DE3100503A1 - Arrangement for monitoring the charge state of a battery - Google Patents
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Abstract
Description
Anordnung zur kontrolle des Ladezustands einer Batterie.Arrangement for checking the state of charge of a battery.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Batterie-La4ekontrolle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a battery charge control according to the Preamble of claim 1.
Ein derartiges Kontrollsystem wird in der DE-AS 24 21 324 beschrieben.Such a control system is described in DE-AS 24 21 324.
Seit Jahren arbeitet die Fachwelt daran, ein auverlässiges Verfahren für den Lade-zustand leistungsschwacher Batterien zu realisieren. Dementsprechend groß ist die Zahl der bisher entwickelten Lösungskonzepte, die sich vor allem in der Art der Darstellung unterscheiden. Die ältesten Ladekontrollen waren elektromechanischer Art. Sie hatten eine Zeigeranzeige, waren dementsprechend kompliziert und erschütterungsempfindlich und wurden deshalb weitgehend von rein elektronischen Ausführungen mit einer aktiven elektrooptischen Anzeige, etwa einer lichtemittierenden Diode, abgelöst. Kontrollsysteme dieser neuen Generation sind zweifellos mechanisch einfach aufgebaut und robust und lassen sich wegen ihres geringen Platzbedarfes auch in kleinsten Geräten ohne weiteres unterbringen; sie verlangen Jedoch, wie beispielsweise aus "Practical Wireless", März 1978, S. 849 und 856 hervorgeht, einen gewissen Schaltungsaufwand und haben einen nicht unerheblichen Leistungsbedarf, mithin einen Nachteil, der gerade bei netzunabhängigen Geräten besonders ins Gewicht fällt.The professional world has been working on a reliable process for years for the state of charge of low-performance batteries. Accordingly The number of solution concepts that have been developed to date is large, especially in differ in the type of presentation. The oldest charge controls were more electromechanical Art. They had a pointer display and were accordingly complicated and sensitive to vibrations and were therefore largely based on purely electronic versions with an active one electro-optical display, such as a light-emitting diode, replaced. Control systems of this new generation are undoubtedly mechanically simple and robust and because of their small footprint, they can also be used in the smallest of devices without accommodate more; However, they require, for example from "Practical Wireless", March 1978, p. 849 and 856 shows, a certain circuit complexity and have a not inconsiderable power requirement, therefore a disadvantage that is precisely the case with network-independent devices are particularly important.
Es lag deshalb nahe, die Leuchtdiode durch ein passives elektrooptisches Display, das bekanntlich nur das Bild der Umgebung moduliert und deshalb extrem wenig Leistung verbraucht, zu ersetzen (vergl. hierzu neben der eingangs zitierten Auslegeschrift auch dieDE-OS 29 51 760). Die in dieser Richtung bisher unternommenen Versuche sind allerdings noch nicht überzeugend, und zwar vor allem deshalb, weil es noch nicht gelungen ist, die Schaltung nennenswert zu vereinfachen. Hinzulcormnt, daß die Anzeige zu spät anspricht, d.h., der Benutzer wird erst dann über den kritischen Batteriezustand informiert, wenn die Batterie schon nahezu erschöpft ist und der Ausfall des Geräts unmittelbar bevorsteht. Die dann noch verbleibende.Zeit reicht häufig nicht mehr aus, Ersatzbatterien zu beschaffen oder die Batterie zu Zeiten, in denen das Gerät normalerweise nicht benutzt wird, wieder aufzuladen. Dieser gravierende Mangel ist in Grunde bei allen bisher diskutierten Ldsungsansätzen zu beObachten. So kommt ein in wFoto-Magazin 1 (~1979) 70 erschienener Artikel zu dem Ergebnis, daß die Batterieladekontrollen der handelsübliöhen Kameras nicht verlässlich sind und man daher sicherheitshalber ständig Ersatzbatterien mitführen sollte.It was therefore obvious to replace the light-emitting diode with a passive electro-optical one Display that, as is well known, only modulates the image of the environment and is therefore extreme little Power consumed, to be replaced (see next to the DE-OS 29 51 760 cited at the beginning. The one in that direction Attempts made so far are, however, not yet convincing, namely before mainly because it has not yet been possible to simplify the circuit significantly. It should be added that the ad responds too late, i.e. the user will only then informs about the critical battery condition when the battery is almost exhausted and the failure of the device is imminent. The remaining time It is often no longer sufficient to procure replacement batteries or to buy the battery Recharge times when the device is not normally used. This serious deficiency is basically in all solutions discussed so far to observe. An article published in wFoto-Magazin 1 (~ 1979) 70 comes to this the result that the battery charge controls of the commercially available cameras are not reliable and you should therefore always carry spare batteries with you to be on the safe side.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so abzuwandeln, daß sie rechtzeitig den drohenden Batterieleistungsabfall ankündigt und dabei ohne komplizierte Schaltmittel auskommt. Diese'Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The invention is based on the object of an arrangement of the initially to modify said type in such a way that they timely the impending decrease in battery power announces and gets by without complicated switching means. This' task will according to the invention by a display device with the features of claim 1 solved.
Die vorgeschlagene Ladekontrolle geht von der Beobachtung aus, daß die zum Stand der Technik gehörenden Kontrolltechniken ausnahmslps die Batterieladespannung messen und darstellen. Diese Spannung sinkt während der Leistungsentnahme zunächst nur minimal und fällt dann, wenn die Batterie praktisch keine Leistungsreserven mehr hat, rasch ab. Sie ist also als Meßgröße für einen Kontrollkreis denkbar ungeeignet.The proposed loading control is based on the observation that the control techniques belonging to the state of the art, except for the battery charge voltage measure and display. This voltage initially drops while the power is drawn only minimally and falls when the battery has practically no power reserves has more, quickly. It is therefore extremely unsuitable as a measured variable for a control circuit.
Einen sehr viel günstigeren Verlauf hat dagegen die sog. ~Einschalt-Zeit", also dieJenige Zeit, die nach dem Einschlden der Batterie vergeht, bis die Spannung oder der Srom eines im Batteriekreis befindlichen kapazitive bzw. induktiven Widerstands einen vorgegebenen Grenz wert erreicht. Denn diese Variable hängt stark von der Höhe der Batteriespannung ab und reagiert somit auch schon auf kleinste Spannung schwankungen mit deutlichen Änderungen. Mißt man, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Einschaltzeit, so kann die Kontrolle früh2eitig warnen und zudem auch dann Auskunft über die vorhanden Reserven geben, wenn die Batterie erst teilweise entladen ist. Diese Zusatzinformation wird im vorliegenden Fall mittels einer gestaffelten Darstellung gegeben, die nach verschiedenen Entladungsgraden differenziert und einen raschen Ubertblick über den Batteriezustand verschafft.The so-called "switch-on time", on the other hand, has a much more favorable course. So the time that passes after the battery is plugged in until the voltage or the current of a capacitive or inductive resistor in the battery circuit reached a predetermined limit. Because this variable depends a lot on the Level of the battery voltage and thus reacts to even the smallest voltage fluctuations with significant changes. If one measures, as provided according to the invention, the switch-on time, the control can give an early warning and also provide information about the available reserves when the battery is only partially discharged. In the present case, this additional information is provided by means of a staggered display given, which differentiated according to different degrees of discharge and a rapid Provides an overview of the battery status.
Die vorgeschlagene Batterie-Ladekontrolle findet vor allem bei Geräten Anwendung, die schon über ein RC-Glied verfügen (Beispiel: Elektronenblitzgerät mit Ladekondensator). In diesen Fällen ist die Anzeige normalerweise fest eingebaut. Besonders günstig gestalten sich dabei die Verhältnisse, wenn das Gerät auch schon mit einem passiven elektrooptischen Display ausgerüstet ist.The proposed battery charge control is mainly used on devices Applications that already have an RC element (example: electronic flash unit with charging capacitor). In these cases, the display is usually built-in. The conditions are particularly favorable when the device even is already equipped with a passive electro-optical display.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Lö sungsvorschlags sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.Advantageous refinements and developments of the proposed solution are the subject of additional claims.
Die Erfindung soll nun anhand eines bevorzugten Ausftihrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.The invention will now be based on a preferred exemplary embodiment will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing.
Es zeigen: Fig. 1 von dem Ausführungsbeispiel ein teilweise schematisch gehaltenes Schaltbild, Fig. 2a) bis 2d) einige Cestaltungsmöglichkeiten für das Anzeigeufeld des Displays und Fig. 3 von einem vermessenen Elektronenblitzgerät die Batterieladespannung U, die Einschaltzeit st des Ladekondensators und die Blitzbereitschaft B (B = # #/ #) in Abhängigkeit von der Anzahl der Kondensatorentladungen N.The figures show: FIG. 1, a partially schematic view of the exemplary embodiment held circuit diagram, Fig. 2a) to 2d) some design options for the Display field of the display and FIG. 3 of a measured electronic flash unit the battery charging voltage U, the switch-on time st of the charging capacitor and the flash readiness B (B = # # / #) depending on the number of capacitor discharges N.
Die Schaltung der Fig. 1 ist folgendermaßen aufgebaut. Im Stromkreis einer Batterie, der durch einen Schalter 1 unterbrochen werden kann, liegen ein Kondensator 2 sowie ein ohmscher Widerstand 3 hintereinander. Der Kondensator ist dabei mit dem Pluspol der Batterie verbunden, während der ohmsche Widerstand den Minuspol der Batterie kontaktiert.The circuit of Fig. 1 is constructed as follows. In the circuit a battery, which can be interrupted by a switch 1, are present Capacitor 2 and an ohmic resistor 3 in a row. The capacitor is connected to the positive pole of the battery, while the ohmic resistance denotes the Negative pole of the battery contacted.
Parallel zu diesem RC-Glied sind - ebenfalls zueinander in Reihe - ein weiterer ohmscher Widerstand ("Vorwiderstand") 4 und die Kollektor- Emitter-Strecke eines Transistors 6 geschaltet, und zwar so, daß der Vorwiderstand mit der positiven Batterieklemme und der Emitter des Transistors 6 mit der negativen Batterieklemme in Kontakt stehen.Parallel to this RC element are - also in series with each other - another ohmic resistor ("series resistor") 4 and the collector Emitter route a transistor 6 switched, in such a way that the series resistor with the positive Battery terminal and the emitter of transistor 6 to the negative battery terminal stay in contact.
Die Basis des Transistors 6 ist über' eine Ze-nerdiode 7 zwischen den Kondensator 2 und den Widerstand 3 geführt (Abgriff 5). Die Zenerdiode ist so geschaltet, daß die Transistor-Bass gegenüber dem Punkt 5 positiv vorgespanht wird. An beiden Enden des Vorwiderstandes 4 wird fleweils die Spannung abgenommen und über eine Leitung 8 bzw. 9 auf einen Signalverarbeitungskreis ("Timer") gegeben. Diese Einheit, die in der Figur lediglich durch einen Block 11 angedeutet ist, enthält einen Impulsgeber sowie einen Impulszähler und erzeugt ein Ausgangs signal, das eine Flüssigkristallan zeige aktiviert. Dieses Display - es ist in der Figur durch einen Block 12 symbolisiert - enthält im vorliegenden Fall 4 Anzeigeelemente 13. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß dann, wenn die Batterie voll ist, alle vier Anzeigeelemente eingeschaltet werden und daß bei leerer Batterie keines der Anzeigeelemente aktiviert wird. Die Zwischenzustände sind folgendermaßen gestaffelt: Drei eingeschaltete Anzeigeelemente repräsentieren den Lade-zustand gleicht entladen", zwei eingeschaltete Anzeigeelemente "etwa zur Hälfte entladen" und ein eingeschaltetes Anzeigeelement bedeutet "stark entladen/Batterie austauschen bzw. aufladen".The base of the transistor 6 is connected via a Zener diode 7 the capacitor 2 and the resistor 3 out (tap 5). The zener diode is like that switched that the transistor bass is positively biased towards point 5. At both ends of the series resistor 4, the voltage is removed and fleweils given via a line 8 or 9 to a signal processing circuit ("timer"). This unit, which is only indicated by a block 11 in the figure, contains a pulse generator and a pulse counter and generates an output signal that a liquid crystal display activated. This display - it's through in the figure symbolizes a block 12 - contains 4 display elements 13 in the present case. The arrangement is such that when the battery is full, all four display elements are switched on and that when the battery is empty, none of the Display elements is activated. The intermediate states are graded as follows: Three switched on display elements represent the state of charge equals discharged ", two switched on display elements "approximately half discharged" and one switched on Display element means "severely discharged / replace or recharge battery".
Beispielefür eine übersichtliche, einprägsame Formgebung der Anzeigeelemente werden in den Figuren 2a) bis 2d) gegeben. Die Figuren zeigen die Varianten ~Quadrat aus vier Eckpunkten" (Fig. 2a)), "Kreuz aus vier Balkens (Fig. 2b)), "Ring aus vier Abschnitten (Fig. 2c)) und u Gefäß mit drei Flüssigkeitspegeln" (Fig. 2d)).Examples for a clear, memorable design of the display elements are given in Figures 2a) to 2d). The figures show the variants ~ Square from four corner points "(Fig. 2a))," Cross from four bars (Fig. 2b)), "Ring from four Sections (Fig. 2c)) and u vessel with three liquid levels "(Fig. 2d)).
Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Schließt man den Schalter 1, so liegt zunächst die gesamte Spannung am Widerstand 3. Dadurch wird der Timer über die Leitung 8 eingeschaltet. Mit der Zeit lädt sich der Kondensator 2 auf, mit der Folge, daß am Abgriff 5 und damit auch an der Transistor-Basis das Spannungsniveau ständig sinkt. Hat die Spannung über demEondensator einen bestimmten Wert erreicht, der durch Wahl des Transistors und der Zenerdiode festgelegt ist, so wird die Kollektor-Emitter-Strecke leitend. In diesem-Fall fällt über den Widerstand 4 Spannung ab und der Timer wird über die Leitung ~9 abgeschaltet. Die aus der Widerstand 4, dem Transistor 6 und der Zenerdiode 7 gebildete Gruppe fungiert also als Schvellwertschalter, der den Timer während der Dauer der "Einschaltzeitt für den Kondensator 2 aktiviert. Dient dabei der Kondensator zugleich awoh als Ladekondensator für ein Elektronenblitzgerät, so empfiehlt es sich, als Schwellwert die Zündspannung für die Blitzröhre zu nehmen.The arrangement works as follows: If you close switch 1, so initially the entire voltage is across resistor 3. This causes the timer to override the line 8 switched on. Over time, the capacitor 2 charges, with the The result is that the voltage level at tap 5 and thus also at the transistor base constantly sinks. If the voltage across the capacitor has reached a certain value, which is determined by the choice of the transistor and the Zener diode, then the collector-emitter path conductive. In this case voltage drops across resistor 4 and the timer is activated switched off via line ~ 9. The from the resistor 4, the transistor 6 and the group formed by the Zener diode 7 thus functions as a threshold switch that controls the Timer activated for the duration of the "switch-on time" for capacitor 2. Serves the capacitor also acts as a charging capacitor for an electronic flash device, so it is advisable to use the ignition voltage for the flash tube as the threshold value.
Solange der Timer eingeschaltet ist, zählt er die mit einer konstanten Folgefrequenz erzeugten Impulse.As long as the timer is switched on, it counts with a constant Repetition frequency generated pulses.
Die so ermittelte Impulszahl wird anschließend in ein Spannungsaignal umgesetzt, das eine vom Zahlenwert abhängig. Anzahl von Anzeigeelementen einschaltet.The number of pulses determined in this way is then converted into a voltage signal implemented, the one depending on the numerical value. Number of display elements switches on.
Um zu veranschaulichen, wie unterschiedlich die Batteriespannung und die Einschaltzeit vom Batterie- ladezustand abhängen, wurden.an einem gängigen Blitzgerät die entsprechenden Kennlinien ermittelt und in Fig. 3 einander gegenübergestellt. Dort sind in Abhängigkeit von der Zahl Z der gezundeten Blitze - die Meßreihe wurde bei einer Blitzzahl von 310 abgebrochen - die Batteriespannung in V (Kurve 14), die der Einschaltzeit entsprechende Blitzfolgezeit in Sekunden (Kurve 16) und die "Blitzbereitschaft" B in Prozent (Kurve 17) eingetragen. Die Blitzbereitschaft ist der Kehrwert der Blitzfolgezeit, normiert auf den Anfangswert dgr Kurve 17. Diese abgeleitete Hilfsgröße macht den Unterschied in der Steigung der beiden Kurven 14 und 16 besonders augeX£ä)ilig.To illustrate how different the battery voltage and the switch-on time of the battery depend on the state of charge the corresponding characteristics are determined using a common flash unit and shown in FIG. 3 juxtaposed. There are, depending on the number Z, the ignited Flashes - the series of measurements was terminated when the number of flashes reached 310 - the battery voltage in V (curve 14), the flash cycle time corresponding to the switch-on time in seconds (Curve 16) and the "flash readiness" B entered in percent (curve 17). the Readiness for lightning is the reciprocal of the recycle time, normalized to the initial value dgr curve 17. This derived auxiliary variable makes the difference in the slope the two curves 14 and 16 are particularly eye-catching.
Daß die Blitzfolgezeit so rasch mit der Blitzzahl zunimmt, ist darauf zurUckzuf~hren, daß die Spannung im Kondensator eines RC-Gliedes beim Einschalten einer Spannungsquelle nach der bekannten Funktionen Spannungsquelle Funktionen UC = UB (1-e - ##) (UC = Kondensatorspannung, UB = Spannung der Spannungsquelle, R I Impedanz des ohmschen Widerstandes und C s Kapazität des Kondensators) ansteigt.The fact that the recycle time increases so rapidly with the number of flashes is evident to lead back that the voltage in the capacitor of an RC element when switching on a voltage source according to the known functions voltage source functions UC = UB (1-e - ##) (UC = capacitor voltage, UB = voltage of the voltage source, R I impedance of the ohmic resistance and C s capacitance of the capacitor) increases.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das ausführlich geschilderte Ausführungsbeispiel. So ist zu erwarten, daß man zu ähnlich guten Ergebnissen kommt, wenn man den kapazitiven durch einen induktiven Widerstand ersetzt und das Zeitsignal aus dem Stromanstieg in der Induktivität nach Einschalten der Batterie herleitet. Davon abgesehen ist es mitunter sinnvoller, anstelle einer Flüssigkristallanzeige ein anderes passives elektrooptisches Display, etwa eine elektrochrome Anzeige, zu verwenden Im übrigen bleibt es dem Fachmann überlassen, in welcher Art er die Ladekontrolle in das Gerät einbezieht.The invention is not limited to what has been described in detail Embodiment. It is to be expected that one will arrive at similarly good results, if you replace the capacitive resistance with an inductive resistance and the time signal derived from the increase in current in the inductance after switching on the battery. That being said, it sometimes makes more sense than a liquid crystal display another passive electro-optical display, about an electrochromic Advertisement, to be used For the rest, it is left to the expert in what kind he includes the charge control in the device.
Je nach den Gegebenheiten des Einzelfalles wird er yon bereits vorhandenen Bauelementen wie RC-Gliedern, Displays oder Schaltern Gebrauch machen und beispielsweise bei Geräten mit Hauptschaltern diesen Schalter auch zum Einschalten des Kontrollsystems heranziehen und das System selbstabschaltend ausbilden. Schließlich besteht noch ein gewisser Spielraum bei der Wahlder Schaltungstechnologie. Die Schaltung sollte soweit wie möglich integriert werden; die Voraussetzungen hierfür sind günstig, wie aus "bauteile report" 16 (1978) 91 hervorgeht.Depending on the circumstances of the individual case, it will be of the already existing Make use of components such as RC elements, displays or switches and for example For devices with main switches, this switch is also used to switch on the control system consult and train the system to shut down automatically. Finally still exists some leeway in the choice of circuit technology. The circuit should be integrated as much as possible; the prerequisites for this are favorable, as can be seen from "components report" 16 (1978) 91.
3 Figuren 5 Patentansprüche * Auch die Ansteuerung'aktiver elektrooptischer Elemente ist grundsätzlich möglich.3 Figures 5 claims * Also the control of active electro-optical Elements is basically possible.
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