DE19533445A1 - Charge control and capacity check circuit e.g. for rechargeable NiCd- and NiMH-cells - Google Patents

Charge control and capacity check circuit e.g. for rechargeable NiCd- and NiMH-cells

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Abstract

The circuit (1) produces a 100% signal when the cell (2) is fully charged from a DC supply (Vs) via a transistor switch (T) and current shunt (Rs). A cell temperature sensor (5) is also connected to the state evaluation circuit (6) which drives an LED display. For charge states below 100% a reference voltage is produced from a basic voltage value weighted with first and second corrections for the temperature and internal resistance of the cell. The evaluation circuit compares the actual discharge voltage with the reference, and switches-on a corresponding number of LEDs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ladungssteuerung und Kapazitätskontrolle wiederauflad­ barer Akkumulatoren, insbesondere NiCd- und NiMH- Akkumulatoren gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.The invention relates to a circuit arrangement for Charge control and capacity control recharge accumulators, in particular NiCd and NiMH Accumulators according to the preamble of Pa claim 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist in Design und Elek­ tronik 22 vom 20.10.1992, Seiten 113 und 114 be­ schrieben. Dort erfolgt die Ladekontrolle durch einen Schaltkreis, der den aktuellen Ladezustand des Akkumu­ lators anhand von detektierten Lade- und Entladeströmen ermittelt und über ein zusätzliches Display zur Anzeige bringt. An einem Shunt-Widerstand erzeugen die Lade- und Entladeströme eine Spannung, die in eine pro­ portionale Taktfrequenz umgesetzt wird, die ihrerseits einen Vorwärts/Rückwärtszähler bei Entladung herunter­ zählen und beim Laden wieder heraufzählen läßt. Dabei entspricht der Zählerwert einem bestimmten Kapazitäts­ zustand des Akkumulators und steuert entsprechend die optische Anzeige. Da das Kapazitätsverhalten wesentlich durch die Akkumulatortemperatur beeinflußt wird, wird diese mittels eines Heißleiters ermittelt und die Takt­ frequenz entsprechend korrigiert. Da über einen großen Kapazitätsbereich die Abhängigkeiten zwischen Tempera­ tur und der Kapazität als auch Entladestrom und Kapazi­ tät nicht linear sind, sondern typischen Kennlinien entsprechen, werden diese charakteristischen Werte in einem EEPROM abgespeichert und bewirken eine ent­ sprechende Ansteuerung des Zählers.Such a circuit arrangement is in design and elec tronik 22 dated October 20, 1992, pages 113 and 114 wrote. There the charge control is carried out by a Circuit that shows the current state of charge of the battery lators based on detected charge and discharge currents determined and via an additional display for display brings. At a shunt resistor, the charging and discharge currents a voltage that is in a per proportional clock frequency is implemented, which in turn down an up / down counter when discharging counting and counting up again when loading. Here the counter value corresponds to a certain capacity state of the accumulator and controls the accordingly optical display. Because the capacity behavior is essential is influenced by the battery temperature this is determined using a thermistor and the clock frequency corrected accordingly. Because about a big one Capacity range the dependencies between tempera tur and the capacity as well as discharge current and capaci  are not linear, but typical characteristics correspond to these characteristic values in stored in an EEPROM and cause an ent speaking control of the counter.

Ferner ist in diesem Artikel beschrieben, daß dieser bekannte Schaltkreis zur Ladungskontrolle auch zusammen mit einer geregelten Ladungssteuerung eingesetzt wird, wodurch eine Ladungsüberwachung mittels eines ab­ gestimmten Ladestromes und eines definierten Ladeendes erzielt wird. Dabei werden mit einer Delta-V-Lade­ methode kurze Ladezeiten von einer Stunde bzw. 10 Minuten erreicht.This article also describes that this well-known circuit for charge control also together is used with a regulated charge control, whereby a charge monitoring by means of an tuned charging current and a defined charging end is achieved. Doing so with a Delta V drawer method short loading times of one hour or 10 Minutes reached.

Dieser oben beschriebene bekannte Schaltkreis zur Lade­ kontrolle von Akkumulatoren weist jedoch den Nachteil auf, daß dieser ein EEPROM aufweist und zur Steuerung der Ermittlung des aktuellen Ladezustandes ein Mikro­ prozessor erforderlich macht, so daß dies zu hohen Kosten des Schaltkreises führt.This known charging circuit described above Checking accumulators, however, has the disadvantage that this has an EEPROM and for control the determination of the current state of charge a micro processor requires, so this is too high Cost of the circuit leads.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der Eingangs genannten Art anzuge­ ben, die ebenfalls zuverlässig den Ladezustand eines Akkumulators anzeigt und außerdem mit wenig Aufwand re­ alisierbar ist.The invention is therefore based on the object Circuit arrangement of the type mentioned suit ben, which also reliably charge a Indicates accumulator and also re with little effort is realizable.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Hiernach ist eine Zu­ standsauswerteschaltung vorgesehen, die eine den Lade­ zustand des Akkumulators anzeigende Anzeigevorrichtung ansteuert und wenigstens zwei Ladezustände zur Anzeige bringt. Dies ist einmal ein der Volladung entsprechen­ der Ladezustand und andererseits ein Ladezustand mit einer bestimmten Restkapazität X, mit X < 100%. Zur An­ zeige des vollgeladenen Zustandes wird das von der Ladesteuereinheit bei Volladung erzeugte 100%-Signal verwendet. Zur Anzeige des anderen Ladezustandes er­ zeugt die Zustandsauswerteschaltung eine Referenz­ spannung, die sich aus einem Basisspannungswert ergibt, der mit einem ersten und zweiten Korrekturwert gewich­ tet ist. Hierbei entspricht dem Basisspannungswert die Zellenspannung des Akkumulators bei der entsprechenden Kapazität von X%. Der erste Korrekturwert berück­ sichtigt den Spannungsabfall aufgrund der zu ermitteln­ den Akkumulatortemperatur, während der zweite Korrekturwert den Spannungsabfall aufgrund des Innen­ widerstandes des Akkumulators berücksichtigt, indem der Spannungsabfall mit dem ebenfalls zu detektierenden La­ destromwert bestimmt wird. Der so erzeugte Referenz­ spannungswert wird mit der aktuellen Spannung an dem Akkumulator verglichen und entsprechend dem Ver­ gleichsergebnis die Anzeigevorrichtung angesteuert.This task comes with the distinctive features of claim 1 solved. After that is a Zu status evaluation circuit provided the one the drawer state of the accumulator indicating device controls and at least two charge levels for display brings. This is once a full charge the state of charge and on the other hand a state of charge with  a certain residual capacity X, with X <100%. To the show the fully charged condition is that of the Charging control unit generates 100% signal when fully charged used. To display the other charge level the status evaluation circuit creates a reference stress resulting from a base stress value which gave way with a first and second correction value is. The base voltage value corresponds to the Cell voltage of the battery at the corresponding one X% capacity. The first correction value is taken into account visualizes the voltage drop due to determine the battery temperature, while the second Correction value the voltage drop due to the inside resistance of the accumulator is taken into account by the Voltage drop with the La also to be detected Destructive value is determined. The reference generated in this way voltage value is measured with the current voltage on the Accumulator compared and according to Ver same result, the display device controlled.

Mit dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden zwei entscheidende Extremwerte der Kapazität, nämlich der maximale Kapazitätswert sowie ein Restkapazitäts­ wert zuverlässig bestimmt und zur Anzeige gebracht. So kann vorzugsweise als Restkapazitätswert der Wert < 50% gewählt werden, wobei für NiCd-Zellen als Basisspan­ nungswert der Wert 1,18 V erzeugt wird, wobei hiervon als erster Korrekturwert ein der Akkumulatortemperatur entsprechender Spannungsabfall mit einem Temperatur­ koeffizienten von 4 mV/K abgezogen wird und zusätzlich ein den Innenwiderstand berücksichtigender Spannungsab­ fall Ri × Ibat mit bekanntem Innenwiderstand Ri und gemessenem Entladestrom Ibat berücksichtigt wird. Desweiteren kann auch ein Restkapazitätswert mit einem Wert von < 10% angezeigt werden, wenn ein temperatur­ kompensierter Referenzspannungswert von 1,03 V-4 mV/K pro Zelle, der wiederum um den Stromkompensationswert Ie × Ibat reduziert ist, unterschritten wird. Schließlich kann auch ein Restkapazitätswert mit weniger als 5% vorgesehen werden, was einem nahezuleeren Akkumulator entspricht. Hierzu wird eine temperaturkompensierte Referenzspannung von 0,98-4 mV/K pro Zelle erzeugt, der wiederum um den zweiten Korrekturwert reduziert ist.With this circuit arrangement according to the invention, two decisive extreme values of the capacity, namely the maximum capacity value and a residual capacity value, are reliably determined and displayed. Thus, the value <50% can preferably be selected as the residual capacity value, the value of 1.18 V being generated for NiCd cells as the base voltage value, a voltage drop corresponding to the battery temperature being subtracted from this as a first correction value with a temperature coefficient of 4 mV / K is and in addition a voltage drop R i × I bat taking into account the internal resistance with known internal resistance R i and measured discharge current I bat is taken into account. Furthermore, a residual capacity value with a value of <10% can also be displayed if the temperature falls below a temperature-compensated reference voltage value of 1.03 V-4 mV / K, which in turn is reduced by the current compensation value I e × I bat . Finally, a residual capacity value of less than 5% can also be provided, which corresponds to an accumulator to be emptied. For this purpose, a temperature-compensated reference voltage of 0.98-4 mV / K is generated per cell, which in turn is reduced by the second correction value.

Somit benötigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weder eine Speicheranordnung noch einen Mikroprozessor. Die Referenzspannung sowie die zu erzeugenden Korrek­ turspannungen werden mittels einfach aufzubauender Widerstandsnetzwerke sowie handelsüblichen Komparatoren erzeugt, so daß insgesamt ein einfacher und somit kostengünstiger Schaltungsaufbau erzielt wird.The circuit arrangement according to the invention thus requires neither a memory arrangement nor a microprocessor. The reference voltage and the correction to be generated door voltages are created by means of easy to set up Resistor networks and commercially available comparators generated so that overall a simple and thus inexpensive circuit construction is achieved.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann neben einer Anzeige eines einzigen Restkapazitäts­ wertes zusätzlich weitere Restkapazitätswerte zur An­ zeige gebracht werden. So können beispielsweise die o.g. Restkapazitätswerte von weniger als 50%, von weni­ ger als 10% und von weniger als 5% bestimmt und ange­ zeigt werden.According to an advantageous development of the invention can display a single remaining capacity value in addition to other residual capacity values show brought. For example, the o.g. Residual capacity values of less than 50%, by weni less than 10% and less than 5% determined and reported be shown.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung können mittels eines Vorwärts/Rückwärtszählers sogenannte Kapazitäts-Zwischenwerte angezeigt werden, die zwischen den mittels einer Referenzspannung be­ stimmten Kapazitätswerten oder zwischen dem der Volladung entsprechenden Ladezustand und der mittels einer Referenzspannung bestimmten Restkapazität liegen. Dabei wird in Abhängigkeit des Betriebszustandes, also Laden oder Entladen des Akkumulators, dieser Zähler vorwärts oder rückwärts getaktet. So wird beim Laden des Akkumulators eine erste Taktfrequenz erzeugt, die diesem Vorwärts/Rückwärtszähler zugeführt wird. Bei der Entladung dagegen wird eine dem Entladestromwert pro­ portionale zweite Taktfrequenz erzeugt, die ent­ sprechend der detektierten Akkumulatortemperatur korri­ giert wird. Jeder Zählerzustand stellt dabei ein be­ stimmter Ladezustand des Akkumulators dar und kann zur Anzeige gebracht werden. Um auch bei langer Lagerung des Akkumulators dessen Selbstentladungseffekt zu be­ rücksichtigen, kann auch eine dritte Taktfrequenz er­ zeugt werden, die ebenfalls ein Rückwärtszählen des Vorwärts/Rückwärtszählers bewirkt. Um schließlich auch den auf die Gesamtkapazität des Akkumulators einfluß­ nehmenden Alterungseffekt in die Anzeige der Kapazität einzubeziehen, wird die Zyklenzahl detektiert und eine entsprechende Korrektur der ersten, zweiten und dritten Taktfrequenzen vorgenommen.In a further advantageous development of the Er can be found by means of an up / down counter so-called intermediate capacity values are displayed, between the be by means of a reference voltage agreed capacity values or between that of the Fully charged state of charge and the means of a residual voltage determined by a reference voltage. Depending on the operating state,  Charging or discharging the accumulator, this counter clocked forward or backward. This is how it is when loading of the accumulator generates a first clock frequency that this up / down counter is supplied. In the Discharge, on the other hand, becomes one of the discharge current values per generated proportional second clock frequency, the ent corresponding to the detected battery temperature corri is greeded. Each counter state sets a be is the correct state of charge of the battery and can be used Be brought. To even with long storage the accumulator to be the self-discharge effect take into account, he can also a third clock frequency be witnessed, which is also a countdown of the Up / down counter causes. Finally, too the influence on the total capacity of the battery increasing aging effect in the display of capacity the number of cycles is detected and a corresponding correction of the first, second and third Clock frequencies made.

Der Vorwärts/Rückwärtszähler kann auch so angesteuert werden, daß bei Ladung des Akkumulators dieser Zähler rückwärts und bei Entladung vorwärts getaktet wird. Da­ bei wird dieser Zähler auf den höchsten bzw. niedrig­ sten Zählerstand gesetzt, wenn durch Ladung der mit ei­ nem Referenzspannungswert erreichte Ladezustand bzw. der der Volladung entsprechende Ladezustand erreicht wird.The up / down counter can also be controlled in this way be that when the accumulator is charged this counter clocked backwards and forward when discharged. There at, this counter is at the highest or low Most meter reading is set if the load with a the reference voltage value reached state of charge or the state of charge corresponding to the full charge is reached becomes.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Aus­ führungsbeispieles im Zusammenhang mit der Figur darge­ stellt und erläutert werden. In the following, the invention shall be based on an off leadership example in connection with the figure Darge provides and explained.  

Die Schaltungsanordnung 1 gemäß der einzigen Figur ent­ hält die Schaltungskomponenten 3, 4 und 6, die eine La­ deeinheit, eine Ladesteuerung sowie eine Zustandsaus­ werteschaltung bezeichnen. Ein Akkumulator 2 liegt in einem Lade- und Entladestromkreis 12 und 13, wobei der Ladestromkreis 12 von einer Betriebsspannungsquelle Vs gespeist wird und gleichzeitig über eine Schalterein­ heit 15 mit einem Verbraucher 9 verbunden ist. Über diese Schalteinheit 15 ist auch der Entladestromkreis 13 mit dem Verbraucher 9 verbindbar. Eine entsprechende Steuerung dieser Schaltereinheit 15 erfolgt durch die Ladesteuerung 4. Zur Ladung des Akkumulators 2 liefert die Betriebsspannungsquelle Vs einen Ladestrom, der über einen steuerbaren Transistor T und einen Strom- Shunt Rs dem Akkumulator 2 zugeführt wird. Mit diesem Strom-Shunt Rs wird der Ladestrom als Spannungsabfall über einen diesen gewichtenden Widerstand R₁ der Lade­ einheit 3 zugeführt, so daß mittels des Transistors T der Ladestrom regelbar wird. Hierzu führt die Ladeein­ heit 3 dem Transistor T ein Steuersignal zu, das sie in Abhängigkeit des an dem Shunt-Widerstand Rs entstehen­ den Spannungsabfalles erzeugt.The circuit arrangement 1 according to the single figure ent contains the circuit components 3 , 4 and 6 , which denote a charging unit, a charging control and a status evaluation circuit. An accumulator 2 lies in a charging and discharging circuit 12 and 13 , the charging circuit 12 being fed by an operating voltage source V s and at the same time being connected to a consumer 9 via a switch unit 15 . The discharge circuit 13 can also be connected to the consumer 9 via this switching unit 15 . Corresponding control of this switch unit 15 is carried out by the charge controller 4 . For charging the accumulator 2 , the operating voltage source V s supplies a charging current which is supplied to the accumulator 2 via a controllable transistor T and a current shunt R s . With this current shunt R s , the charging current is supplied as a voltage drop across a weighting resistor R 1 of the charging unit 3 , so that the charging current can be regulated by means of the transistor T. For this purpose, the charging unit 3 supplies the transistor T with a control signal which it generates as a function of the voltage drop occurring at the shunt resistor R s .

Die Ladeeinheit 3 wird über eine Leitung 10 von der La­ desteuereinheit 4 angesteuert. Hierzu wird die aktuelle Ladespannung über einen Widerstand R₃ dieser Lade­ steuereinheit zugeführt. Ferner erfaßt diese Lade­ steuereinheit 4 auch den Betriebsstatus des Verbrauchers 9 mittels eines Widerstandes R₄.The charging unit 3 is controlled via a line 10 from the La desteuereinheit 4 . For this purpose, the current charging voltage is supplied to this charging control unit via a resistor R₃. Furthermore, this charging control unit 4 also detects the operating status of the consumer 9 by means of a resistor R₄.

Mit der Ladesteuerung 4 können verschiedene bekannte Ladeverfahren realisiert werden. So kann in bekannter Weise das du/dt-Verhalten der Ladekurve überwacht und hieraus ein Abschaltkriterium abgeleitet werden. So kann beispielsweise bei Absinken der Akkumulator­ spannung, also bei negativem du/dt-Wert (- delta-U-La­ dung) oder aber bei verstärktem Ansteigen der Akkumula­ torspannung, also bei positivem du/dt-Wert (+ delta-U- Ladung) der Ladevorgang beendet werden. Neben dieser Gradienten-Überwachung des Spannungsverlaufs der Lade­ kurve ist auch die sogenannte Impulsladung oder die La­ dung nach der Reflex-Methode möglich. Bei der Impulsla­ dung wird mit sehr hohen Stromimpulsen geladen, wobei die Akkuspannung während einer stromlosen Phase ge­ messen und mit einem festen Referenzwert verglichen wird. Der Ladevorgang ist beendet, sobald die Akku­ spannung diesen Referenzwert erreicht hat. Bei dem Ver­ fahren nach der Reflex-Methode schließt sich an einen Ladeimpuls von bestimmter Dauer ein kurzer, hoher Ent­ ladeimpuls an, dem eine kurze stromlose Phase folgt, die zur Messung der Ladespannung dient. Allen diesen Ladeverfahren ist gemeinsam, daß sie die verfügbare Nutzkapazität der zu ladenden Akkumulatoren maximal ausnutzen und gleichzeitig weitgehend Schutz gegen eine Überladung bieten, da sie ein 100%-Signal erzeugen, wenn der maximale Ladezustand, also maximale Kapazität erreicht ist. Ein solches 100%-Signal erzeugt die Lade­ steuerung 4 und führt sie über eine Leitung 11 der Zu­ standsauswerteschaltung 6 zu, die damit den Zustand maximaler Kapazität (< 90%) über eine Anzeigevorrichtung 7 zur Anzeige bringt.Various known charging methods can be implemented with the charging controller 4 . The du / dt behavior of the charging curve can be monitored in a known manner and a switch-off criterion can be derived from this. For example, when the battery voltage drops, i.e. with a negative du / dt value (- delta-U charge), or when the battery voltage rises sharply, i.e. with a positive du / dt value (+ delta-U charge) ) the charging process is ended. In addition to this gradient monitoring of the voltage curve of the charging curve, so-called pulse charging or charging using the reflex method is also possible. In the pulse charge, charging is carried out with very high current pulses, the battery voltage being measured during a currentless phase and compared with a fixed reference value. The charging process ends as soon as the battery voltage has reached this reference value. When driving according to the reflex method, a charging pulse of a certain duration is followed by a short, high discharging pulse, followed by a short currentless phase, which is used to measure the charging voltage. All these charging methods have in common that they make maximum use of the available useful capacity of the batteries to be charged and at the same time offer extensive protection against overcharging, since they generate a 100% signal when the maximum charge state, that is to say maximum capacity, has been reached. Such a 100% signal generates the charging control 4 and leads it via a line 11 to the status evaluation circuit 6 , which thus displays the state of maximum capacity (<90%) via a display device 7 .

Wird nun der Verbraucher 9 nicht mehr von der Betriebs­ spannungsquelle Vs gespeist, wird dies über den Wider­ stand R₃ detektiert und die Schaltereinheit 15 von der Ladesteuerung 4 so angesteuert, daß nunmehr dem Verbraucher 9 ein Entladestrom des Akkumulators 2 über den Entladestromkreis 13 zugeführt wird. Der Ent­ ladestrom wird über die beiden Widerstände Rs und R₁ detektiert, indem der Spannungsabfall an diesen Wider­ ständen der Zustandsauswerteschaltung 6 zugeführt wird. Gleichzeitig wird auch die Akkumulatortemperatur mit­ tels eines NTC-Widerstandes 5 über einen Widerstand R₂ in eine temperaturproportionale Spannung übersetzt und ebenfalls der Zustandsauswerteschaltung 6 zugeführt. Schließlich wird auch die Entladespannung des Akkumula­ tors 2 über den Widerstand R₅ von der Zustands­ auswerteschaltung 6 detektiert. Der Kapazitätsbereich von 50-10% kommt dann zur Anzeige, wenn die Entlade­ spannung einen bestimmten Referenzspannungswert unter­ scheidet. Dieser Referenzspannungswert wird aus einem Basisspannungswert von 1,18 V pro Zelle erzeugt, der um zwei Kompensationswerte vermindert wird. Der erste Kom­ pensationswert berücksichtigt den Spannungsabfall auf­ grund der Temperatur mit einem negativen Temperatur­ koeffizienten von -4 mV/K. Eine solche Temperaturkompen­ sation kann mittels zwei in Reihe geschalteten, mit dem Akku in Kontakt stehenden Dioden realisiert werden, weil deren Temperaturkoeffizient ungefähr demjenigen von NiCd- und NiMH-Zellen mit -4mV/K entspricht. Der zweite Kompensationswert berücksichtigt dagegen den Innenwiderstand, der zu einem Spannungsabfall Ri × Ibat führt. Hierzu wird der Entladestrom Ibat über die beiden Widerstände Rs und R₁ in eine proportionale Spannung gewandelt und nach entsprechender Anpassung vom Basisspannungswert subtrahiert. Um eine ent­ sprechende Anpassung an den Akkumulatortyp vornehmen zu können, kann der Entladestrom auch über einen Wider­ stand R₁′ detektiert werden. Dieser Kapazitätswert von 10-50% stellt neben dem 100%-Signal ein weiterer zu­ verlässiger Wert dar. If the consumer 9 is no longer fed from the operating voltage source V s , this is detected via the resistance R₃ and the switch unit 15 is controlled by the charging controller 4 so that the consumer 9 is now supplied with a discharge current of the battery 2 via the discharge circuit 13 . The unloading current is detected via the two resistors R s and R 1 by the voltage drop at these opposing states of the state evaluation circuit 6 . At the same time, the battery temperature is translated into a temperature-proportional voltage by means of an NTC resistor 5 via a resistor R₂ and also supplied to the state evaluation circuit 6 . Finally, the discharge voltage of the accumulator 2 is detected by the state evaluation circuit 6 via the resistor R₅. The capacity range of 50-10% is displayed when the discharge voltage is below a certain reference voltage value. This reference voltage value is generated from a base voltage value of 1.18 V per cell, which is reduced by two compensation values. The first compensation value takes into account the voltage drop due to the temperature with a negative temperature coefficient of -4 mV / K. Such a temperature compensation can be realized by means of two diodes connected in series with the battery, because their temperature coefficient corresponds approximately to that of NiCd and NiMH cells with -4mV / K. The second compensation value, however, takes into account the internal resistance, which leads to a voltage drop R i × I bat . For this purpose, the discharge current I bat is converted into a proportional voltage via the two resistors R s and R 1 and subtracted from the base voltage value after appropriate adjustment. In order to be able to make an appropriate adjustment to the battery type, the discharge current can also be detected via a resistor R 1 '. This capacity value of 10-50% represents another reliable value in addition to the 100% signal.

Um auch einen Kapazitätszwischenwert zwischen dem 100%- Kapazitätswert und dem Kapazitätsbereich von 50-10% anzuzeigen enthält die Zustandsauswerteschaltung 6 einen Vorwärts/Rückwärtszähler 8. Dieser Vor­ wärts/Rückwärtszähler 8 wird mit dem 100%-Signal der Ladesteuerung 4 auf seinen höchsten Zählerstand ge­ setzt. Während des Entladevorganges wird diesem Vor­ wärts/Rückwärtszähler 8 eine Taktfrequenz zugeführt, die diesen Zähler abwärts zählen läßt. Dabei hängt die Taktfrequenz von der Entladestromstärke sowie der Akku­ mulatortemperatur ab. Bestimmte Zählerstände stellen dann einen bestimmten Kapazitätswert dar, der dann über die Anzeigevorrichtung 7 angezeigt wird. Gemäß der Figur werden diese Kapazitätszwischenwerte als Kapazi­ tätsbereich von 50-90% angezeigt.In order to also display an intermediate capacity value between the 100% capacity value and the capacity range of 50-10%, the status evaluation circuit 6 contains an up / down counter 8 . This before / down counter 8 is ge with the 100% signal of the charging controller 4 to its highest counter. During the unloading process this forward / down counter 8 is supplied with a clock frequency which allows this counter to count down. The clock frequency depends on the discharge current and the battery temperature. Certain meter readings then represent a certain capacitance value, which is then displayed on the display device 7 . According to the figure, these intermediate capacitance values are displayed as a capacitance range of 50-90%.

Wird dagegen bei einem Ladezustand des Akkumulators 2, der zwischen diesen beiden zuverlässigen Kapazitäts­ werten von 100% sowie 10-50% liegt, eine Ladung durch­ geführt, wird eine weitere Taktfrequenz erzeugt, die den Vorwärts/Rückwärtszähler 8 aufwärts zählen läßt. Hierzu wird nicht die Entladestromstärke detektiert, sondern es reicht aus, wenn die Zustandsauswerteschal­ tung 6 eine entsprechende Information von der Ladeein­ heit 3 über eine Leitung 14 erhält.On the other hand, if a charge of the accumulator 2 , which lies between these two reliable capacitance values of 100% and 10-50%, a charge is carried out, a further clock frequency is generated which allows the up / down counter 8 to count up. For this purpose, the discharge current is not detected, but it is sufficient if the condition evaluation circuit 6 receives corresponding information from the charging unit 3 via a line 14 .

Um auch den Selbstentladungseffekt bei langer Lagerung des Akkumulators 2 berücksichtigen zu können, erzeugt die Zustandsauswerteschaltung 6 eine dritte Takt­ frequenz, die ebenfalls ein Rückwärtszählen des Vor­ wärts/Rückwärtszählers 8 bewirkt. Schließlich kann auch ein Alterungseffekt berücksichtigt werden, indem die Anzahl der Zyklen gezählt werden; in Abhängigkeit die­ ser Zyklenzahl erfolgt dann eine Korrektur der ge­ nannten Taktfrequenzen.In order to be able to take into account the self-discharge effect when the accumulator 2 is stored for a long time, the state evaluation circuit 6 generates a third clock frequency, which likewise effects a downward counting of the forward / downward counter 8 . Finally, an aging effect can also be taken into account by counting the number of cycles; depending on this number of cycles, a correction is made to the clock frequencies mentioned.

Mit einem solchen Zähler 8 können die weniger kri­ tischen Kapazitätszwischenwerte, die zwischen 2 genauen Kapazitätswerten bzw. Kapazitätsbereichen liegen, dar­ gestellt werden.With such a counter 8 , the less critical intermediate capacity values, which lie between 2 precise capacity values or capacity ranges, can be represented.

Der Kapazitätsbereich von < 10% wird mit der Anzeigevor­ richtung 7 dann angezeigt, wenn die Entladespannung einen Referenzwert unterschreitet, der einen Basis­ spannungswert von 1,03 V pro Zelle aufweist, der wie­ derum um die Temperatur sowie den Innenwiderstand kom­ pensiert ist. Wird der Akkumulator 2 weiterentladen, wird ein Kapazitätsbereich von < 5% angezeigt, was im wesentlichen einem leeren Akkumulator entspricht. Hier­ bei wird ein Basisspannungswert von 0,98 V pro Zelle er­ zeugt, der ebenfalls um den Temperatur- und Innenwider­ standswert kompensiert ist.The capacity range of <10% is indicated with the display device 7 when the discharge voltage falls below a reference value which has a base voltage value of 1.03 V per cell, which in turn is compensated for by the temperature and the internal resistance. If the accumulator 2 is further discharged, a capacity range of <5% is displayed, which essentially corresponds to an empty accumulator. Here a base voltage value of 0.98 V per cell is generated, which is also compensated for by the temperature and internal resistance value.

Es ist auch möglich, nur den letztgenannten Kapazitäts­ bereich bzw. die beiden letztgenannten Kapazitätsbe­ reiche mittels eines Referenzwertes zu bestimmen und die anderen Kapazitätsbereiche mit Hilfe des Vor­ wärts/Rückwärtszählers 8 festzulegen. Dann muß jedoch der Nachteil hingenommen werden, daß dann die ent­ sprechend angezeigten Kapazitätswerte weniger genau sind.It is also possible to determine only the last-mentioned capacity area or the two latter-mentioned capacity areas by means of a reference value and to determine the other capacity areas with the aid of the forward / downward counter 8 . Then, however, the disadvantage must be accepted that the capacitance values displayed accordingly are less accurate.

Die Anzeigevorrichtung 7 kann als Anzeigeelemente Lu­ mineszenzdioden aufweisen.The display device 7 can have luminescent diodes as display elements.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung (1) zur Ladungssteuerung und Ka­ pazitätskontrolle wiederaufladbarer Akkumulatoren (2), insbesondere NiCd-Zellen und NiMH-Zellen, die eine La­ deeinheit (3) und eine Ladesteuereinheit (4), die bei Volladung des Akkumulators (2) ein definiertes Ladeende durch Erzeugen eines 100%-Signals anzeigt, sowie erste Mittel (5) zur Detektion der Akkumulatortemperatur, zweite Mittel (Rs) zur Detektion des Entladestromes (Ibat) und dritte Mittel (R₅) zur Detektion der Ent­ ladespannung am Akkumulator (2) umfaßt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Es ist eine Zustandsauswerteschaltung (6) vorge­ sehen, die eine den Ladezustand des Akkumulators (2) anzeigende Anzeigevorrichtung (7) ansteuert und we­ nigstens zwei Ladezustände zur Anzeige bringt:
  • a1) Einen Ladezustand mit 100%iger Kapazität,
  • a2) einen Ladezustand mit X%iger Kapazität, wobei X < 100% ist,
  • b) zur Anzeige des Ladezustandes a1) wird das 100%-Si­ gnal der Zustandsauswerteschaltung (6) zugeführt,
  • c) zur Anzeige des Ladezustandes a2) erzeugt die Zu­ standsauswerteschaltung (6) eine Referenzspannung, die aus einem Basisspannungswert besteht, der mit einem ersten und zweiten Korrekturwert gewichtet wird, wobei
  • c1) der Basisspannungswert der Zellenspannung des Akkumulators bei einer Kapazität von X% ent­ spricht,
  • c2) der erste Korrekturwert den Spannungsabfall auf­ grund der mit dem ersten Mittel (5) detektierten Temperatur berücksichtigt und
  • c3) der zweite Korrekturwert den Spannungsabfall aufgrund des Innenwiderstandes (Ri) des Akkumu­ lators (2) berücksichtigt, indem der Spannungs­ abfall mit dem von dem zweiten Mittel (Rs) de­ tektierten Entladestromwert (Ibat) bestimmt wird, und
  • d) die Zustandsauswerteschaltung (6) vergleicht die mit den dritten Mittel (R₅) detektierten aktuellen Ent­ ladespannung des Akkumulators (2) mit der Referenz­ spannung und steuert entsprechend dem Vergleichser­ gebnis die Anzeigevorrichtung (7) an.
1.Circuit arrangement ( 1 ) for charge control and capacity control of rechargeable batteries ( 2 ), in particular NiCd cells and NiMH cells, which have a charging unit ( 3 ) and a charging control unit ( 4 ) which define a when the battery ( 2 ) is fully charged Indicates end of charging by generating a 100% signal, as well as first means ( 5 ) for detecting the battery temperature, second means (R s ) for detecting the discharge current (I bat ) and third means (R₅) for detecting the discharge voltage at the battery ( 2 ), characterized by the following features:
  • a) There is a state evaluation circuit ( 6 ) provided which controls a display device ( 7 ) indicating the state of charge of the accumulator ( 2 ) and at least displays two states of charge:
  • a1) a state of charge with 100% capacity,
  • a2) a state of charge with X% capacity, where X <100%,
  • b) to display the state of charge a1) the 100% signal is supplied to the state evaluation circuit ( 6 ),
  • c) to display the state of charge a2), the state evaluation circuit ( 6 ) generates a reference voltage which consists of a base voltage value which is weighted with a first and second correction value, wherein
  • c1) the base voltage value of the cell voltage of the accumulator corresponds to a capacity of X%,
  • c2) the first correction value takes into account the voltage drop due to the temperature detected with the first means ( 5 ) and
  • c3) the second correction value takes into account the voltage drop due to the internal resistance (R i ) of the accumulator ( 2 ) by determining the voltage drop using the discharge current value (I bat ) detected by the second means (R s ), and
  • d) the state evaluation circuit ( 6 ) compares the current discharge voltage of the accumulator ( 2 ) detected with the third means (R₅) with the reference voltage and controls the display device ( 7 ) in accordance with the comparison result.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Es werden durch die Anzeigevorrichtung (7) weitere Ladezustände des Akkumulators (2) zur Anzeige ge­ bracht:
  • a3) Einen Ladezustand mit Y%iger Kapazität, wobei Y < X ist und
  • a4) einen Ladezustand mit Z%iger Kapazität, wobei Z < V ist, und
  • b) Zur Erzeugung der zugehörigen Referenzspannungen dient jeweils ein Basisspannungswert, der der Zellenspannung des Akkumulators (2) bei einer Kapa­ zität von Y bzw. Z% entspricht.
2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized by the following features:
  • a) There are additional charge states of the battery ( 2 ) for display by the display device ( 7 ):
  • a3) A state of charge with Y% capacity, where Y <X and
  • a4) a state of charge with Z% capacity, where Z <V, and
  • b) A base voltage value is used to generate the associated reference voltages, which corresponds to the cell voltage of the accumulator ( 2 ) with a capacitance of Y or Z%.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Zur Anzeige eines zwischen einem ersten und zweiten Ladezustand liegenden Zwischenkapazitätswertes weist die Zustandsauswerteschaltung (6) einen Vor­ wärts/Rückwärtszähler (8) auf, dessen Zählwerte den Zwischenkapazitätswerten entsprechen,
  • b) bei Ladung des Akkumulators (2) wird der Vor­ wärts/Rückwärtszähler (8) mit einer ersten Takt­ frequenz vorwärts bzw. rückwärts getaktet,
  • c) es sind Mittel vorgesehen, die den während einer Entladung detektierten Entladestrom (Ibat) in eine proportionale zweite Taktfrequenz umsetzen,
  • d) bei Entladung des Akkumulators (2) wird der Vor­ wärts/Rückwärtszähler (8) mit der zweiten Takt­ frequenz rückwärts bzw. vorwärts getaktet und
  • e) ferner sind Mittel vorgesehen, die in Abhängigkeit der Akkumulatortemperatur die zweite Taktfrequenz korrigieren.
3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized by the following features:
  • a) To display an intermediate capacity value lying between a first and a second state of charge, the state evaluation circuit ( 6 ) has a forward / backward counter ( 8 ), the count values of which correspond to the intermediate capacity values,
  • b) when the accumulator ( 2 ) is charged, the forward / downward counter ( 8 ) is clocked with a first clock frequency forwards or backwards,
  • c) means are provided which convert the discharge current (I bat ) detected during a discharge into a proportional second clock frequency,
  • d) when the accumulator ( 2 ) is discharged, the forward / down counter ( 8 ) is clocked with the second clock frequency backwards and forwards and
  • e) means are also provided which correct the second clock frequency as a function of the battery temperature.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Berücksichtigung eines Selbstent­ ladungseffektes des Akkumulators (2) eine dritte Takt­ frequenz erzeugt wird, die ebenfalls ein rückwärts­ bzw. vorwärtszählen des Vorwärts/Rückwärtszählers 8 be­ wirkt.4. A circuit arrangement according to claim 3, characterized in that to take into account a self-charging effect of the battery ( 2 ) a third clock frequency is generated, which also acts a downward or upward counting of the up / down counter 8 be. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Detektion der Zyklenzahl vorgesehen sind und das in Abhängigkeit dieser Zyklen­ zahl eine Korrektur der ersten, zweiten und dritten Taktfrequenzen erfolgt.5. Circuit arrangement according to claim 3 or 4, characterized characterized in that means for detecting the number of cycles are provided depending on these cycles pay a correction to the first, second and third Clock frequencies occur. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor­ wärts/Rückwärtszähler (8) auf seinen höchsten bzw. niedrigsten Zählerstand gesetzt wird, wenn der Akkumu­ lator (2) den höheren Ladezustand aufweist.6. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that the forward / downward counter ( 8 ) is set to its highest or lowest counter reading when the accumulator ( 2 ) has the higher state of charge.
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