DE3818034A1 - Messgeraet zur anzeige des batterie-innenwiderstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige des Innenwiderstandes beliebiger nichtidealer Spannungsquellen respektive Batterien.

Zur Bestimmung des Ladezustandes einer Autobatterie sind Säuredichte-Meßvorrichtungen bekannt. Die Säuredichte ist, sulfatfreie Platten vorausgesetzt, ein direktes Maß zum Ladezustand.

Die Leerlaufspannung einer Batterie hat keine eindeutige Beziehung zum Ladezustand.

Stand der Technik ist ebenfalls die kurzzeitige Messung eines relativ hohen Stromes durch einen bestimmten Leistungswiderstand. Je nach Nennkapazität sollte eine gut geladene Batterie einen bestimmten Entladestrom erreichen. Um der Batterie nicht zuviel Energie zu entnehmen, muß diese Meßmethode sehr schnell erfolgen. Der Zusammenhang zwischen Entladestrom und Ladezustand ist nicht eindeutig.

Der Trend zu wartungsfreien Batterien erlaubt es zudem nicht mehr, die Säuredichte zu messen. Zur Ermittlung des Ladezustandes sind deshalb nur die Polklemmen als Meßabgriff verfügbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein sehr einfach zu bedienendes Meßgerät vorzuschlagen, das den niedrigen Innenwiderstand von Batterien direkt anzeigt. Je kleiner der Wert des Innen­ widerstandes, um so kleiner wird der Spannungs­ zusammenbruch bei einem bestimmten Entladestrom.

Der Anzeigemeßbereich läßt sich so dimensionieren, daß mit einem Gerät 1,5-Volt-Haushaltsbatterien bis hin zu 24-Volt-Fahrzeugbatterien gemessen werden können. Aufgrund der einfachen Handhabung ist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung sowohl für Diagnose­ zwecke geeignet (gute, schwache oder leere Batterien), als auch zur Kalkulation der maximalen Strombelastung einer Batterie unter der Bedingung, daß die Versorgungsspannung eines batteriebetriebenen Gerätes einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich noch preiswerter herstellen, wenn der Teil zur Meßaus­ wertung in einem Universaltester (z. B. Autodiagnose­ tester, Digitalmultimeter) integriert wird, so daß das Gehäuse und Anzeigemittel (analog oder digital) mehrfach genutzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfobjekt mit einer Wechselstromquelle einer festen Frequenz beaufschlagt ist und die nicht verschwindende Wechselspannung, bedingt durch den vorhandenen Innenwiderstand des Prüfobjektes, über eine frequenzbandbegrenzte Verstärkerstufe derart aufbereitet ist, daß die Signalgröße als Maß des Innenwiderstandes mit einer beliebigen Anzeige verbunden ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß eine Vierdrahtleitung bis zu den Prüf­ spitzen vorgesehen ist, damit die ohmschen und induktiven Widerstände der Meßleitung nicht das Meßergebnis verfälschen.

Um die Bedienung zu vereinfachen und die Herstell­ kosten zu senken, wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine automatische Ein- und Ausschaltung vorgeschlagen, die durch die Kontaktgabe der Prüfspitzen an den Batteriepolen aktiviert wird.

Um den Forderungen einer großen Meßbereichsspanne mit gleichzeitiger hoher Auflösung gerecht zu werden, ist die Anzeigeausführung vorzugsweise digital. Praktische Werte liegen zwischen 0 ... 2000 mOhm mit 1 mOhm Auflösung.

Aus Kostengründen ist auch eine einfache Analog­ anzeige vorteilhaft, wenn nur bestimmte Batterie­ gruppen erfaßt werden sollen (z. B. Autobatterien mit 5 mOhm . . . 20 mOhm).

Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrer Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die Ausführung der Meßvorrichtung als Blockschaltbild und

Fig. 2 den exemplarischen Schaltungsaufbau.

Für die Spannungsversorgung der gesamten Meßvorrichtung ist eine Batterie 1, 11 vorgesehen, die über einen elektronischen Schalter 2, 12 zuge­ schaltet wird, wenn ein Testobjekt 10, 20 (z. B. Batterie) mit den Prüfspitzen 19, 21 kontaktiert wird. Eine Mindestspannung von etwa 0,8 V wird vor­ ausgesetzt um den elektronischen Schalter zu steuern.

Ein freilaufender Rechteckgenerator 3, 13 mit konstanter Amplitude und einer Frequenz von etwa 1 kHz steuert den Spannungs-Strom-Wandler 4, 14 mit einer Ausgangs-Stromsenke von etwa 50 mA. Eine rechteckförmige Pulsform ist insofern vorteilhaft, daß die Verlustleistung des Schalttransistors gering ist.

Über eine Vierdraht-Leitung 22, 24 bis zu den Prüf­ spitzen 19, 21 ist ein Bandpaßfilter 5, 15 parallel geschaltet und überträgt nur den reinen Wechsel­ spannungsanteil, der durch den Innenwiderstand der Batterie 10, 20 resultiert. Eine nachfolgende Ver­ stärkerstufe 6, 16 bringt das geringe Wechsel­ spannungssignal in der Größenordnung einiger mV auf praktisch besser auswertbare Bereiche. Die Schaltung 7, 17 richtet das Wechselspannungssignal gleich. Durch die Rückkopplung in der Schaltungsanordnung 17 wird erreicht, daß auch Wechselspannungen gleichge­ richtet werden, die weit unterhalb der Dioden­ schwellenspannung liegen.

Ein digitales Anzeigenmodul mit integriertem Analog- Digital-Wandler 8, 18 setzt die ausgewertete Gleich­ spannung direkt als Innenwiderstandswert des Prüf­ objektes um. Die angezeigte Größe in "mOhm" ist an unterschiedlichen Baugruppen 3, 4, 6, 7, 8 als Proportionalitätsfaktor einstellbar. Auf eine Nullpunktjustierung kann verzichtet werden, falls Offsetfehler durch den Einsatz entsprechender Bauteile vernachlässigbar sind.

Nach einer einfachen Ausführung ist eine kosten­ günstigere Analoganzeige 9 alternativ dargestellt.

Auf einen Gleichrichter kann außerdem verzichtet werden, wenn ein Dreheisenmeßwerk 23 als Anzeige­ mittel verwendet ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Messung des elektrischen Innenwiderstandes einer realen Spannungsquelle insbesondere aufladbarer und nicht aufladbarer Batterien, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie als Prüfobjekt (10) mit einer Wechselstromquelle (3, 4) beaufschlagt ist und die durch den Innenwiderstand resultierende Wechselspannung über eine frequenzselektive Verstärkerstufe (5, 6) derart aufbereitet ist, daß die Signalgröße als Maß zum Innenwiderstand des Prüfobjektes mit einer Anzeige (8, 9) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitungen (22) zwischen Meßvorrichtung und Batterie als Vierdrahtleitung bis zu den Prüfspitzen (21) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe der Wechselstromquelle (4) als einfache unipolare Stromquelle (Stromsenke) ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine rechteckförmige Pulsform zur Ansteuerung der Stromquelle (4) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsbatterie (1) mit einer Schaltung (2) automatisch zugeschaltet wird, wenn die Batterie (10) mit den Meßleitungen (22) verbunden ist und wieder selbständig ausschaltet, wenn die Meßleitungen wieder getrennt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch qekennzeichnet, daß die zu messende Batterie (10) selbst die Betriebsspannungs­ versorgung der Meßvorrichtung übernimmt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreheisenmeßwerk (23) direkt ohne Gleichrichter als Anzeigemittel dient.