Eine Anzeige der Batteriespannung ist eine durchaus sinnvolle Maßnahme, sie ist jedoch nicht immer
ausreichend. Die folgende Schaltung soll bei kritischem Ladezustand die Batterie komplett abschalten und sie auf diese Weise
vor einer weiteren Entladung, die zur Zerstörung der Batterie führen kann, schützen. Die Hauptkomponenten, die diese Schaltung
bilden, sind der Fensterdiskriminator TCA965 und ein bistabiles Relais.
Auf dem IC-Baustein TCA965 kann man zwei unabhängige Schaltschwellen einstellen, mit welchen die Batteriespannung
überwacht werden kann. Des Weiteren stellt der TCA965 eine stabilisierte Spannung von 6V zur Verfügung. Damit wird die
Schaltung von der schwankenden Spannung einer Batterie unabhängig. Zusätzlich kann man auf vier Ausgänge zurückgreifen. Ihre
Belastbarkeit beträgt 50 mA, womit auch größere Relais geschaltet werden können.
Fensterdiskriminator TCA 965 und seine Anschlüsse
Bistabiles Relais
Ein bistabiles Relais hat die Eigenschaft, im ausgeschalteten Zustand zwei stabile Schaltzustände einzunehmen.
Das hat den Vorteil, dass die Batterie nicht unnötig mit noch einem Abnehmer (die Spule eines Relais) dauerhaft belastet wird.
In der Schaltung kommt ein Mini-Relais (Belastbarkeit bis zu 2A) von Omron (G6AK-274P-ST-US-12VDC) zum Einsatz. Im Handel sind
auch Relais mit größerer Belastbarkeit erhältlich. Das Relais wird so der Überwachungsschaltung als auch allen Verbraucher
vorgeschaltet. Im kritischen Moment schaltet es komplett alles ab. Auf diese Weise wird die Batterie vor weiterer Entladung
geschützt. Nachdem sie aufgeladen wurde, kann die Überwachung-Schaltung wieder aktiviert werden.
Nachdem die Batterie aufgeladen wurde, wird die Schaltung mit dem Taster S1 aktiviert. Die erste Spule des
bistabilen Relais (1-16) bekommt einen Schaltimpuls und das Relais schaltet um. Der Kontakt des Relais 4-6 wird geschlossen. Die
Überwachung-Schaltung und die Verbraucher werden mit Strom versorgt. Der IC-Baustein überprüft, welche Spannung aktuell an der
Batterie herrscht. Dies geschieht, indem das Eingangssignal am Pin 8 mit den eingestellten Schaltschwellen am Pin 6 und 7
verglichen wird. Das untersuchte Signal am Pin 8 wird durch den Spannungsteiler R3/R4 in den Bereich unter 6V gebracht. Das
ist notwendig, da die Schaltschwellen ebenfalls in diesem Bereich liegen. Sie werden mit den Potentiometern P1 und P2 eingestellt
und mit der stabilisierten Spannung vom Pin 10 des TCA965 (6V) eingespeist. Bei 12V Batteriespannung ergibt sich am Pin 8 eine
Spannung von:
U(Pin8) = U(Bat) * R4 / (R3 + R4) = 3,84 V
Die Spannung der Batterie wurde also um den Faktor F=12 / 3,84 = 3,125 runtergesetzt.
Aufgebaute Testschaltung
Dem entsprechend müssen auch die Schaltschwellen am Pin 6 und Pin 7 eingestellt werden.
Wir legen in dem Beispiel fest, dass die Batterie in einem Spannungsbereich > 12,3 V betrieben werden soll. In dem
Bereich ist sie ca. über 50% geladen. Das ist die obere (Oberhalb) Schaltschwelle, die am Pin 6 eingestellt werden muss. Hier
muss also mit dem Potenziometer P2 eine Spannung von
U(Pin6) = 12,3 / 3,125 = 3,9 V
eingestellt werden. Dieser Bereich wird mit der grünen Leuchtdiode signalisiert.
Fällt die Spannung an der Batterie unter den Wert von 12,3 V, geht die gelbe Leuchtdiode an. Hier sind wir im Bereich, wo die
Batterie vorzugsweise wieder aufgeladen werden sollte.
Fällt die Spannung weiter und unterschreitet den Wert von 11,9 V, ist die Batterie entladen. Spätestens in diesem Moment soll
sie vom Verbraucher getrennt werden, sonst kann sie zerstört werden. Diese zweite Schaltschelle (Unterhalb) stellen wir mit
dem Potenziometer P1 am Pin 7 ein. Sie beträgt:
U(Pin7) = 11,9 / 3,125 = 3,8 V.
Wird diese Schaltschwelle unterschritten, wird der Pin 2 des TCA965 mit Masse verbunden und die zweite Spule des Relais (2-15)
aktiviert. Das Relais schaltet um, der Kontakt 4-6 wird geöffnet und die komplette Schaltung samt Verbraucher von der
Batterie getrennt.
