DE2648380A1

DE2648380A1 - Battery cell test circuit determining capacity - has load circuit connected at regular intervals via pulsed switch to sense variations in internal impedance

Info

Publication number: DE2648380A1
Application number: DE19762648380
Authority: DE
Inventors: Hartmut Ing Grad Unruh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1976-10-26
Publication date: 1978-04-27

Abstract

A battery testing circuit which will determine the existing cell capacity. The circuit will be permanently connected to the battery or accumulator and will provide an automatic monitor for the cells. It reacts to the variation of the internal impedance of the battery to provide a signal from the change in battery terminal voltage. A load circuit (17, 18) is connected in parallel with the battery (11). The load circuit is closed at regular intervals with the aid of a pulse generator (20). This will load the battery and a recognition circuit will establish whether the battery voltage has dropped to below a given value. The recognition circuit contains a threshold switch (22) which will produce an output signal when the battery voltage is above the threshold value.

Description

BatterieprüfeinrichtungBattery testing device

Die Erfindung betrifft eine Batterieprüfeinrichtung zur Feststellung der vorhandenen Zellenkapazität.The invention relates to a battery test device for detection the existing cell capacity.

Bei Batterien nimmt die Zellenkapazität mit zunehmendem Alter ab. Dies äußert sich durch eine Erhöhung des Innenwiderstandes, also ein Absinken der Batteriespannung bei Belastung. Im unbelasteten Zustand liefert eine gealterte Batterie dagegen nahezu dieselbe Spannung wie eine neue Batterie.In batteries, the cell capacity decreases with age. This is expressed by an increase in the internal resistance, i.e. a decrease in the Battery voltage under load. An aged battery delivers in the unloaded state on the other hand, almost the same voltage as a new battery.

Bei wiederaufladbaren Akkumulatoren findet ebenfalls eine Alterung statt, die sich in einer Erhöhung des Innenwiderstandes äußert. Akkumulatoren werden häufig in Notstromversorgungsgeräten eingesetzt, wo sie bei normalem Netzbetrieb über ein Ladegerät in aufgeladenem Zustand gehalten werden, um bei einem etwaigen Netzausfall die elektrische Versorgung eines Gerätes oder einer Anlage übernehmen zu können. Solche Notstromversorgungsgeräte treten in der Regel über längere Zeiträume überhaupt nicht in Funktion, müssen aber für den Ernstfall immer betriebsbereit sein. Daher ist es wichtig, zu erkennen, ob der Akkumulator tatsächlich bei einem Netzausfall noch eine ausreichende Entladekapazität hat oder ob die Zellenkapazität bereits so weit abgesunken ist, daß zwar im unbelasteten Zustand noch die volle Zellenspannung geliefert wird, bei Belastung jedoch zusammenbricht.There is also aging in rechargeable batteries instead, which manifests itself in an increase in internal resistance. Accumulators are often used in emergency power supplies, where they are used during normal mains operation be kept in a charged state via a charger in order to avoid any Power failure takes over the electrical supply of a device or a system to be able to. Such emergency power supplies usually occur Not in function at all for longer periods of time, but must be used in an emergency always be ready for use. Hence, it is important to see if the accumulator is actually still has sufficient discharge capacity in the event of a power failure or whether the cell capacity has already dropped so far that in the unloaded State the full cell voltage is still supplied, but collapses when loaded.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterieprüfeinrichtung zu schaffen, die ständig an eine Batterie bzw. an einen Akkumulator angeschlossen ist und selbsttätig eine Überwachung der Zellenkapazität durchführt, um ein etwaiges Zusammenbrechen der Batteriespannung bereits vorzeitig anzeigen zu können. Auf diese Weise soll vermieden werden, daß der unzureichende Betriebszustand einer Batterie nicht erst durch Unterbrechung der Funktion des von der Batterie versorgten Gerätes erkannt wird, sondern automatisch vorher zur Anzeige gebracht wird.The object of the invention is to create a battery testing device, which is constantly connected to a battery or an accumulator and is automatic monitors the cell capacity to detect any collapse to be able to display the battery voltage in advance. This is supposed to be avoided that the inadequate operating condition of a battery is not only detected by interruption of the function of the device supplied by the battery but is automatically displayed beforehand.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß parallel zu der Batterie ein Laststromkreis geschaltet ist, der durch einen Taktimpulsgeber in regelmäßigen Zeitabständen kurzzeitig geschlossen wird und die Batterie belastet, und daß eine Erkennungsschaltung vorgesehen ist, die im Belastungszustand der Batterie feststellt, ob die Batteriespannung einen Grenzwert unterschreitet.To solve this problem, the invention provides that parallel a load circuit is connected to the battery, which is controlled by a clock pulse generator is closed briefly at regular intervals and the battery is loaded, and that a detection circuit is provided which is in the loaded state of the battery determines whether the battery voltage falls below a limit value.

Die erfindungsgemäß Batterieprüfeinrichtung führt automatisch in regelmäßigen Zeitabständen eine kurzzeitige Belastung der Batterie durch und ermittelt das Absinken der Batteriespannung bei dieser Belastung. Die Belastung kann beispielsweise so bemessen sein, daß ein Laststrom fließt, der die voll aufgeladene Batterie in zehn Stunden entladen würde.The battery test device according to the invention performs automatically in A short-term load on the battery is determined by and at regular intervals the drop in battery voltage at this load. The load can for example be dimensioned so that a load current flows that the fully charged battery in would discharge ten hours.

Bei Verwendung der Batterieprüfeinrichtung bei einem Notstromversorgungsgerät sollte die Belastung des Akkumulators nur dann erfolgen, wenn die externe Stromversorgung in Betrieb ist, so daß der Akkumulator sich im Ruhezustand befindet, d.h. nicht an einen anderen Verbraucher angeschlossen ist. Bei Auftreten einer Netzstörung sollte die Batterieprüfeinrichtung abgeschaltet werden, um sicherzustellen, daß der Akkumulator nicht durch die periodisch erfolgenden Prüf-Belastungen zusätzlich beansprucht wird und sich die Belastungsimpulse evtl. störend auf die von dem Akkumulator versorgten elektronischen Baugruppen auswirken.When using the battery test device with an emergency power supply unit The battery should only be loaded when the external power supply is in operation so that the accumulator is idle, i.e. not is connected to another consumer. When a grid failure occurs the battery tester should be switched off to ensure that the accumulator is not additionally affected by the periodically occurring test loads is stressed and the load pulses may interfere with the accumulator affected electronic assemblies.

Vorzugsweise enthält die Erkennungsschaltung einen Schwellenwertschalter, der bei Auftreten eines Taktimpulses nur dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Batteriespannung oberhalb des Grenzwertes liegt. Am Ausgang des Schwellenwertschalters entsteht daher bei jedem angelegten Taktimpuls ein Ausgangsimpuls von bestimmter Amplitude und Impulsdauer, wenn die Batteriespannung größer ist als der Schwellenwert. Ist sie kleiner als der Schwellenwert, so wird am Ausgang des Schwellenwertschalters überhaupt kein Impuls erzeugt.The detection circuit preferably contains a threshold value switch, which only generates an output signal when a clock pulse occurs if the Battery voltage is above the limit value. At the output of the threshold switch therefore, with each applied clock pulse, an output pulse of a certain value is generated Amplitude and pulse duration when the battery voltage is greater than the threshold. If it is smaller than the threshold value, then at the output of the threshold value switch no pulse generated at all.

Diese Meßmethode liefert bei jedem auftretenden Taktimpuls eine Ja/Nein-Entscheidung darüber, ob die Batteriespannung zu weit abgesunken ist oder nicht.This measuring method delivers a yes / no decision for every clock pulse that occurs about whether the battery voltage has dropped too far or not.

Die Auswertung der auf diese Weise erzeugten Impulse erfolgt zweckmäßigerweise mit einem Integrator, der sich zwischen zwei Impulsen teilweise entlädt, um von dem nächstfolgenden Impuls wieder aufgeladen zu werden.The pulses generated in this way are expediently evaluated with an integrator that partially discharges between two pulses in order to get from to be recharged with the next impulse.

Bleibt ein Impuls oder bleiben mehrere Impulse aus, dann sinkt die Spannung des Integrators unter den an einem Komparator eingestellten Schwellenwert und die Batterieprüfeinrichtung verursacht die Erzeugung von Alarm bzw. die Auswechslung der betreffenden Batterie.If there is no impulse or if several impulses are absent, the will decrease Voltage of the integrator below the threshold value set on a comparator and the battery tester causes the alarm to be generated or the replacement of the battery in question.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erz in dung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.The following is an embodiment of the ore in manure with reference explained in more detail on the figures.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Batterieprüfeinrichtung in Verbindung mit einem Notstromversorgungsgerät, und Fig. 2 zeigt die Spannungsverläufe an zwei verschiedenen Stellen der Batterieprüfeinrichtung in Abhängigkeit von der Zeit.Fig. 1 shows a circuit diagram of the battery testing device according to the invention in connection with an emergency power supply, and FIG. 2 shows the voltage curves at two different points on the battery testing device depending on the Time.

In Fig. 1 ist das Notstromversorgungsgerät mit 10 bezeichnet und mit gestrichelten Linien umrandet. Es handelt sich um ein Batterieladegerät, das einem angeschlossenen Akkumulator 11 einen Ladestrom zuführt, dessen Größe sich in Abhängigkeit von der Akkumulatorspannung ändert. Das Netzteil 12 erzeugt eine (geregelte oder ungeregelte) Gleichspannung, die über den Leistungstransistor 13 dem Akkumulator 11 zugeführt wird. Parallel zum Akkumulator 11 liegt ein Spannungsteiler 14, an dessem Abgriff eine der Akkumulatorspannung proportionale Spannung abgenommen wird, um einem Regler 15 als Eingangsgröße zugeführt zu werden. Der Regler 15 ist zwischen die Minusleitung 16 und die Basis des Leistungstransistors 13 geschaltet.In Fig. 1, the emergency power supply device is denoted by 10 and dashed lines outlined. It is a battery charger that you can use connected accumulator 11 supplies a charging current, the size of which depends on changes from the battery voltage. The power supply 12 generates a (regulated or unregulated) DC voltage, which via the power transistor 13 to the accumulator 11 is fed. A voltage divider is located parallel to the accumulator 11 14, at whose tap a voltage proportional to the battery voltage was taken is to be fed to a controller 15 as an input variable. The regulator 15 is connected between the negative line 16 and the base of the power transistor 13.

Um die periodischen Belastungsprüfungen des Akkumulators 11 durchführen zu können, ist dem Akkumulator eine Reihenschaltung aus einem Belastungswiderstand 17 und einem Transistor 18 parallel-geschaltet. Wenn der Transistor 18 leitend ist, ist der Laststromkreis 17, 18 geschlossen. Zu dieser Zeit muß der Regler 15 außer Betrieb gesetzt sein. Hierzu dient ein weiterer Transistor 19, der zwischen die Minusleitung 16 und den Regler 15 geschaltet ist, und der gesperrt wird, wenn der Transistor 18 leitend wird. Auf diese Weise wird jedesmal dann, wenn der Transistor 18 leitend wird, der Leistungstransistor 13 gesperrt, so daß der Ladestrom des Akkumulators 11 jeweils kurzzeitig unterbrochen wird.To carry out the periodic load tests of the accumulator 11 to be able to, the accumulator is a series connection of a load resistor 17 and a transistor 18 connected in parallel. When transistor 18 is conductive, the load circuit 17, 18 is closed. At this time, the controller 15 must save Be in operation. For this purpose, another transistor 19 is used, which is between the Negative line 16 and the controller 15 is switched, and is blocked when the Transistor 18 becomes conductive. This way it will every time the transistor 18 becomes conductive, the power transistor 13 is blocked, so that the charging current of the accumulator 11 is briefly interrupted in each case.

Die Transistoren 18 und 19 werden synchron von den Taktimpulsen eines Taktimpulsgenerators 20 gesteuert. Der Transistor 18 ist ein npn-Transistor, während der Transistor 19 ein pnp-Transistor ist. Weil beide Transistoren Komplementärtypen sind, entsteht das inverse Schaltverhalten.The transistors 18 and 19 are synchronized with the clock pulses one Clock pulse generator 20 controlled. The transistor 18 is an npn transistor while the transistor 19 is a pnp transistor. Because both transistors are complementary types the inverse switching behavior occurs.

Die Taktimpulse dauern jeweils Bruchteile von Sekunden und haben zeitliche Abstände von mehreren Sekunden.The clock pulses each last fractions of a second and are temporal Intervals of several seconds.

Während der Transistor 18 kurzzeitig leitend ist, steht die volle Batteriespannung an dem Lastwiderstand 17 an.While the transistor 18 is briefly conductive, the full Battery voltage at the load resistor 17.

Die beiden Anschlüsse des Lastwiderstandes 17 sind jeweils mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 21 verbunden, der auf diese Weise die Batteriespannung mißt.The two connections of the load resistor 17 are each with one Input of a differential amplifier 21 connected, the battery voltage in this way measures.

Der Differenzverstärker wird durch die Impulse des Taktgenerators 20 aktiviert, d.h. er funktioniert nur während des Anstehens eines Taktimpulses. In der übrigen Zeit liegt sein Ausgang auf Null. An den Differenzverstärker 21 ist ein Schwellenwertschalter 22 angeschlossen, an dem eine bestimmte Schaltschwelle eingestellt ist. Wird diese Schaltschwelle von dem Ausgangssignal des Verstärkers 21 überschritten, so ist die Spannung U1 am Ausgang des Schwellenwertschalters 22 "1", während sie "0" ist, wenn dieser Schwellenwert nicht erreicht wird. Die Spannung U1 ist in Fig. 2a über der Zeit dargestellt. Man erkennt, daß die Impulse 23, die durch die Taktimpulse des Taktimpulsgenerators 20 ausgelöst werden, dann auftreten, wenn die Akkumulatorspannung den Grenzwert übersteigt. Zu den Zeitpunkten, zu denen das nicht der Fall ist, entsteht am Ausgang des Schwellenwertschalters 22 kein Signal.The differential amplifier is powered by the pulses from the clock generator 20 activated, i.e. it only works while a clock pulse is pending. The rest of the time, its output is zero. To the differential amplifier 21 is a threshold switch 22 is connected to which a certain switching threshold is set. This switching threshold is determined by the output signal of the amplifier 21 is exceeded, then the voltage U1 is at the output of the threshold switch 22 "1" while it is "0" if this threshold is not reached. The voltage U1 is shown in Fig. 2a over time. It can be seen that the pulses 23, the triggered by the clock pulses of the clock pulse generator 20, then occur when the battery voltage exceeds the limit value. At the times when that is not the case, no signal is produced at the output of the threshold value switch 22.

Die Spannung U1 wird über eine Diode 24 einem RC-Glied aus einem Kondensator 25 und einem parallel-geschalteten Widerstand 26 zugeführt. Die Impulse 23 laden den Kondensator 25 jeweils auf und in den Zeiträumen zwischen diesen Impulsen entlädt sich der Kondensator 25 teilweise über den Widerstand 26. Diese Verhältnisse sind in Fig. 2b dargestellt. Wenn die Impulse 23 ausbleiben, setzt sich die Entladung des Kondensators 25 fort, so daß die Kondensatorspannung einen Wert annimmt, der unter einen vorgegebenen Grenzwert U3 absinkt. Dieser Zustand wird von dem Komparator 27 festgestellt, der ein angeschlossenes Relais 28 steuert.The voltage U1 becomes an RC element from a capacitor via a diode 24 25 and a resistor 26 connected in parallel. The impulses 23 load the capacitor 25 discharges on and in the periods between these pulses The capacitor 25 is partially via the resistor 26. These ratios are shown in Fig. 2b. If there are no pulses 23, the discharge continues of the capacitor 25 so that the capacitor voltage assumes a value which drops below a predetermined limit value U3. This condition is controlled by the comparator 27 found which controls a connected relay 28.

An dem einen Eingang des Komparators 27 liegt die Spannung des Kondensators 25,während an dem anderen Eingang die feste, jedoch einstellbare Referenzspannung U3 liegt. Auch der Komparator 27 wird durch die Impulse des Taktimpulsgenerators 20 gesteuert, d.h. aktiviert, so daß die gesamte Prüfeinrichtung nur dann arbeitet, wenn der Taktimpulsgenerator 20 arbeitet.The voltage of the capacitor is applied to one input of the comparator 27 25, while the fixed but adjustable reference voltage at the other input U3 is located. The comparator 27 is also activated by the pulses from the clock pulse generator 20 controlled, i.e. activated, so that the entire test facility only works when the clock pulse generator 20 is operating.

Der Taktimpulsgenerator 20 wird von einem Netzkontrollsignal 29 gesteuert. Dieses Netzkontrollsignal 29 bewirkt die Abschaltung des Taktimpulsgenerators 20, wenn ein Netzausfall vorliegt, d.h. wenn der Akkumulator 11 die Versorgung der angeschlossenen Verbraucher übernehmen muß. In diesem Falle wird also die Batterieprüfeinrichtung außer Betrieb gesetzt.The clock pulse generator 20 is controlled by a network control signal 29. This network control signal 29 causes the clock pulse generator 20 to be switched off, if there is a power failure, i.e. if the accumulator 11 is supplying the connected Consumer must take over. In this case, the battery tester is used put out of service.

Claims

Claims 1. Battery testing device to determine the existing Cell capacity of a battery, indicating that A load circuit (17, 18) is connected in parallel to the battery (11) and through a clock pulse generator (20) closed briefly at regular time intervals is charged and the battery (11), and that a detection circuit is provided is that, when the battery is under load, determines whether the battery voltage is a falls below the permissible limit.

2. Battery testing device according to claim 1, characterized in that that the detection circuit contains a threshold value switch (22), which occurs when of a clock pulse only generates an output signal (U1) when the battery voltage is above the limit value.

3. Battery testing device according to claim 2, characterized in that that an integrator integrating the output signals of the threshold value switch (22) (25, 26) is provided, the output of which is connected to the one input of a comparator (27) connected is.

4. Battery testing device according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the clock pulse generator (20) is connected to a network control circuit that puts it out of operation if a network fault occurs.