie sich auf jeden Fall ein dem tatsächlichen Ladezustand der Batterie entsprechender Anzeigewert einstellt. Diese Zeit steht auch tatsächlich zur Verfügung, da nie unmittelbar nach Anschließen der Klemmen mit dem Betrieb des Ver­ brauchers elektrischen Stromes begonnen wird, sondern aus praktischen Gründen immer eine gewisse Zeitspanne zur Ver­ fügung steht. Da die Anzeigegerätspannung immer abhängig ist von der Leerlaufklemmenspannung der Batterie und damit vom tatsächlichen Entladezustand, der immer zumindest an­ nähernd linear proportional zur Klemmenspannung ist, ent­ spricht der Anzeigewert immer dem tatsächlichen Entlade­ zustand der Batterie, auch wenn eine neu angeschlossene Batterie nicht voll geladen war, sondern bereits teilweise entladen war. Andererseits ermöglicht das System gemäß der Erfindung auch, die Auswirkungen einer Nutzbremsung zu berücksichtigen. Denn infolge einer Nutzbremsung wird tatsächlich der Ladezustand einer Batterie verändert und dieser veränderte Ladungszustand in der nächsten Leerlauf­ phase erfasst.

Es ist zweckmäßig, die Stromversorgung des Gerätes an sich mit einer konstanten Spannung zu betreiben, die durch einen Spannungskonstanthaltungsregler erzeugt wird und die niedriger ist als die niedrigste im Betrieb auftretende Batterieklemmenspannung, damit in jedem Betriebszustand der Batterie diese konstante Betriebsspannung mittels eines Spannungsreglers zur Verfügung gestellt werden kann. In entsprechendem Maße muß dann die jeweils anliegende tat­ sächliche Klemmenspannung auf einen im jeweiligen Zeitpunkt der tatsächlichen Klemmenspannung entsprecnenden Wert durch einen Spannungsteiler heruntergeteilt werden.

Zum Erzeugen der Anzeigegerätspannung ist es besonders zweckmäßig, einen Digital/Analogwandler vorzusehen, wobei zweckmäßigerweise dieser aus einem oder vorzugsweise zwei oder mehr in Kaskade geschalteten Zählern und einem dem Zähler bzw. den Zählern nachgeschalteten R/2R-Netzwerk zur Erzeugung einer analogen Spannung besteht. Zweckmäßiger­ weise ist der Digital/Analogwandler sperrbar, um während der Zeitspannen, während deren der Batterie Strom entnommen wird, den Anzeigewert konstant zu halten. Zweckmäßigerweise sind Zeittaktgeber den Zählern des Digital/Analogwandlers vorgeschaltet einerseits, um diesen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu starten, und andererseits, um die Zählzeit zu begrenzen. Die Zähler sind zweckmäßigerweise derart gestaltet, daß sie sowohl aufwärts als auch abwärts zählen können.

Das Abschalten des Verbrauchers wird zweckmäßigerweise durch sprunghaftes Ansteigen der Klemmenspannung festgestellt und dieses wiederum, indem die Veränderung der Klemmen­ spannung dadurch festgestellt wird, daß die aktuelle Klemmen­ spannung mit der Spannung hinter einem RC-Glied verglichen wird, wobei dieses Vergleichen zweckmäßigerweise in einem Vergleichsverstärker erfolgt, dessen Ausgangssignal dann dem Digital/Analogwandler zum Zwecke des Auslösens, das heißt bei Zählern zum Zwecke des Startens des Zählers, zu­ geleitet wird, wobei zweckmäßigerweise Zeittaktgeber zwischen­ geschaltet sind. Das Anschließen eines Verbrauchers wird durch Absinken der Klemmenspannung der Batterie festgestellt und dieses wiederum durch einen Vergleich der tatsächlichen aktuellen Klemmenspannung mit der Spannung hinter dem genannten RC-Glied, wobei dieser Vergleich wiederum in dem gleichen Vergleichsverstärker erfolgt und dessen Aus­ gangssignal dazu dient, den Digital/Analogwandler zu sperren, damit während des Entnehmens eines Stromes aus der Batterie der Anzeigegerätspannungswert konstant gehalten wird.

Bei einer Einrichtung, bei der der Verbraucher in einem Nutzbremsungszustand betrieben werden kann, ist ferner zweckmäßig, wenn während der Nutzbremsung ein auftretendes Spannungssignal benutzt wird, um den Digital/Analogwandler zu sperren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel in Form eines Schaltschemas dargestellt.

Die Batterie 1, deren Entladungszustand überwacht werden soll, weist zwei Klemmen 2 und 3 auf, wobei an die Klemme 2 eine Leitung 4 angeschlossen ist und an die Klemme 3 eine Leitung 5 angeschlossen ist.

In der Leitung 4 ist eine Diode 6 angeordnet. Eine Diode 7 dient als Falschpoldiode. Vor der Diode 6 zweigt von der Leitung 4 eine Leitung 8 ab, in der ein Widerstand 9 angeordnet ist. An die Leitung 5 ist eine Zweigleitung 10 angeschlossen, in der ein Widerstand 11 angeordnet ist. Die Widerstände 9 und 11 dienen als Spannungsteiler, durch den die jeweils tatsächlich an den Klemmen 2 und 3 anliegende Batteriespannung auf etwa 5 Volt in der Leitung 12 heruntergeteilt wird.

Das Entladeanzeigegerät an sich arbeitet mit einer geregel­ ten konstanten Spannung von 10 Volt, die von dem Spannungs­ regler 13 aus der Batteriespannung erzeugt wird.

Über den Widerstand 14 und den Kondensator 15 wird die in der Leitung 12 anstehende Spannung geglättet. Diese Spannung wird durch die Leitung 16 über den Widerstand 17 dem negativen Eingang des Verstärkers 18 zugeführt.

Als Referenzspannung wird über die festen Widerstände 19 und 20 am einstellbaren Widerstand 21 eine Spannung abgegriffen, die dem zweiten Eingang des Verstärkers 18 zugeführt wird. Der Verstärker 18 ist als gegengekoppelter Verstärker mit der Verstärkung 1 geschaltet und dient mit der am Widerstand 21 abgegriffenen Referenzspannung als Pegelumsetzer der Batteriespannung, so daß die Ausgangs­ spannung des Verstärkers 18 der Spannungsänderung in der Leitung 12 invertiert auf einem eingestellten Spannungs­ potential verzögert nachfolgt.

Mit Hilfe des Verstärkers 18 kann der Schaltpunkt des nach­ geschalteten Schaltverstärkers 23 bestimmt werden. Dieser ist über den Widerstand 24 als mitgekoppelter Verstärker geschaltet und kann an seinem Ausgang nur L-Potential oder H-Potential annehmen. Über einen zweiten Widerstand 25 wird der Schaltverstärker 23 mit dem Anzeigeverstärker 26 gegengekoppelt. Dieser Anzeigeverstärker 26 steuert mit einer von den Widerständen 27 und 28 bestimmten Verstärkung von Plus nach Minus. Der Arbeitspunkt des Anzeigever­ stärkers 26 wird über die Widerstände 30, 31, 32 einge­ stellt.

Als Meßwertspeicher ist ein Digital/Analogwandler vorgesehen, der aus dem Auf/Abwärtszähler 135 und einem R/2R-Netzwerk 37 besteht, wobei im Ausführungsbeispiel der Zähler 135 aus zwei in Kaskade geschalteten 4-Bit-Auf/Abwärtszählern 35 und 36 besteht, wobei der Ausgang des Zählers 135 über die Leitung 38 und die Widerstände 27 und 28 an eine Leitung 39 angeschlossen ist, die zu der einen Klemme 40 des Anzeige­ gerätes 41 führt, dessen zweite Klemme 42 an die Leitung 44 angeschlossen ist, die eine Fortsetzung zu der Leitung 4 hinter der Diode 6, dem Widerstand 43 und dem Transistor 45 darstellt. Zum Verhindern von Überlauf oder Unterlauf der Zähler 35, 36 ist eine Gatterschaltung vorgesehen.

An zwei einander entsprechenden Eingängen 211 der beiden Zähler 35 und 36 ist eine Leitung 50 angeschlossen, die über einen Widerstand 52 an die Leitung 55 und über die Diode 53 an die Leitung 56 und über die Diode 54 an die Leitung 57 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise ist folgende:
Das Entladeanzeigegerät unterscheidet zwei Schaltzustände und zwar einmal nach sprunghaftem Abfallen der Batterie­ klemmenspannung, wobei vorausgesetzt wird, daß ab Beginn eines solchen sprunghaften Abfallens der Batterieklemmen­ spannung ein Entladestrom der Batterie entnommen wird, und als zweiten Schaltzustand den Zustand nach sprunghaftem Ansteigen der Batterieklemmenspannung, wobei unterstellt wird, daß nach einem solchen sprunghaften Ansteigen kein Strom oder zumindest kein nennenswerter Strom der Batterie entnommen wird, das heißt, der als Leerlauf bezeichnete Zustand gegeben ist. Während dieses Leerlaufzustandes, während dessen kein nennenswerter Strom der Batterie ent­ nommen wird, wird die Batterieklemmenspannung in der elek­ tronischen Schaltung in einen Anzeigewert umgeformt und auf dem Instrument 41 angezeigt. Während der Belastungs­ phase, das heißt in dem Schaltzustand nach sprunghaftem Absenken der Batterieklemmenspannung, wird der Anzeigewert konstant gehalten und somit gespeichert.

In der nachfolgenden Leerlaufphase wird die im Leerlauf festgestellte Batteriespannung wieder in einen Anzeigewert umgeformt und der vorher gespeicherte Wert korrigiert.

Das Entladeanzeigegerät ist vorgesehen für Batterien in elektrischen Anlagen, in denen in genügend kurzer Zeitfolge Belastungsphasen mit Phasen wechseln, in denen der Batterie kein Strom oder zumindest kein nennenswerter Strom entnommen wird, wie solche Betriebsweise beispielsweise bei Flur­ fördergeräten infrage kommt, bei denen in kurzen Zeitab­ ständen Betriebszustände, in denen zum Antrieb des Fahr­ motors oder des Motors für die Hubhydraulik Strom entnommen wird, aufeinander folgen während in anderen, darauf folgen­ den Zeitabschnitten das Fahrzeug steht und kein Strom ent­ nommen wird, beispielsweise weil die Last abgesenkt wird oder das Fahrzeug mechanisch gebremst wird. Bei Übergang von der Belastungsphase in die Leerlaufphase steigt die Klemmenspannung und damit die Spannung in der Leitung 12 hinter dem Widerstand 11 mit der Folge, daß die Spannung am negativen Eingang des Verstärkers 60 zeitverzögert der Spannung am positiven Eingang dieses Verstärkers 60 folgt mit der Folge, daß der Ausgang dieses Verstärkers 60 positiv wird.

Der Zeittaktgeber 61 ist ebenfalls zwischen die Leitungen 44 und 5 geschaltet. Der Wechsel von negativem nach positivem Potential am Ausgang des Verstärkers 60 wird über den Kondensator 62 auf einen Eingang des Zeittaktgebers 61 geleitet, der andererseits über den Widerstand 63 an die Leitung 44 angeschlossen ist. Nach Geben eines solchen Impulses wird der Ausgang 64 für eine Sekunde negativ, so daß ein negatives Signal in der Leitung 65 ansteht. Erfolgt innerhalb dieser einen Sekunde eine weitere Belastung der Batterie, bleibt das negative Signal erhalten und der Digital/Analogwandler 35, 36, 37 gesperrt. Ist jedoch der Ausgang des Verstärkers 60 länger als eine Se­ kunde positiv, wird mit der positiven Flanke des Signales in der Leitung 65 der Zeitgeber 66 gestartet. Am Ausgang dieses Zeitgebers 66 steht jetzt für etwa zehn Sekunden ein L-Signal an. Dieses Signal steht als Meßzeit der Steuerlogik zur Verfügung.

Bei impulsweiser Belastung der Batterie mit Frequenzen, die größer sind als 1 Hz, wird die Diode 53 vom Zeitgeber 61 negativ angesteuert und damit der Digital/Analogwandler 35, 36 über die Eingänge 51 gesperrt.

Wie bereits dargelegt, wird die Batteriespannung der Batterie 1 über die Widerstände 9 und 11 auf annähernd 5 Volt heruntergeteilt. Die Falschpoldiode 7 dient zur Absicherung für den Fall, daß die Batterie falsch ange­ schlossen ist, das heißt die Klemme 3 an die Leitung 4 und die Klemme 2 an die Leitung 5. Über den Widerstand 14 und den Kondensator 15 wird die Spannung geglättet und über den Widerstand 17 dem negativen Eingang des Verstär­ kers 18 zugeführt. Der Verstärker 18 dient als Pegelum­ setzer der Batteriespannung. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers 18 folgt der Spannungsänderung am Widerstand 11 invertiert auf einem eingestellten Spannungspotential ver­ zögert nach. Mit dem Verstärker 18 wird der Schaltpunkt des nachgeschalteten Verstärkers 23 bestimmt. Dieser Verstärker 23 ist über den Widerstand 24 als mitgekoppelter Verstärker geschaltet.

Mit der im Folgenden beschriebenen Steuerlogik, der der Zeitgeber 71 zugeordnet ist, wird der Digital/Analog­ wandler 35, 36, 37 gesteuert und überwacht.

Dem Zähler 35 ist ein Kapazitätsbegrenzer 70 zugeordnet.

Wenn am Ausgang des Verstärkers 23 ein H-Signal ansteht, bedeutet das, daß der Inhalt des Digital/Analogwandlers 35, 36, 37 erhöht werden soll, sofern folgende Bedingungen erfüllt sind:

• 1. Der Zähler 35 darf nicht seine Kapazitätsgrenze erreicht haben. Das wird gemessen durch den Kapazitätsbe­ grenzer 70.
• 2. Das Signal aus dem Zeittaktgeber 66 (ein 10-Sekunden- Signal) muß vorhanden sein und es darf keine Spannungs­ erhöhung dadurch erfolgen, daß Nutzbremsung erfolgt (die Funktion der Nutzbremsschaltung wird später be­ schrieben)
• oder das Signal des Zeitgebers 71 ist vorhanden.

Sind diese Bedingungen erfüllt, so liegen die Vorbereitungs­ eingänge des Nandgatters 73 auf H-Potential und der Ausgang 201 von 73 folgt dem positiven Takt am Eingang 204 dieses Nand­ gatters 73. Der Digital/Analogwandler 35, 36, 37 kann jetzt den Wert seines Inhaltes verändern, wenn die Zähler 35 und 36 des Digital/Analogwandlers 35, 36, 37 nicht durch den Verstärker 60 oder durch 61, 66 gesperrt sind. Ändert sich eine dieser Bedingungen oder der Schaltverstärker 23 schaltet auf L-Signal um, wird das weitere Aufwärtszählen gesperrt.

Steht am Ausgang des Schaltverstärkers 23 ein L-Signal an, soll der Inhalt des Digital/Analogwandlers 35, 36, 37 verringert werden. Ein Herunterzählen ist nur möglich, wenn zusätzlich der Zähler 35 nicht seinen niedrigst mög­ lichen Stand angenommen hat. Das wird festgestellt von dem Kontrollglied 75. Sind die Vorbedingungen erfüllt, stehen an den Eingängen des Norgatters 76 L-Potentiale an. Der Ausgang 213 des Gatters 76 kann sich mit der Takt­ frequenz am Eingang ändern. Das Herunterzählen der Zähler 35 und 36 und damit eine Korrektur des Anzeigewertes auf die jetzt tatsächlich anliegende Batteriespannung ist somit nur während jeweils einer Leerlaufphase möglich.

Die Zähler 35 und 36 ergeben durch ihre Schaltung ein 8-Bit- Zählwerk und liegen mit ihren Ausgängen am R/2R-Netzwerk 37 an. Der Zähler 36 hat am Ausgang 203 das niederwertigste Bit (LSB). Der Zähler 35 hat am Ausgang 207 das hochwertigste Bit (MSB) anstehen. Die Takteingänge des MSB-Zählers werden vom LSB-Zähler gesteuert.

Mit dem 8-Bit-Zählwerk kann von Null bis 255 gezählt werden. Wird der Zählerstand 240 erreicht, sind alle Ausgänge des MSB-Zählers auf H-Potential. Das Nandgatter 70 sperrt dann über die Steuerlogik den Hochzähleingang des Zählers 36.

Wird beim Abwärtszählen der Zählerstand 15 erreicht, sind alle Ausgänge des MSB-Zählers auf L-Potential, das als Kontrollglied geschaltete Norgatter 75 verhindert dann über die Steuerlogik ein weiteres Abwärtszählen.

Jede der 256 möglichen Kombinationen der einzelnen Bits wird von dem R/2R-Netzwerk 37 in eine am Ausgang desselben anstehende analoge Spannung umgewandelt, die über die Leitungen 38, 39 dem Anzeigegerät 41 zugeführt wird.

Während der Belastungsphase der Batterie, also während dieser Strom entnommen wird, das heißt nach sprunghaftem Absinken der Klemmenspannung, werden die Zähler 35, 36 gesperrt. Es kann dann weder aufwärts noch abwärts gezählt werden. Die Sperrung erfolgt in der beschriebenen Weise an den Eingängen 211 beider Zähler über den Widerstand 52 und die Dioden 53 und 54.

In der Leerlaufphase, das heißt, während der Batterie kein Strom oder zumindest kein nennenswerter Strom entnommen wird, also nach sprunghaftem Ansteigen der Klemmenspannung der Batterie, steht an den Eingängen 211 der Zähler 35 und 36 ein H-Signal und der Zähler kann aufwärts und ab­ wärts zählen.

Der Digital/Analogwandler 35, 36, 37 zählt mit unterschied­ lichen Frequenzen aufwärts bzw. abwärts. Die Aufwärts­ zählung erfolgt im Ausführungsbeispiel mit einer Takt­ frequenz von 3 Hz. Diese wird von dem Zeittaktgeber 80 vorgegeben. Sie ist über die Widerstände 81, 82 und den Kondensator 83 fest eingestellt.

Die Abwärtszählung erfolgt im Ausführungsbeispiel mit einer Taktfrequenz von ca. 0,04 Hz. Diese wird vom Zeittakt­ geber 84 vorgegeben. Sie ist über die Widerstände 85, 86 und den Kondensator 87 fest eingestellt.

Für die Aufwärtszählung steht dem Digital/Analogwandler 35, 36, 37 unabhängig von der Dauer der Leerlaufphase eine maximale Zeit von ca. 10 Sekunden zur Verfügung. Diese Zeitspanne wird durch den Zähler 66 begrenzt. Diese Be­ grenzung erfolgt, weil nach dieser Zeitspanne in der Batterie Vorgänge ablaufen, deren Berücksichtigung zu einem nicht aussagefähigen Ergebnis an der Anzeige des Anzeigegeräts 41 führen würde.

Wenn der Batterie ein nennenswerter Strom entnommen wird, sinkt über den Widerstand 11 die Spannung in der Leitung 12 ab. Der positive Eingang des Verstärkers 60 folgt der Spannung am Widerstand 11 unverzögert. Der negative Eingang des Verstärkers 60 wird durch den Widerstand 88 und den Kondensator 110 verzögert. Der Ausgang des Verstärkers 60 wird dann negativ.

Nach jedem sprunghaften Anstieg der Batteriespannung und einer Dauer der Leerlaufphase von mehr als 1 Sekunde wird der Inhalt des Digital/Analogwandlers 35, 36, 37 konstant um 1 Bit heruntergezählt. Über den Kondensator 90 bekommt der Eingang 204 des Zeittaktgebers 84 einen negativen Impuls, der ihn zurücksetzt und neu startet.

Wenn eine neue Batterie angeschlossen wird bzw. der Ent­ ladeanzeiger an die Batterie angeschlossen wird, werden die Zähler 35 und 36 des Digital/Analogwandlers 135, 37 durch einen Impuls des Kondensators 91 auf Null gesetzt.

Der Entladeanzeiger muß bei Anschließen der Batterie von der Anzeige "Leer = Null" auf den tatsächlichen Ladezustand der Batterie hochzählen. Dafür wird bei vollgeladener Batterie eine Zeit von mindestens 75 Sekunden benötigt, das heißt, die Korrekturzeit muß bei der ersten Inbetrieb­ nahme über die im Normalbetrieb durch den Zeittaktgeber 66 vorbestimmte Zeitspanne von 10 Sekunden hinaus reichen.

Beim Einstecken des Batteriesteckers des Entladeanzeige­ gerätes liegt Spannung an dem Spannungsregler 13 an. Über Widerstand 93 und Kondensator 94 wird am Takteingang 2 des Zeittaktgebers 71 ein Impuls erzeugt, der den Zeittakt­ geber 71 startet. Der Ausgang 3 des Zeittaktgebers 71 steht für ca. 3 Minuten auf H-Potential. Der Verstärker 95 inver­ tiert das Signal und führt es der beschriebenen Steuerlogik zu.

Bevor der Entladezustandsanzeiger an die Batterie ange­ schlossen wird, sind die Zähler 35 und 36 des Digital/Ana­ logwandlers 35, 36, 37 infolge des vorherigen spannungs­ losen Zustandes zunächst leer. Nach Anschließen an die Klemmen der Batterie stellt sich am Ausgang des Ver­ stärkers 18 eine Spannung ein, welche negativer ist als die des Anzeigeverstärkers 26, der von dem Digital/Analog­ wandler 35, 36, 37 angesteuert wird. Der Schaltver­ stärker 23 gibt nunmehr solange ein H-Signal, bis sich am Ausgang des Anzeigeverstärkers 26 eine hinreichend starke negative Spannung eingestellt hat, um den Verstärker über den Gegenkopplungswiderstand 25 von bisher H-Signal nach L-Signal umzusteuern. Somit besteht ein geschlossener Regelkreis mit der Batteriespannung als Sollgröße und der Anzeigespannung des Meßgerätes 41 als Istgröße.

Wird die Batteriespannung jetzt konstant gehalten, liegt am Ausgang des Verstärkers 23 ein L-Signal und über die Steuerlogik wird der Digital/Analogwandler 35, 36, 37 her­ untergezählt. Die Spannung am Ausgang 8 des Verstärkers 26 wird wieder positiver. Nach einem Herunterzählen des Digital/- Analogwandlers 35, 36, 37 um ca. 3 Bit springt der Schalt­ verstärker 23 wieder von L-Signal um nach H-Signal. Der Digital/Analogwandler 35, 36, 37 kann nunmehr wieder um ca. 3 Bit nach oben zählen.

Die Schalthysterese des Schaltverstäerks und damit die der Anzeigespannung beträgt somit ca. 3 Bit.

Im Zuge der Entladung der Batterie wird die Spannung am Verstärker 26 über den Digital/Analogwandler 35, 36, 37 der Ausgangsspannung des Verstäerks solange nachgeregelt, bis der Zählerstand den Wert 15 erreicht hat. Dieser Zähler­ stand entspricht dem Wert, ab dem die Batterie als entladen gilt.

Das Anzeigeinstrument 41 ist zwischen den Pluspol der ge­ regelten Versorungsspannung und Widerständen 101 und 28 geschaltet.

Die Anzeige "Voll" des Anzeigeinstrumentes 41 entspricht einer Spannung von minus 4 Volt gegen Plus der geregelten Versorgungsspannung gemessen. Die Anzeige "Leer" dieses Instrumentes entspricht einer Spannung von minus 1,1 Volt gegen Plus der geregelten Versorungsspannung gemessen.

In dem Gehäuse 41 des Anzeigeinstrumentes ist außer dem die Spannung anzeigenden Drehspulinstrument eine Leucht­ diode angeordnet.

Wird ein Zählerstand erreicht, bei dem der MSB-Zähler an allen Ausgängen ein L-Potential führt, welches einer Batterie­ entladung an der Grenze der Tiefentladung entspricht, springt der Ausgang des Norgatters 75 von L nach H. Über das Nand­ gatter 102 wird mit der Taktfrequenz die Leuchtdiode im Anzeigeinstrument 41 angesteuert, die sodann ein Blink­ signal abgibt.

Ist der von der Batterie beaufschlagte elektromotorische Antrieb derart ausgestaltet, daß Nutzbremsung möglich ist, so ist zu beachten, daß während der Nutzbremsung an die Klemmen 2, 3 der Batterie eine höhere Spannung angelegt ist, die keine Aussage über den Entladezustand der Batterie zuläßt. Die Auswertung dieser Spannung in dem Entladezustands­ anzeigegerät würde zu einer falschen Anzeige am Anzeigege­ rät 41 führen.

Um das zu vermeiden, wird die Aufwärtszählung in den Zählern 35 und 36 während der Nutzbremsung unterbrochen. Zu diesem Zweck wird die Tatsache ausgenutzt, daß in der Schaltung des elektromotorischen Antriebs im Zustand der Nutzbremsung ein bestimmtes Spannungssignal entsteht. Dieses wird benutzt und über die Diode 105 ein negatives Potential geleitet mit der Folge, daß der Transistor 107 sperrt und über das Gatter 108 die Zähler 35, 36 sperrt.

Das Anzeigegerät 41 ist in einem gesonderten Gehäuse ange­ ordnet, während die elektronische Schaltung auf der Leiter­ platte 100 angeordnet ist.

Mit Bezugszahlen größer als 200 sind in der Zeichnung die Eingänge und Ausgänge der verschiedenen elektronischen Bauteile bezeichnet. An den einzelnen dieser Bauteile wer­ den in üblicher Weise die Eingänge und Ausgänge mit 1 be­ ginnend fortlaufend gezählt. Da die Bezugszahlen 1, 2 bis 11 bereits für andere Bauteile wie Batterie, Batterieklemmen, Widerstände vergeben sind, werden jetzt hier für die Ein­ und Ausgänge Bezugszahlen größer als 200 verwendet, das heißt, die Zahl 201 entspricht dem Eingang 1. Daß dabei einzelne Bezugszahlen wie 201, 204 wiederholt vorkommen, ist dabei kein Nachteil, da jeder Eingang eindeutig einer elektronischen Baugruppe, beispielsweise einem Zähler 35 oder 36 zugeordnet ist.

Claims (32)

1. Einrichtung zum Feststellen des Entladezustandes einer elektrischen Batterie, an die mindestens ein Verbraucher von elektrischem Gleichstrom, vorzugsweise ein Elektro­ motor, anschließbar und im Betriebszustand jeweils be­ grenzte Zeitspannen angeschlossen ist, mit einer bei Nichtvorhandensein von Stromentnahme aus der Batterie ein Signal auslösenden Fühleinrichtung, die mit einem bei Nichtvorhandensein eines Stromentnahmesignales die Batterie mit einem Spannungsmeßgerät verbindenden Schalt­ organ verbunden ist, wobei das Spannungsmeßgerät mit einer Anzeigeeinrichtung und/oder einer Auslöseein­ richtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung einen an eine Klemme der Batterie angeschlossenen Widerstand (88) aufweist und eine die hinter dem Widerstand (88) verzögert sich ändernde Spannung mit einer zur Klemmenspannung der Batterie proportionalen Spannung vergleichende Vergleichsein­ richtung (60) aufweist, wobei die Entladungszustand­ feststelleinrichtung eine die Anzeigegerätspannung während der Zeitspannen, während derer ein Stromentnahmesignal vorhanden ist, konstant haltende Einrichtung aufweist, sowie eine während der Zeitspannen, in denen ein Strom­ entnahmesignal nicht vorhanden ist, die Anzeigegerät­ spannung proportional zur Klemmenspannung der Batterie einstellende Einrichtung aufweist.

2. Verfahren zum Feststellen des Entladezustandes einer elektrischen Batterie, an die mindestens ein Verbraucher von elektrischem Gleichstrom, vorzugsweise ein Elektro­ motor, anschließbar und im Betrieb jeweils begrenzte Zeitspannen angeschlossen ist, wobei durch eine Fühlein­ richtung bei Nichtvorhandensein von Stromentnahme aus der Batterie ein Signal ausgelöst wird, welches ein Schaltorgan beeinflußt, welches bei Nichtvorhandensein eines Stromentnahmesignales die Batterie mit einem Spannungsmeßgerät verbindet, das eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine Auslöseeinrichtung beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (11, 88, 60 ) ein steiles Ansteigen oder Absinken der Batterie­ spannung feststellt und ein vom Ansteigen oder Absinken der Batteriespannung abhängiges Signal abgibt, wobei durch dieses Signal nach Ansteigen der Batteriespannung ein Batteriespannungssignal zu der Anzeigegerätspannungs­ einstellungseinrichtung (35, 36, 37) geleitet wird und deren Ausgangssignal auf ein Anzeigegerät (41) geleitet wird und bei Absinken der Batteriespannung ein Signal ausgelöst wird, welches ein Konstanthalten des Ausgangssignales der Anzeigegerätspannungsein­ stellungseinrichtung (35, 36, 37) bewirkt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Zeitspannen des Nichtvorhanden­ seins eines Stromentnahmesignales die Anzeigegerät­ spannung proportional zur Klemmenspannung der Batterie einstellende Einrichtung einen aufwärts und abwärts zählenden Zähler (135) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Zeitspannen des Vorhandenseins eines Stromentnahmesignales die Anzeigegerätspannung konstant haltende Einrichtung eine Sperrschaltung für den Zähler (135) ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die während der Zeitspannen des Nicht­ vorhandenseins eines Stromentnahmesignales die Anzeige­ gerätspannung proportional zur Klemmenspannung ein­ stellende Einrichtung mindestens einen Zähler (135) und ein nachgeschaltetes R/2R-Netzwerk (37) enthaltender Digital/Analogwandler (135, 37) ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital/Analogwandler (135, 37) zwei in Kaskade geschaltete Zähler (35 und 36) und ein beiden nachgeschaltetes R/2R-Netzwerk (37) aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Entladeanzeigeeinrichtung ein Konstant­ spannungsregler (13) zur Energieversorgung des Entladezu­ standsanzeigegerätes und ein Batteriespannungspegel­ umsetzer (18) zum Erzeugen eines der Batteriespannung proportionalen Signales vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriespannungspegelumsetzer einen aus den Widerständen (19, 20 und 21) gebildeten Spannungsteiler und einen gegengekoppelten Verstärker (18) mit der Verstärkung "1" aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Batteriespannungspegelumsetzer (18) ein weiterer Verstärker (23) nachgeschaltet ist und daß dessen Schalt­ punkt mittels des Batteriespannungspegelumsetzers schaltbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Digital/Analogwandler (135, 37) ein Zeitgeber (61) vorgeschaltet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (61) von dem Signal des Vergleichs­ verstärkers (60) beaufschlagt ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 11 für eine Batterie für ein elektrisches System mit einer Nutzbremsschaltung, in der bei Nutzbremsung an einer Diode ein Signal ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß das bei Nutzbremsung ausgelöste Signal über Dioden dem Gatter (108) zugeleitet ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Zeitgeber (66) für ein zweites Zeitsignal vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, gekenn­ zeichnet durch eine den im spannungslosen Zustand des Entladezustandsanzeigegerätes auf Null gestellten Zähler (135) bis auf einen zur Batteriespannung ent­ sprechenden Wert hochzählende Schaltung, der ein drittes, längeres Zeitsignal zugeordnet ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan Teil des mit einer bei Anliegen eines bestimmten Signales Sperrung eines Einganges (211) bewirkenden Schaltung versehenen Digital/Analogwandlers (35, 36, 37) ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltverstärker (23) über den Widerstand (24) als mitgekoppelter Verstärker geschaltet ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltverstärker (23) über einen weiteren Widerstand (25) mit dem Anzeigeverstärker (26) gegen­ gekoppelt ist, dessen Arbeitspunkt über Widerstände (30, 31, 32) einstellbar ist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (35) bzw. die Zähler (35, 36) mit einer Überlauf oder Unterlauf verhindernden Gatterschaltung verbunden ist bzw. sind.

19. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Verstärkers (60) über einen Kondensator (62) mit einem Eingang des Zeittaktgebers (61) verbunden ist.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler (35) ein Kapazitäts­ grenzefeststeller (70) zugeordnet ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Digital/Analogwandler eine Steuerlogik vorgeschaltet ist.

22. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung einen Widerstand (11) aufweist und abhängig von dem Spannungsgefälle an dem Wider­ stand (11) ein Signal für Ansteigen oder Absinken der Batteriespannung ausgelöst wird.

23. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung einen Widerstand (11) aufweist und die hinter dem Widerstand (88) verzögert verlaufende Änderung der Spannung in einer Vergleichseinrichtung (60) mit der Batteriespannung oder einem zur Batteriespannung proportionalen Spannungswert vergleicht und aus dem Vergleichswert das von Ansteigen oder Absinken der Batteriespannung abhängige Signal ableitet.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung die Widerstände (88, 89) und den Kondensator (110) und einen Vergleichsver­ stärker (60) aufweist, dem am zweiten Eingang die Batteriespannung oder ein zur Batteriespannung propor­ tionaler Wert zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers (60) einem Digital/Analogwandler (135, 37) und einer Steuereinrichtung für diesen zugeführt wird, wobei bei durch Absinken der Batteriespannung ausgelöstem Stromentnahmesignal der Anzeigegerätspannungs­ wert in dem Digital/Analogwandler (135, 37) konstant gespeichert wird und bei durch Ansteigen der Batterie­ spannung ausgelöstem Signal (nicht Vorhandensein des Stromentnahmesignales) ein Erhöhen des Ausgangswertes des Digital/Analogwandlers (135, 37) bis auf einen zur Batteriespannung proportionalen Wert bewirkt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23,vorzugsweise nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ zeigegerätspannungseinstelleinrichtung als Meßwert­ speicher betreibbar ist.

26. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitgeber (61) vorgesehen ist, der eine bestimmte kurze Zeit nach Ansteigen der Batteriespannung (nach Beendigung des Stromentnahmesignales) das Zähler­ werk (35, 36) außer Funktion hält.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Zeitgeber (66) vorgesehen ist, der die Zeitspanne während der durch den Digital/Analog­ wandler (135, 37) die Anzeigegerätspannung der Leer­ laufbatteriespannung angepasst wird, auf einen bestimmten Wert begrenzt.

28. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer weiteren Einrichtung bei Anschließen einer neuen Batterie das Verändern der Anzeigegerätspannung zum Anpassen der Anzeigegerätspannung an die Batteriespannung während eines längeren Zeitraumes ermöglicht ist.

29. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital/Analogwandler hochgezählt wird, sofern am Ausgang des diesem vorgeschalteten Verstärkers (23) ein H-Signal ansteht und der Zählerinhaltswert des Zählers (35) kleiner ist als der oberste Kapazitäts­ grenzwert desselben und der Zeitgeber (66) ein Frei­ gabesignal abgibt.

30. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital/Analogwandler herabgezählt wird, wenn am Ausgang des Schaltverstärkers (23) L-Signal ansteht und der Zähler (35) einen höheren Zählerinhaltswert als den niedrigst möglichen aufweist.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital/Analogwandler (35, 36, 37) während Vorhandenseins eines Stromentnahmesignales gesperrt ist.

32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß für Hochzählen und Herabzählen des Zählers (35) bzw. der Zähler (35 und 36) des Digital/Analog­ wandlers (35, 36, 37) unterschiedliche Frequenzen vor­ gesehen sind.