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DE3823038A1 - Verfahren zur ueberwachung einer batterie - Google Patents

Verfahren zur ueberwachung einer batterie

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Ladezustands einer Batterie, die in einer elektronischen Schaltung mehrere Verbraucher speist.
Elektronische Geräte weisen verschiedene Verbraucher, wie beispielsweise Relais, Summer und optische Anzeigen auf. Solche Geräte können batteriebetrieben sein oder eine Batterie als Pufferbatterie bei Netzausfall aufweisen. Um die Betriebsmöglichkeit des Geräts sicherzustellen, wird der Ladezustand der Batterie kontrolliert. Nach dem Stand der Technik geschieht dies beispielsweise dadurch, daß die Batteriespannung überwacht wird. Dieses Verfahren ist zwar genau, jedoch aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, durch das sich der Ladezustand der Batterie in einem elektronischen Gerät unter Berücksichtigung der tatsächlichen Einschaltdauer und der Leistung der Verbraucher des Geräts überwachen läßt.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Zähler bei vollgeladener Batterie auf einen Zählanfangsstand gesetzt wird, daß der Einschaltzustand der Verbraucher in einem Takt abgetastet wird, daß, solange ein Verbraucher eingeschaltet ist, der Zählerstand in dem Takt jeweils um einen von mehreren Zahlenwerten in Richtung auf einen Zählendstand geändert wird, wobei die Zahlenwerte im Verhältnis der Verbrauchsleistungen der Verbraucher vorgegeben werden, und daß bei Erreichen des Zählendstandes ein Signal erzeugt wird.
Dadurch ist erreicht, daß als Kriterium für den Ladezustand der Batterie nicht deren Spannung, sondern der tatsächliche Ladungsverbrauch herangezogen wird. Das Verfahren läßt sich in elektronischen Schaltungen, beispielsweise auch in einem Mikroprozessor, auf einfache Weise durchführen, da es einerseits rein digital arbeitet und andererseits keine Berechnungen durchzuführen sind, sondern lediglich ein Zählerstand geändert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Überwachung des Ladezustands einer Batterie.
Ein elektronisches Gerät weist eine Batterie (1) auf. An diese sind im Beispielsfalle drei Verbraucher (2, 3, 4) und eine elektronische Schaltung (5) des Geräts angeschlossen. Die elektronische Schaltung (5) weist eine Steuerschaltung (6) auf, welche über Schalter (7, 8, 9) die Verbraucher (2, 3, 4) ein- bzw. ausschaltet.
Die Leistungen der Verbraucher (2, 3, 4) sind unterschiedlich. Sie stehen beispielsweise im Verhältnis 1 : 2 : 3. Diesen Leistungsverhältnissen entsprechende Zahlenwerte sind in Speicherbausteinen (10, 11, 12) gespeichert.
Die Speicherbausteine (10, 11, 12) sind mit den Schaltern (7, 8 bzw. 9) verbunden und aktiviert, wenn der betreffende Schalter (7, 8, 9) geschlossen, d. h. der zugehörige Verbraucher (2, 3, 4) eingeschaltet ist. Die Speicherbausteine (10, 11, 12) sind an einen Vorteiler (13) angeschlossen, an dessen Eingang (14) ein ohnehin in der Steuerschaltung (6) vorgesehener Takt gelegt ist. Beispielsweise wird an den Eingang (14) ein Impuls pro Sekunde gelegt.
An einen Ausgang (15) des Vorteilers (13) ist über ein UND-Gatter (16) ein Zähler (17) angeschlossen. Am Ausgang (18) des Zählers (17) liegt ein Signalgeber (19). Außerdem ist der Ausgang (18) über einen Inverter (20) an das UND-Gatter (16) und direkt an ein weiteres UND-Gatter (21) gelegt. Am UND-Gatter (21) liegt ebenfalls der Ausgang (15) des Vorteilers (13). An das UND-Gatter (21) ist ein weiterer Zähler (22) angeschlossen. An dessen Ausgang (23) liegt ein der Batterie (1) nachgeschalteter Hauptschalter (24).
Die Zähler (17, 22) weisen Rückstelleingänge auf, an denen eine Rückstelleitung (25) liegt.
Mit der beschriebenen Schaltung läuft das Verfahren zur Überwachung des Ladezustands der Batterie etwa folgendermaßen ab:
Wenn die Batterie (1) vollgeladen ist, steht der Zähler (17) auf einem - hohen - Zählanfangsstand. Solange keiner der Verbraucher (2, 3, 4) eingeschaltet ist, bleibt der Zählanfangsstand erhalten. Über den Vorteiler (13) gelangt kein Impuls an die Zähler (17, 22).
Wird nun von der Steuerschaltung (6) über den Schalter (7) der Verbraucher (2) eingeschaltet, dann wird dadurch gleichzeitig der Speicherbaustein (10) aktiviert, so daß nun im am Eingang (14) anliegenden Takt eine dem Speicherbaustein (10) entsprechende Anzahl von Impulsen am Ausgang (15) auftritt. Beispielsweise tritt je Sekunde ein Impuls auf. Dadurch wird der Zählerstand des Zählers (17) entsprechend herabgesetzt. Ist beispielsweise der Verbraucher (2) für 20 s eingeschaltet, wird der Zählerstand um 20 herabgesetzt.
Wird von der Steuerschaltung (6) über den Schalter (8) der Verbraucher (3) eingeschaltet, dann wird gleichzeitig der Speicherbaustein (11) aktiviert. Im Takt treten am Ausgang (15) Impulse, und zwar im Beispielsfall doppelt so viel Impulse wie bei geschlossenem Schalter (7) auf. Ist der Verbraucher (3) für 20 s eingeschaltet, dann wird der Zählerstand des Zählers (17) dementsprechend um 40 herabgesetzt. Entsprechendes gilt beim Schließen des Schalters (9). Der Zählerstand des Zählers (17) wird somit entsprechend der Einschaltdauer und der Leistungen der Verbraucher (2, 3, 4) herabgesetzt. Sind gleichzeitig zwei oder mehr der Verbraucher (2, 3, 4) eingeschaltet, dann wird der Zählerstand entsprechend mehr reduziert.
Ist der Zählendstand, beispielsweise 0 erreicht, dann tritt am Ausgang (18) des Zählers (17) ein Signal auf, das den Signalgeber (19) aktiviert. Dies ist für den Benutzer ein Zeichen dafür, daß die Batterie (1) ausgetauscht werden muß, obwohl sie momentan noch eine hinreichende Ladung besitzt.
Durch das Signal am Ausgang (18) wird über den Inverter (20) das UND-Gatter (16) gesperrt, so daß weitere Impulse des Ausgangs (15) den Zähler (17) nicht mehr beeinflussen. Über das Signal des Ausgangs (18) wird gleichzeitig das UND-Gatter (21) aktiviert, so daß Impulse des Ausgangs (15) nun auf den Zähler (22) gelangen. Dieser ist auf einen Zählanfangsstand eingestellt, der der Differenz zwischen der Batterieladung, die nach dem Signal des Ausgangs (18) noch vorliet, und der Restladung entspricht, bei der der sichere Betrieb der Schaltung nicht mehr gewährleistet ist.
Nach der Aktivierung des Zählers (22) wird durch das Einschalten der Verbraucher (2, 3, 4) der Zählerstand des Zählers (22) wie oben beschrieben, herabgesetzt. Ist der Zählendstand, beispielsweise 0 erreicht, dann wird über den Ausgang (23) der Hauptschalter (24) geöffnet, so daß nunmehr das Gerät abgeschaltet ist, Fehlfunktionen also vermieden sind.
Nach dem Einsetzen einer neuen Batterie werden die Zähler (17, 22) wieder auf die Zählanfangsstände gesetzt. Günstig ist beim beschriebenen Verfahren, daß weder Strom- noch Spannungsmessungen vorgenommen werden müssen. Da die Kapazität der Batterie (1) und die Leistungen der Verbraucher (2, 3, 4) bekannt sind und der Takt zur Verfügung steht, läßt sich die Anpassung an die Verhältnisse durch Einstellen der Speicherbausteine (10, 11, 12) und der Zählanfangsstände erreichen.
Im Beispiel ist von einem Abwärtszählen der Zähler (17, 22) ausgegangen. Dies hat den Vorteil, daß der Zählendstand Null leicht auswertbar ist. Es könnte jedoch auch eine Aufwärtszählung vorgesehen sein. Der Zählanfangsstand wäre dann Null.
In Weiterbildung der Erfindung könnte in der beschriebenen Weise auch der Leistungsverbrauch der elektronischen Schaltung (5) selbst mit berücksichtigt werden. Es könnte auch der zeitabhängige Ladungsverlust der Batterie (1) durch ein unabhängig von den Verbrauchern (2, 3, 4) zeitabhängiges Herabsetzen des Zählerstands berücksichtigt werden. Beide Einflüsse sind jedoch im Vergleich zum Leistungsverbrauch der Verbraucher (2, 3, 4) gering, so daß diese Einflüsse nicht berücksichtigt werden müssen.
Es könnte auch der Leistungsverbrauch des Signalgebers (19) in der beschriebenen Weise zum entsprechenden Herabsetzen des Zählanfangsstandes des Zählers (22) herangezogen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überwachung des Ladezustandes einer Batterie, die in einer elektronischen Schaltung mehrere Verbraucher eines Geräts speist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler bei vollgeladener Batterie auf einen Zählanfangsstand gesetzt wird, daß der Einschaltzustand der Verbraucher in einem Takt abgetastet wird, daß, solange ein Verbraucher eingeschaltet ist, der Zählerstand in dem Takt jeweils um einen von mehreren Zahlenwerten in Richtung auf einen Zählendstand geändert wird, wobei die Zahlenwerte im Verhältnis der Verbrauchsleistungen der Verbraucher vorgegeben werden, und daß bei Erreichen des Zählendstandes ein Signal erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählanfangsstand der Kapazität der Batterie entspricht und der Zählendstand 0 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zählendstand des ersten Zählers ein weiterer Zähler aktiviert wird, dessen Zählerstand entsprechend dem Einschaltzustand und der Einschaltdauer der Verbraucher in Richtung auf seinen Zählendstand geändert wird, und daß bei Erreichen dieses Zählendstandes das Gerät abgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählanfangsstand des weiteren Zählers der Differenz zwischen der Ladung der Batterie beim Zählendstand des ersten Zählers und der zum Betrieb des Geräts unzureichenden Restladung der Batterie entspricht und daß der Zählendstand 0 ist.
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