DE2351601A1 - Batterieladegeraet - Google Patents
BatterieladegeraetInfo
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Description
Df. H. Xohlsr. 0!,11.-,V2. S. £zinhsTi\ ' ? ? R" 1 R Π 1 η <η
. PBtontenwäue. ZoOiDUi 9,ίΟ. 73
Hamburg 60 - KönigstraBe 28 *
No. 38 7233
2
2
¥ 26030/73 ρ°·
WESIINGHOÜSE BRAKE AND SIGNAL COMPAlTY LIMITED
London, (England )- .
Batterieladegerät
Die Erfindung "betrifft ein Batterieladegerät, Nach der Erfindung ist eine Steuerschaltung für die Batterieladung
vorgesehen, in der der Ladezustand der Batterie durch Messungen abgeschätzt wird, während der Ladestrom
der Batterie unterbrochen ist, und die eine Einrichtung zum seitlichen Bestimmen einer Zeitperiode während einer
Unterbrechung, eine Einrichtung zum Registrieren der Batteriespannung
am Ende einer solchen Periode, eine Einrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit
einer Batteriespannung, die während einer früheren Unterbrechung
des Ladestroms registriert wurde, und eine Einrichtung enthält, die entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs
den danach der angeschlossenen Batterie zugeführten Ladestrom weiterfließen läßt, sperrt oder verändert.
Die Batteriespannung kann auf analoge oder digitale Veise
registriert werden. Die analoge Registrierung kann durch Ladung eines Kondensators erreicht werden. Die digitale Re-
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gistrierung kann dadurch erreicht werden, daß die Frequenz
eines spannungsgesteuerten Oszillators gesteuert wird, wobei die Anzahl oder die Frequenz der Schwingungen aufgezeichnet
wird. Die früher registrierte Batteriespannung kann während derselben Unterbrechung registriert werden wie
die später registrierte Batteriespannung oder während einer anderen, früheren Unterbrechung des Ladestroms.
Die Unterbrechung kann zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen einer Serie von Impulsen gebildet werden, und die
Batteriespannung kann am Anfang und am Ende eines Zwischenraums registriert werden, der am Snde einer Zeitperiode beginnt,
um die Veränderung der Spannung zu messen.
Die Impulse der Impulsfolge können gleiche Dsuer haben und
zeitlich gleichmäßig verteilt sein. Die Amplitude des Stroms, der während aufeinanderfolgender Impulse fließt, kann entsprechend
einer vorgegebenen Funktion verändert werden.
Die Zwischenräume, in denen die Veränderung der Batteriespannung gemessen wird, können alle gleich und zeitlich gleichmäßig
verteilt sein nach dem Ende des jeweiligen Impulses der Serie. In diesem Fall kann die in zwei Zwischenräumen gemessene
Veränderung verglichen werden. Die Veränderung in einem Zwischenraum kann dadurch gemessen werden, daß die Batteriespannung
am Anfang und am Ende des Zwischenraums einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird und die entstehenden
Frequenzen verglichen werden. Die Frequenzen kön-
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nen dadurch verglichen werden, daß ein Zähler in derselben
Zeitperiode mit den Frequenzen jeweils in entgegengesetzte Richtungen gezählt wird, so daJ3 die sich ergebende Zähl-Stellung
die Veränderung der Spannung angibt. Durch Wiederholung der Zählung während eines der gleichen und zeitlich
gleich verteilten aufeinanderfolgenden Zwischenräume und Verknüpfen der Zählungen in dem Zähler kann der Unterschied
in der Veränderung in jedem Zwischenraum abgeschätzt werden.
Das Ladegerät kann eine Einrichtung enthalten, die auf die
Differenz zwischen den Veränderungen in jedem dieser Intervalle anspricht und einen ausgewählten Wert erreicht, um
die Portsetzung der Impulsfolge zu verhindern.
Die Aufeinanderfolge von Impulsen und Zwischenräumen kann durch eine Polgesteuerung.zeitlich gesteuert werden, die eine
Zählanordnung enthält, die eine erste Zählung von einem Ursprung an zählt, um die Länge eines solchen Impulses darzustellen,
und der eine zweite Zählung zusätzlich zu der ersten,
an deren Ende das Intervall beginnt, zählt, und eine dritte Zählung zusätzlich zu der zweiten zählt, um das Intervall
darzustellen. Die Steuerung kann auf die erste Zählung ansprechen,
um das "Fließen des Ladestroms zu verhindern und sie kann auf eine vierte Zählung zusätzlich zu der dritten
ansprechen, um das Fließen des Ladestroms wieder zu ermöglichen.
Der Zähler kann eine fünfte Zählung zwischen der dritten
und der vierten ausführen, aufgrund der die auf die In-
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derung der Batteriespannung ansprechende Einrichtung arbeitet, um den Fluß des Ladestroms nach der vierten Zählung wieder
zu ermöglichen oder zu sperren.
Wenn die Änderung der Batteriespannung in aufeinanderfolgenden Intervallen verglichen wird, kann die fünfte Zählung in
dem ersten von zwei aufeinanderfolgenden Intervallen unterdrückt werden.
läach der Erfindung wird auch ein Batterieladegerät zum Anschluß
an eine Wechselspannung angegeben, die einen Gleichrichter, eine Drossel und einen gesteuerten Halbgleichrichter in einem
Ladestromweg und eine Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels des SCR zum Steuern des Stroms in diesem Stromweg enthält.
Die Mittel zum Verändern des Zündwinkels können auf einen Stromregler ansprechen, der den Ladestrom (I) so einstellt,
daß er mit dem Bezugswert übereinstimmt. Der Bezugswert kann entweder konstant sein oder entsprechend einer vorgegebenen
Punktion verändert werden. Diese Punktion kann abhängig sein von der Batteriespannung (U) über der Zeit, so daß I β (b-U)/C
ist, wobei b und C Konstante sind. Sie Funktion kann eine
schrittweise Annäherung an diese Gleichung sein.
Die Mittel zum Verändern des Zündwinkels können auch durch ein Signal der Polgesteuerung ansprechen, das anzeigt, ob der
Ladestrom fließen soll oder nicht.
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Die Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels kann auch
darauf ansprechen, daß eine Batterie mit dem Ladegerät verbunden
ist, um das Zuführen des Stroms zur Batterie um eine Zeitperiode zu verzögern.
Entsprechend der Erfindung wird such ein Batterieladegerät
angegeben, in dem der Ausgangsstrom durch eine Einrichtung gesteuert wird, die auf die Größe der Batteriespannung anspricht
und ein Steuersignal erzeugt, das entsprechend einer vorgegebenen Beziehung den Ausgangsstrom darstellt, und wobei
das Ladegerät entsprechend einer der zu ladenden Batterie angepaßten
Beziehung eingerichtet ist, in^dem ein elektrisches Schaltungselement modifiziert wird, um ein Steuersignal zu
erzeugen. Die Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals kann ein Operationsverstärker sein, der ein die Batteriespannung darstellendes Signal erhält, um ein Signal zu erzeugen,
das die geeignete Größe des Stromes darstellt, wobei dieses Signal wiederum einem Operationsverstärker zugeführt wird,
der den Ausgangsstrom bei einem vorgegebenen Maximalwert steuert, um diesen Strom unterhalb des maximalen Wertes zu halten.
Entsprechend der Erfindung wird auch ein Batterieladegerät
angegeben, bei dem der Ausgangsstrom durch einen Operationsverstärker gesteuert wird, dessen Eingangsschaltkreis Schaltungselemente
enthält, deren Wert durch eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Ladestrom (I) und der Zellenspannung (U)
der zu ladenden Batterie bestimmt sind.
I. '
Die Beziehung kann die Form I = (b - U)/c haben, wobei b der
vorgegebene Wert von I bei IT =0 ist und c das Verhält-
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— 6 —
nis von I zu U ist, und in diesem Falle siad die Schaltungselemente
Widerstände, bei denen der Wert des einen Widerstands
b und der Wert des anderen Widerstands c "bei geeigneten Eingangssignalen
darstellt. <
Der Eingangs s chaltkr ei s kann Signale erhalten, die den maximalen
Wert des Ladestroms, den tatsächlichen Wert des Ladestroms
und ein modifizierendes, τοπ der Zelleaspannurig abhängiges
Signal darstellen.
Diese Signale können den entsprechenden Widerständen zugeführt werden, und das modifizierende Signal kann über Widerstände
zugeführt werden, deren Wert bei ausgewählten Werten der Zellenspannung umgeschaltet wird.
Das Batterieladegerät kann in zwei Stufen der Ladung arbeiten, wobei in der ersten Stufe' ein konstanter Strom bis zu einem
Drittel der Kapazität in Amperestunden zugeführt wird, bis ein Meßfühler anzeigt, daß ein Gasen auftritt, wonach die zweite
Stufe beginnt, in welcher der Strom impulsweise zugeführt wird, wobei die Amplitude der Impulse entsprechend der Bstteriespannung
zu jeder Zeit gesteuert wird, um ein übermäßiges Laden zu verhindern, und in welcher zweiten Stufe die Veränderung der
Batteriespannung in dem Zwischenraum zwischen den Impulsen gemessen wird, um den Ladezustand der Batterie zu schätzen und
dadurch das Ende der zweiten Stufe zu 'bestimmen.
Das Batterieladegerät kann in drei Stiafea arbeiten, wobei die
dritte nach der zweiten Stufe beginnt und die Batterie dabei
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mm 7 -m
■ - 7"-
in einer weiteren Reihe von Impulsen geladen wird, wobei jeder
Impuls kürzer als die der zweiten Stufe ist und die Impulse durch Zeitperioden getrennt sind, !Während denen die
Batteriespannung "bis auf einen ausgewählten ¥ert absinken
kann, wonach der nächste Impuls beginnt.
Die Zeitperiode kann so gewählt sein, daß die registerierte Spannung einem konstanten unterschied zustrebt, während die
Batterie geladen wird, oder sie kann kürzer sein, so daß die registrierte Spannung einen steigenden Unterschied zeigt, während
die Batterie geladen wird« Im letzteren Pail kann die
auf das Ergebnis des Yergleichs ansprechende Einrichtung den Lade strom -verringern, wenn der Unterschied einen vorgegebenen
Wert überschreitet. Dieser vorgegebene Wert kann so sein, daß
er anzeigt, daß ein Gasen in der Batterie auftritt· Der Unterschied
kann zwischen den registrierten Werten der Batteriespannungsabnahme liegen«, Ein weiterer Vergleich kann zwischen
dem Unterschied der Spannungsabnahme in gleichen Zwischenräumen
während aufeinanderfolgenden Unterbrechungen vorgenommen
werden. Der Wert des Unterschieds in den gleichen Zwischenräumen oder eine Punktion davon kann einem Eingang einer Schaltung
zugeführt werden, die eine arithmetische Funktion durchführt und bei der ein anderer Eingang den maximalen Wert des
Ladestroms darstellt, um diesen maximalen Wert entsprechend dem geschätzten Ladezustand zu modifizieren.
Die Einrichtung kann die Schätzung dadurch ausführen, daß der
Wert der Batteriespannung mit dem in einer früheren Unterbrechung
verglichen wird. Die Modifikation kann so sein, daß
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der Ladestrom auf Full reduziert wird, um die Ladung zu beenden, wenn der Wert nicht größer ist als der in der vorhergehenden
Unterbrechung. Der Vergleich kann durch einen analogen Differenzverstärker ausgeführt werden, der den Wert der Batteriespannung
unter Steuerung der Polgesteuerung abtastet. Die Folgesteuerung kann einen Zähler enthalten, der Impulse von einem
2 - Geschwindigkeiten-Oszillator erhält, wobei die höhere Geschwindigkeit
die Dauer der Unterbrechung, die Abtastung und
das Arbeiten des Differenzverstärkers steuert.
Wenn die Batteriespannung als Analogwert registriert wird, kann sie als Ladung eines Kondensators gespeichert werden, und
der Vergleich einer registrierten Spannung mit einer früher registrierten Spannung kann durch eine Abtasteinrichtung durchgeführt
werden, die auf den Energiefluß zu oder von dem Speicherkondensator anspricht und der Ladestrom kann modifiziert
werden, wenn der Energiefluß unterhalb eines vorgegebenen Pegels liegt.
Der Kondensator kann mit der Batteriespannung oder einer davon
abhängigen Spannung verbunden sein und dadurch während eines zeitlich gesteuerten Zwischenraums an ausgewählten Punkten in
der Unterbrechung geladen werden. Die Abtasteinrichtung kann ein Verstärker sein, der auf die in dem Widerstand, durch den
der Kondensatorladestrom fließt, erzeugte Spannung anspricht.
Die Schaltung kann eine Polgesteuerung mit einem Zähler enthalten,
der Impulse zum Erzeugen eines Zeitsignals erhält, um
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die Unterbrechung der ladung, die Auswahl des Punktes in der
Unterbrechung für den zeitlich gesteuerten Zwischenraum und den Wiederbeginn der Ladung zu bewirken. Der Zwischenraum
kann durch ein besonderes Zeitelement, das monostabil sein kann, zeitlich gesteuert werden. Die der Folgesteuerung zugeführten
Impulse können zwei Geschwindigkeiten haben.
; ι . ■ Das durch die Abtasteinrichtung erzeugte Ausgangssignal zum
Modifizieren des Stromes kann den erneuten Beginn der Ladung
dadurch verändern, daß das Arbeiten des Zählers gesperrt wird, und es kann auch einen Schaltkontakt ansteuern, um die Geschwindigkeit,
mit der die Impulse dem Zähler zugeführt werden, zu ändern.
Die Schaltung kann auch Vergleicher enthalten, die auf den
Wert der Ausgangsspannung des Ladegeräts und die entsprechenden Bezugswerte ansprechen. Bin erster Vergleicher kann das
Arbeiten des Schaltkontaktes verändern, bis ein vorgewählter Wert der Ausgangsspannung und damit der Batteriespannung erreicht
ist. Ein zweiter Vergleicher kann ein Ausgangssignal liefern, um den Ladestrom zu verändern, solange die Ausgangsspannung
über einem Wert liegt, bei dem ein Gasen auftritt. Die Schaltung kann eine Einrichtung enthalten, die einen gesteuerten
Übergang in dem Betrieb des zweiten Vergleichers erzeugt. Die Einrichtung zum Erzeugen des gesteuerten Übergangs
kann eine Einrichtung zum zeitlichen Steuern des stabilisierenden Zwischenraums, einen programmierbaren Schaltkontakt,
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der durch den zweiten Vergleicher am Beginn des stabilisierenden
Zwischenraums vorbereitet wird, um an deren Ende die Ladung wieder einzuleiten, und eine Einrichtung enthalten,
die den Kondensator auf die Batteriespannung oder eine davon abhängige Spannung am Ende des stabilisierenden Zwischenraums
auflädt, um einen korrigierten Bezugswert für die nachfolgenrden Schätzungen des Ladezustands der Batterie zu erzeugen.
Die Schaltung kann eine. Schutzeinrichtung enthalten, die in !Tätigkeit tritt, wenn die Abfühleinrichtung versucht, den
Schaltkontakt zu betätigen, während der erste Vergleicher gesperrt ist, um die Ladung zu unterbrechen und die Folgesteuerung
zu veranlassen, ein Signal zu erzeugen, das die Unterbrechung zeitlich steuert und danach die Ladung wieder beginnt.
Wenn der Schaltkontakt durch das Arbeiten der Abfühleinrichtung betätigt wird und der Zähler gesperrt ist, kann der erste Vergleicher
darauf ansprechen, daß die Batteriespannung auf einen vorgewählten Wert abfällt, um die Ladung unter Steuerung des
Zählers zu beginnen, der Impulse mit der schnelleren der beiden Geschwindigkeiten erhält, um.einen Zwischenraum zeitlich
zu steuern, nachdem die Ladung wieder beendet und der Zähler gesperrt wird. Der Kondensator des Schätzschaltkreises kann
mit der Batteriespannung über ein Relais verbunden werden.
Das Relais kann ein Reed-Relais sein, und die Kontakte und der Kondensator können in Reihe geschaltet zusammen umkapselt
sein, so daß die miteinander verbundenen Anschlüsse vollstän-
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dig innerhalb der Umkapslung liegen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung v/erden nachfolgend anhand
der Zeichnungen erläutert. Bs zeigens
Pig. 1 ein Blockschaltbild eines Batterieladegeräts,
Fig. 2 eine Kurve zur Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung
nach Pig. 1,
Pig. 3 ein ausführlicher dargestelltes Schaltbild eines Teils nach Pig. 1,
Pig. 4 eine Kurve zur Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung
nach Pig. 3»
Pig.'5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform einer
^adestromsteuerung,
Pig«, 6 ein Blockschaltbild einer Ladungsbeendigungssteuerung,
Pig. 7 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung eines Batterieladegeräts,
■ ' " - "
Pig. 8 ein ausführlicher dargestelltes Schaltbild der Einrichtung nach Pig. 7»
Pig. 9 eine Anzahl von Kurven, die die Abnahme der Batteriespannung
nach einer Unterbrechung der Ladung darstellen.
Pig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Batterieladegeräts nach der Erfindung. Der eigentliche Ladeschaltkreis erstreckt sich
von dem Wechselspannungsanschluß, der normalerweise mit einer
Wechselspannungsleitung verbunden ist, über die Kontakte des.
Schalters S 1 und 2 gesteuerter Halbleitergleichrichter SOR, die zum Steuern des Stromflusses in beiden Richtungen·engeord~;
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? *3 R 1 R Π 1
net sind, zur Primärwicklung eines Transformators τ 1. jDie
Sekundärwicklung des Transformators T 1 ist mit einer Glättungsdrossel
L 1 und mit den diagonal gegenüberliegenden Anschlüssen
eines JDiodenbrückengleichrichters D verbunden. Die
anderen diagonal gegenüberliegenden Anschlüsse der Brücke D sind mit einem Anschluß für die zu ladende Batterie über einen
Strommeßwiderstand Sh 1 verbunden. Der Meßwiderstand ist mit Anschlüssen A und B verbunden, so daß der Ladestrom I^^ mit
einer geeigneten Einrichtung gemessen werden kann. Ein weiterer
Anschluß C ist so vorgesehen, daß eine andere geeignete, mit den Anschlüssen GB verbundene Einrichtung die Spannung
über der Batterie U^m messen kann. Die Batterie ist mit
BAIT bezeichnet. Ein Zündpunktsteuerkreis FAC, der in einer später zu beschreibenden Weise betrieben wird, steuert den
Phasenwinkel der Leitung der gesteuerten Gleichrichter SCR, so daß damit der Strom Is*mm und damit die Stärke der Batterieladung
gesteuert wird. Ss ist klar, daß der Strom Ij.«»
und die Spannung υΒΑΤιρ durch Steuern des Zündwinkels verändert
werden kann, um die Geschwindigkeit der Ladung zu steuern.
Es ist nun zweckmäßig, die Arbeitsweise des Batterieladegeräts
zu beschreiben. Eine normal entladene Batterie, die mit dem Ladegerät verbunden wird, wird in drei bestimmten Stufen geladen.
In der ersten Hauptstufe erfolgt die Ladung mit einem konstanten Strom Lg, der entweder durch den maximalen Strom,
den das Ladegerät liefern kann, oder durch den maximalen Strom bestimmt wird, der für die Batterie bezüglich ihrer Lebens-
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dauer usw. zulässig ist. Es können natürlich auch andere
Werte für den Strom I-g verwendet werden,- wie für den Fachmann
ohne weiteres klar ist. Ferner "braucht die Hauptphase nicht aus einem konstanten Strom zu bestehen«, Z.B. kann
während dieser Phase eine konstante Leistung von einer Quelle geliefert werden. Wenn die Energieversorgung eine
begrenzte Kapazität hat, etwa eine 13 Α-Steckdose, kann die
minimale Ladungsdauer err.eicht werden. Während der Hauptstufe
wird die Batteriezellenspannung ständig überwacht, und wenn ein Wert, der charakteristisch für das Einsetzen
der Gasentwicklung in der zu ladenden Batterie ist, erreicht
wird, wird die Hauptladung beendet. Für eine Blei-Säure-Batterie
ist dieser typische Wert 2,35 T/Zelle.
In diesem Punkt beginnt die abnehmende Ladungsstufe. Während dieser Stufe wird der Strom mit steigender Batteriespannung
vermindert entsprechend einer vorgegebenen Ladungsyerminderung. Während der Terminderungsstufe wird die Ladung in Intervallen
unterbrochen und die Batteriespannung gemessen, um den Ladungszustand der Batterie abzuschätzen. Eine spezielle Methode der
Abschätzung wird im einzelnen anschließend beschrieben. Wenn festgestellt wird, durch welche Methode auch immer, daß die
Batterie voll geladen ist, wird die Verminderungsstufe ihrerseits
beendet und die letzte, die Bereit-schaftsstufe, beginnt.
In der Bereit-schaftsstufe wird die Batterie mit einem Wert des Stroms geladen, der kleiner ist als ig, wobei dieser Wert
konstant sein oder verändert werden kann entsprechend der Yerminderungscharakteristik
oder einer anderen gewünschten Funk-
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tion während Zeitperioden in der Größenordnung von einer
oder mehreren Minuten« Die Ladung wird am Ende geder Periode
beendet und die Batteriespannung wird überitfacht, so daß, wenn
sie unter einen vorgegebenen Pegel fällt, die Ladung wieder beginnen kann. Diese BereitSchaftsstufe besteht, bis die
Batterie von dem Ladegerät abgeklemmt wird« Das Ladegerät enthält selbstverständlich noch verschiedene Schutzschaltungen
und andere Hilfsgeräte, die später genauer beschrieben werden.
An dieser Stelle soll auf einen wichtigen Unterschied zwischen dem oben geschriebenen Ladegerät und den bisher bekannten hingewiesen
werden. In bekannten Ladegeräten für Blei- Säure-Fahrzeugbatterien
wird der Strom in dem Primärkreis durch einen elektromagnetischen Schalter ein- und ausgeschaltet und
der Stromfluß von dem Sekundärkreis durch den Gleichrichter in die Batterie wird durch eine Drossel in dem Sekundärkreis gesteuert,
die entsprechend der zu ladenden Batterie und der erforderlichen Geschwindigkeit der ladung dimensioniert ist. Es
ist bekannt, in solchen Ladegeräten eine Drossel mit Anzapfungen an der Stelle einzufügen, wo in Pig. 1 die Drossel
L 1 liegt, so daß eine sogenannte abnehmende Ladung erreicht wird. Die Drossel kann im Primärkreis oder im Sekundärkreis
liegen. Eine abnehmende Ladung ist eine solche, bei der die Ladespannung mit steigender Batteriespannung während der Ladung
ansteigt, um eine bestimmte Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom zu jeder Zeit zu erreichen. Diese Beziehung
kann durch die Gleichung I^r^ = ^""11BATT^c SeSel5en sein,
wo b und c konstant sind, Hit einer einzigen Drossel oder auch
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mit einer angezapften Drossel kann der gewünschte Erfolg jedoch
nur erreicht werden für einen "bestimmten Wert der Eingangsspannung
and einer bestimmten Batterie«, Bei Änderungen
in der Eingangsspannung und Änderungen in dem Batterieaustand
während ihrer lebensdauer kann das ladegerät nicht mit seinem
maximalen Wirkungsgrad betrieben werden« Es sei auch bemerkt,
daß in bekannten Ladegeräten=, in denen eine Perm, von gepulstem
Strom verwendet wlzd^ der Strom durch einen elektromechanischen
Schalter im Primärkreis ein-= und ausgeschaltet wird, wobei
alle die vroblbekazmten. Machteile von, elektromechanischen Einrichtungen
bei häufiger starker Belastung auftreten. Aus der 3?ig„ 1 kann entnommen werden, daß die gesteuerte Gleichrichteranordnung
SCR in. dem Primärkreis des ladekreises aufgenommen
ist» Die Drossel L· 1 ist entsprechend dem maximalen Strom dimensioniert,
den das Ladegerät liefern kann, während der gesteuerte Gleichrichter SCR als verlustarmes Steuerglied und
Schalter arbeitet„ das bei geeigneter Steuerung des Zündwinkels
irgend eine von vielen Charakteristiken nur durch Änderung von Schaltkreiskonstanten erzeugen kann und auch den
Ladestrom ein- und ausschalten kann, ohne daß die mit den früher verwendeten elektromechanischen Eontakten verbundene Abnutzung
und Beschädigung auftritt. Solche Charakteristiken können eine schrittweise Annäherung einer gradlinigen Abnahme
enthalten. Ein einfacher Schalter S 1 ist in der dargestellten Anordnung nur aus Gründen des elektrischen Schutzes vorgesehen·
Die Schaltung nach. Fig. 1 wird anschließend im einzelnen im
Ladebetrieb beschrieben. Es wird angenommen, daß das Ladege-
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- 16 -
rät mit einer geeigneten elektrischen Stromversorgung verbunden
ist und daß durch eine geeignete, vorzugsweise mechanische Einrichtung der Schalter S 1 geschlossen wurde. Die
Leitung ΙΒΑΪΪ = O führt ein Signal, das das Leiten von SCR
verhindert, und da keine Batterie mit den Anschlüssen des Ladegeräts
verbunden ist, entsteht auch keine Spannung über den Anschlüssen B und C. Alle logischen Schaltkreise werden in
diesem Zustand auf einen Startzustand gebracht. Das Spannungssignal
UgJJT, das durch die Schaltung Vaja erzeugt wird,
.ist daher kleiner als 1,5 ToIt pro Zelle des Typs der Batterie,
für den das Ladegerät entworfen ist. Entsprechend erzeugt der Schaltkreis in dem Batteriezellen-Spannungsabtaster VS, der
mit 1,5 bezeichnet ist, ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß
die Zellenspannung kleiner als 1,5 ist, um das Arbeiten der Folgesteuerung SC zu verhindern und um ein Sperrsignal auf der
Leitung I-RAmm = 0 zu erzeugen. Die Polgesteuerung SC ist im
einzelnen in Fig. 3 dargestellt. Dieses Signal sperrt das Arbeiten
der Zündwinkelsteuerschaltung FAC und verhindert, daß
die gesteuerten Gleichrichter SCR irgendwelchen Strom leiten, aber es löst den Schalter S 1 durch das Arbeiten des Schaltkreises
I0j<att\ nicht aus, der das Gerät gegen einen Ausfall
der Gleichrichter SCR schützt und abschaltet, wenn kein Strom fließt.
Wenn nun eine Batterie an das Ladegerät angeschlossen wird, führt der Schaltkreis Vg1Q. deren Spannung den Zellspannungs-
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fühlern VS zu, deren Blöcke mit 2,9, 2,35, 2?2 und 1,5 bezeichnet
sind, und dies sind die Werte der entsprechenden Zellenspannungen, auf die die Fühler ansprechen. Es wird zunächst
angenommen, daß die Batterie normal entladen ist und daß die Zellenspannung daher, kleiner als 2,2 Volt pro Zelle
ist, aber mehr als 1,5 Volt pro Zelle. Andere Pälle werden
später beschrieben. Entsprechend verschwindet die Sperrung, die durch den 1,5 Volt pro Zelle-Detektor erzeugt wurde, und
die Leitung IgAmm = 0 sperrt nicht mehr das Arbeiten der
Zündwinkelsteuerung EAC. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß alle die verschiedenen erwähnten Einheiten von einer
Stromversorgungseinheit PSU gespeist werden, die über einen !Dransformator T 2 mit der Hauptversorgungsleitung nach den
Kontakten des Schalters S 1 verbunden ist.
Die Zündwinkelsteuerung wird nach dem Entfernen der Sperrung
auf der Leitung Ig,»™ = O nicht sox"ort zum Arbeiten gebracht.
Die mit SD bezeichnet Startverzögerungsschaltung verzögert das Arbeiten der Zündwinkelsteuerschaltung um etwa eine Sekunde,
um den verschiedenen später beschriebenen Sehutζschaltungen zu
ermöglichen, falls erforderlich zu arbeiten. Die Verzögerung erlaubt außerdem das richtige Einstecken das Batteriesteckers.
Wenn am Ende der Verzögerung alles in Ordnung ist, wird die Zündwinkelsteuerschaltung angesteuert, um der Batterie einen
Strom zuzuführen. Der tatsächliche Zündwinkel wild durch die Zündwinkelsteuerschaltung gesteuert, die durch den mit Iqqw
bezeichneten Block dargestellt ist. Die durch diesen Block dargestellte Schaltung enthält einen Operationsverstärker in
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einer Rückkopplungssehleife? dem die analogen Steuereingänge
zugeführt werden. In Pig» 1 sind drei Eingänge dargestellt.
Einer von diesen ist noch durch das Arbeiten des mit IJiHIBII 1
bezeichneten Blocks gesperrt„ Einer der anderen beiden Eingänge
ist ein Ladungsstrom-Bezugsslgnäl» das von dem mit I-g
bezeichneten Schaltkreis abgeleitet wird, und der andere Eingang stellt den tatsächlichen Strom dar, der der Batterie zugeführt
wird und der durch die Spannung über den Anschlüssen
A und B des Strommeßwiderstands Sh 1 gemessen und dem Schaltkreis IßQlf über die Stromsignalschaltmg Igvg, zugeführt wird.
Die Zeitkonstanten des Operationsverstärkers sind so gewählt, daß die Zündwinkelsteuerung so eingestellt wird, daß sich ein
Stromfluß unter der Steuerung des Operationsverstärkers bis zu dem durch IB gegebenen Wert von dem liullwert an aufbaut,
der durch das Arbeiten der Verzögerung 3D erzeugt wurde. Die (Haupt)-Fnase ist nun wirksam und der Hauptstrom wird nun mit
einem konstanten Strom aufrechterhalten, der durch den Hersteller der Einrichtung gewählt wurde und der durch den Bezugswert
Ig dargestellt wird, auch wenn die Hauptversorgungsspannung
sich ändert oder andere Bedingungen sich ändern. Der Bezugswert wird von einer stabilisierten Spannung von der Versorgungseinheit
PSU abgeleitet und wird daher nicht durch Veränderungen der Hauptversorgungsspannung beeinflußt. Die Haupt-.ladung
kann daher mit größter Wirksamkeit stattfinden.
Während der Hauptstufe der ladung steigt die Batteriespannung
an. Die von der Schaltung Vg1Q. erzeugte Spannung pro Zelle
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erreicht möglicherweise den Wert entsprechend 2,35 ToIt pro
Zelle, und bei diesem ¥ert spricht der entsprechende Erkennungsschalfkxeis
an. Dieses Ansprechen entfernt die Sperrung des Schaltkreises IMIBIE 1 an dem dritten Eingang des Schaltkreises
IC0Er und bringt die Folgesteuerung SG9 einen Taktimpulsgenerstor.
CL mit einem programmierbaren Unijunction-
!Cransistor, einen spannungsgesteuerten Oszillator TGO, einen
Zeitgeberschaltereis 100OmS zum Bestimmen, einer Periode von
1000ms und einen Detektorschaltkreis DS2 zum Arbeiten. Der
Eakt QJj kann mit einer von. zwei Geschwindigkeiten durch Steuerung
des Detektorsehaltkreises 3ΈΤ betrieben werdens der auf
das Arbeiten des Torwarts- Rüekwärts-Zählers H anspricht, der
die Anzahl der τοη dem gesteuerten Oszillator TCO in der
lOOOms-Zeitperiode des Zeitgebers erzeugten Zyklen zählt.
Die Frequenz des Oszillators TGO wird durch den tatsächlichen
Wert der Spannung pro Zelle bestimmt? die durch das τοη dem
Schaltkreis Tg1^ erzeugte positive Signal U2EIi ^aTS^^®^-^
wird. Wenn, der 2,35 ToIt pro Zelle-fühler anspricht, wird die
Polgesteuerung SG zurückgesetzt und der lakt CL beginnt. Der
!Dakt läuft mit einer Geschwindigkeit von etwa einem kurzen
Impuls in jeweils 8 Sekunden. Die Folgesteuerung zählt diese Impulse bis zu einem Wert von 128, das sind etwa 15 Minuten.
Beim Erreichen der Zählstellung 128 erzeugt die Folgesteuerung ein Signal auf der Leitung ΙΒΑΪΪ =0, um das Arbeiten dear Zündwinkelsteuerung
durch Steuerung des Schaltkreises^I^u zu beenden
und damit den der Batterie tatsächlich zugeführten Strom abzuschalten. Die Folgesteuerung fährt fort, Taktimpulse zu
zählen.
τ 20 409817/0886
Nachdem der ladestrom abgeschaltet worden ist, erzeugt die
Schaltung Vg1^ ein Spannungssignal tfZEI(j das die tatsächliche
Batteriespannung pro Zelle im Leerlauf darstellt. Dieses Signal
wird dem fepannungsgesteuerten Oszillator zugeführt, der eine Frequenz um einen Wert von etwa 5 KHz erzeugt mit einem Frequenzhub
von etwa 2 KHz/Volt. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators ist daher eine Frequenz, die die tatsächliche
Batteriespannung pro Zelle im Leerlauf darstellt. Der Zeitgeber 100OmS kann durch die Polgesteuerung zum Arbeiten gebracht
werden, so daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators VCO dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler M" zugeführt wird.
Wie vorstehend beschrieben, fährt die Folgesteuerung SC fort,
die Taktimpulse nach der 128. Zählstellung zu zählen. Zu bestimmten Punkten während dieser fortlaufenden Zählung veranlaßt
die Folgesteuerung das Arbeiten des Vorwärts-Rückwärts-Zählers N". Jeder von vier Zählvorgängen im Zähler N stellt die Batteriezellenspannung
zu einem besonderen Zeitpunkt dar, der durch die Folgesteuerung SC bestimmt ist. Die Zellenspannung wird
durch die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten Oszillators dargestellt, die ein Tor passieren, das für eine durch
den Zeitgeber 100OmS bestimmte Zeitdauer geöffnet wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Vorwärts-Rückwärts-Zähler
in zwei gleichen Punkten in jedem der zwei aufeinanderfolgenden Zyklen der Folgesteuerung betrieben. In jedem
Zyklus wird der Zähler bis zur Zählstellung 123 und 134 betrieben. Da jeder Zählschritt in der Folgesteuerung bei dieser Betriebsweise
etwa 8 Sekunden darstellt, ist zu erkennen, daß die
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erste Messung der Batteriezellenspannung etwa 30 Sekunden nach dem Beenden des Ladestroms und die zweite Messung etwa
16 Sekunden nach der ersten erfolgt« In dem ersten Zyklus bei
einem Paar von Zyklen, während dem die Batteriespannung geschätzt wird, wird der Zähler Ms zur Zählstellung 132 hochgezählt
und dann wieder bis zur Zählstellung 134 zurückgezählt. Wie unter Bezugnahme auf Pig. 4 zu erkennen ist, ist die Spannung
bei der Zählstellung 134 ein wenig kleiner als die bei
der Zählstellung 132, und entsprechend bleibt eine kleine
Zählung in der Vorwärtsrichtung nach dem Zählvorgang bis zur Zählstellung 134 der Polgesteuerung übrig. In dem zweiten Zyklus
bei dem Paar von Zyklen der Folgesteuerung erfolgt die Zählung auf 132 wieder in der Eüekwärtsrichtung und die letzte
Zählung auf 134 in dem zweiten Zyklus erfolgt in Vorwärtsrichtung»
Es ist zu erkennen, daß die Zählung in dem zweiten Zyklus bei der restlichen Zählstellung des ersten Zyklus beginnt
und daß die erste, größere Zählung in der Rückwärtsrichtung erfolgt. Wenn daher der Unterschied zwischen der Batteriespannung
bei der Zählstellung 132 und 134 in beiden Zyklen des Paares von Zyklen gleich ist, kehrt der Torwarts- Rückwärts-Zähler
praktisch auf den ITullwert zurück. Falls die Batterie jedoch noch nicht einen ladungszustand erreicht hat,
bei welcher die Verminderungsstufe beendet werden muß, besteht ein unterschied zwischen den Zählungen in dem ersten und
dem zweiten der Zyklen, und der zweite Zyklus bringt den Vorwärts-
Rückwärts-Zähler nicht in den ungefähren Ifullzustand zur
rück.
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Der allgemeine Zählvorgangf wie er vorstehend näher beschrieben
wurde, kann wie folgend dargestellt werden. Die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten Oszillators, die während
des Betriebes des Zeitgebers am Beginn und am Ende des konstanten Zwischenraums erfolgen, der eine konstante Zeitperiode
nach dem Ende des Ladestroms auftritt, werden entsprechend mit A und B bezeichnet» Die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten
Oszillators ifährend des ersten der !seiden
Zyklen der Folgesteuerung sind. A^ und B^, während die In dem
zweiten Zyklus der Folgesteuerung-A9 und B5, sind. Durch das
Arbeiten der Sore an dem Eingang des Vorwärts-Rüekwärts-Zähler
N wird der algebraische Wert dieser Anzahlen von Zyklen. + A^,
- B-, - Ap + Β«. Am Ende der beiden Zyklen der Folgesteuerung
SO ist die Zählstellung in dem Zähler H" (A^- B^ - A2 + B2).
Wenn der Wert dieser Zählstellung Mull - 1 ist, wird der Unterschied
der Batteriespannung während gleicher Intervalle in dem Paar von Zyklen der Folgesteuerung für die Zwecke dieser Schätzung
als konstant angenommen. Die Unsicherheit von - 1 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt eine Unsicherheit von
0,5 Millivolt pro Zelle dar.
Es wird nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. In dem "bevorzugten
Ausführungsbeispiel erzeugt die Folgesteuerung SC ein Ausgangssignal
bei der Zählstellung 132, das den Zeitgeber 100OmS veranlaßt, das lor GL während der Dauer der Operation des Zeitgebers
aufzusteuern, so daß die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten
Oszillators VCO, die dur.ch die Zellenspanmmg gegeben
ist, den Toren UP und DlT zugeführt werden kann, die die
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Frequenz den entsprechenden Eingängen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers
N zuführen .Das Flip-Flop F 1 spricht auf die Folge
von zeitbestimmenden Signalen "bei verschiedenen Zählstellungen der Folgesteuerung SC ans um die geeignete Zählfolge für
den Vorwärts-Rückwärts-ZähXer durch Freigabe und Sperren der
Tore UP und DlT zu erzeugen. Bei jedem Zyklus in dem Paar von Zyklen erzeugt die Folgesteuerung eine Zählung "bei der Zählstellung
135» die einen Steuereingang des Tores freigibt, der
den Detektor DST bildet. Ein weiterer Eingang des Tores ist
jedoch gesperrt während des ersten der beiden Zyklen durch das Flipflop F 1, das, wie oben erwähnt, auch die Richtung des
Vorwärts-Rückwärts-Zählers Έ steuert. Bei dem zweiten Zyklus
in dem Paar von Zyklen wird daher das Tor DET freigegeben, um die Zählstellung in dem Zähler N zu schätzen. Wenn diese Hull
-1 ist, veranlaßt das Ausgangssignal des Detektor-Tors DET,
das dem zweiten Flipflop Έ 2 zugeführt wird, daß dieses Flipflop dem Täktimpulsgenerator Oi ein Signal zuführt, um die Geschwindigkeit
der erzeugten Impulse zu erhöhen, die der Folgesteuerung SC zugeführt werden. Dieser Wechsel in der Geschwindigkeit
der Taktimpulserzeugung zeigt das Ende der Verminderungsstufe in dem Betrieb des Ladegeräts an.
Falls bei der Zählstellung 135 der Detektor DET nicht feststellt,
daß der inhalt des Zählers Ή anzeigt, daß die Verminderungsstufe
beendet werden soll, dann wird bei der Zählerstellung 136,
wenn das Flipflop F 2 nicht umgeschaltet wurde, der Zähler der Folgesteuerung zurückgesetzt, so daß ein weiteres Paar von
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Zyklen des Betriebes der Folgesteuerung veranlaßt wird, und die Taktimpulse des laktimpulsgenerators CL werden wieder
mit der langsamen Geschwindigkeit während einer Periode von 128 Zählungen gezählt, während der der Ladestrom zu der Batterie
unter Steuerung durch die Zündwinkelsteuerung PAC fließen kann, um einen Stromfluß zu ermöglichen, der durch den kombinierten
Betrieb der Stromsteuerung Iqqu un<^ die Verminderungssteuerung
bestimmt ist, wie ebenfalls in Pig. 1 gezeigt ist.
Ein wesentliches Merkmal der oben beschriebenen Ladungsverminderungsstufe
ist, daß der Batteriezustand, der gemessen wird, um das Ausmaß der Ladung zu schätzen, die Leerlaufspannung
der Batterie einige Sekunden nach der Beendigung einer Ladung ist. Es ist festgestellt worden, daß die Leerlaufspannung
der Batterie während der ersten Sekunden nach der Beendigung einer Ladung schnell abfällt, danach dann aber langsamer
abfällt. Durch Messen der Abnahmegeschwindigkeit in dem langsameren Bereich der Abnahmechärakteristik kann eine zuverlässigere
Schätzung des Ladezustsnds der Batterie durchgeführt werden, auch wenn Unterschiede in dem Ladestrom unmittelbar
vor dem Ende der Ladung vorhanden waren.
Zusätzlich zu der Schätzung der Batterieladung, wie vorstehend
während der Ladungsverminderungsstufe erwähnt wurde, ist es selbstverständlich erforderlich, den tatsächlichen, der Batterie
während dieser Stufe zugeführten Strom zu steuern. In Pig. 2 ist die Kurve U/I mit der gewünschten Ladungscharakteristik
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dargestellt. Die Linie parallel zur Spannungsachse stellt den
konstanten Strom der Hauptstufe dar. Die schräg abfallenden Linien stellen die Abnahmecharakteristik dar. Eine Linie ist
gestrichelt fortgesetzt und schneidet die Stromachse beim Wert Ijjq» Dieser Stromwert ist sehr viel größer als jeder Strom,
der der Batterie während der Ladung zugeführt werden kann, ohne diese zu zerstören, aber er ist ein zweckmäßiger Parameter
zum Bestimmen einer geeigneten Ladungscharakteristik. Durch das Anlegen von Spannungen, die den zwei Größen IUQ und der Spannung
U-oAmm über der Batterie analog sind, an einen Operationsverstärker ist es möglich»· ein& Funktion zu erzeugen, die die Abnahmecharakteristik
darstellt. Diese Operation wird vorschriftsmäßig in den mit TAPER und 1^0 bezeichneten Blöcke in Fig. 1
durchgeführt.
Der Wert I™ wird als Bezugsspannung durch einen Spannungsteiler
erzeugt, der an dem stabilisierten Ausgang der Stromversorgungseinheit PSU angeschlossen ist. Wenn für eine andere
Batterie" eine andere Abnahme und damit ein anderer Wert für IjJ0, erforderlich: ist, kann der Spannungsteiler entsprechend
geändert werden.
Der Ausgang des Operationsverstärkers wird über den Schaltkreis IBHIBIiD 1 während der Abnahmestufe der Stromsteuerung
zugeführt. Durch Verwendung des negativen Werts der Zellspan nung U2EL ist es dem Abnahmeschaltkreis nicht möglich, den
Batterieladestrom über den durch den Block I^ gegebenen Lade
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wert zu erhöhen. Die Zeitkonstanten des Operationsverstärkers
der Abnahmesteuerung sind wesentlich langer als die des Operationsverstärkers Innw» s0 daß, währen! der letztere den
Wert des Stroms im wesentlichen kurzzeitig konstant hält, die Abnahmesteuerung eine Langzeit abnähme des Stroms zu einem
niedrigeren Wert hin erzeugt, der durch die Abnahmecharakteristili
erforderlich ist. Durch die Wahl eines anderen Wertes für 1™
bzw. Itjq» und eines geeigneten Ladungswertes I-n kann eine
andere Batterietype geladen werden. Dieser Wechsel erfolgt nur durch das Verändern von Werten von Bauteilen, um den Betrieb
des Operationsverstärkers au ändern.
In der dritten, der Bereitschaftsstufe, wird das Ladegerät unter der Steuerung des beschleunigten Paktes OL und dem 2,2 YoIt
pro Zelle -Detektor betrieben. Der Zähler zählt wieder wie vorher bis auf 128 Impulse hoch, aber dies erfordert nun zwei Minuten,
und während dieser Zeit wird die Batterie vorzugsweise durch Steuerung der Abnahmeschaltung über den Schaltkreis Iqq^
geladen. Am Ende dieser Zeit wird die Ladung beendet und es erfolgt keine weitere ladung, bis der 2,2 Volt pro Zelle -Schaltkreis
anzeigt, daß die Zellenspannung unter diesen Wert gefallen ist. An diesem Punkt startet die Folgesteuerung erneut den
Takt für eine weitere zwei Minuten Ladeperiode unter Steuerung durch den Abnahmesahaltkreis. Wie oben erlätert, kann die Bereitschaftsstufe
beliebig lange andauern.
Die Zündwinkelsteuerschaltung J1AC wird vorzugsweise mit einer
genauen Wiedergabe der Eingangskurvenform über einen besonderen
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Transformator T, versorgt, um Fehler im Zündwinkel infolge
Phasenverschiebung im Transformator bei Belastung zu vermeiden.
Es sind zwei Schutzschaltungen vorgesehen, von denen die eine
Schaltung ϊΟ^αττ,. bereits vorher erwähnt wurde. Diese Schaltung
löst den Kontakt S 1 aus, wenn die Schaltung Igjg. anzeigt,
daß ein Strom fließt, obwohl die Leitung -kg^ipgi - O
anzeigt, daß kein Strom fließen soll. Dieser Zustand kann • entstehen, wenn die gesteuerten Gleichrichter SCR versagen
und nicht abschalten. Die andere Schutzschaltung i&«
mit SHAPE bezeichnet und spricht auf den Strom un die Batteriespannung während der Abnahmestufe an, um sicherzustellen,
daß die gewünschte Abnahmecharakteristik nicht überschritten wird. Wenn der Strom den Wert überschreitet , der durch
die Abnahme charakteristik I^r^ = ("ο-ϋ-^^,^/ο gegeben ist,
wobei b und c Konstanten sind, wird der Kontakt S 1 ebenfalls ausgelöst, um das Ladegerät von der Energieversorgung abzutrennen."
Wenn die Batteriespannung pro Zelle außerhalb des
Bereichs von 2,9 bis 1S5 ToIt liegt, spricht kein Meßfühler
an und kein Strom fließt, jedoch der Schalter S 1 bleibt geschlossen.
Wenn eine teilweise geladene Batterie mit dem Ladegerät verbunden wird, wobei der Kontakt S 1 geschlossen ist, spricht
der entsprechende Spannungsfühler ans um die jeweilige Ladungsstufe
einzuleiten. Es ist klar, daß die Batterie sehneil
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die Bereitschaftsstufe erreichen kann, wenn sie "beim Anschließen
"bereits nahezu vollständig geladen war, d.h. über 2,35 Volt pro Zelle.
Die Hauptladestufe findet nicht statt und die Abnahme stufe erreicht schnell den Punkt, an dem der Zähler N am Ende
eines Zyklus im wesentlichen UuIl enthält. Die verschiedenen Schaltungsblöcke, auf die bei der Beschreibung der Pig. 1
Bezug genommen wurde, werden nun näher beschrieben. Jeder der Zellspannungsdetektoren, nämlich für 1,8, 2,2, 2,35 und
2,9 ToIt pro Zelle» enthält einen Operationsverstärker, der
so geschaltet ist, daß er als Spannungspegelabtaster arbeitet. Es können natürlich auch andere Pegelabtastschaltungen
verwendet werden, aber bei dieser speziellen Ausfifttrungsform
ist festgestellt worden, daß sie in Bezug auf Genauigkeit und Stabilität zufriedenstellend arbeitet. Der
spannungsgesteuerte Oszillator ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Punktionsgenerator von der Pirma
Signetics 3}ype SE 566 T oder ein Operationsverstärker, der
als Oszillator geschaltet ist. Diese Einrichtung erzeugt ein Ausgangssignal mit 5 KHz bei einer Nenneingangsspannung
von 2,5 Volt, und die Ausgangsfrequenz wird über einen Bereich
von. !Frequenzen verändert entsprechend der Veränderung
der Eingangsspannung. Der Zeitgeber 100OmS ist ein integrierter
monostabiler Schaltkreis, wie die Type SU 74121 IT
von der Pirma !Eexas Instruments. Er wird durch ein Signal
von der Polgesteuerung SC ausgelöst, rfie später mit Bezug
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auf Fig. 3 näher erläuert wird. Der Taktimpulsgenerator CL
enthält einen programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT), der wie in 3?ig. 3 dargestellt geschaltet ist. Die durch den
Spannungsteiler aus den Widerständen R 31 und R 32 bestimmte
Vorspannung hält den PUT T 32 in dem nichtleitenden Zustand, bis die Spannung an dem Kondensator G 31 durch Aufladung
über den Widerstand R 33 von der +15 Yolt-Spannungsversorgung
so weit angestiegen ist, daß sie den PUT über den Widerstand 34· in den leitenden Zustand bringt. Der Kondensator
G 31 entlädt sehr schnell über den niedrigen Widerstand
des leitenden PUT, und der Entladestromimpuls erzeugt einen Spannungsimpuls über den Widerstand R 34, der dem Ausgangsanschluß
OP einen durch die Diode D 31 abgeschnittenen Impuls zuführt. Der Kondensator C 31 wird dann wieder über den
Widerstand R 31 aufgeladen, um nach einem Zwischenraum einen weiteren Impuls zu erzeugen. Um die Geschwindigkeit der Pulserzeugung
zu ändern, kann ein zusätzlicher Kondensator durch den Transistor T 31 in den Schaltkreis eingeschaltet werden.
Wenn die Basis des Transistors T 31 über den Widerstand R 35 mit der + 5 Volt-Spannungsversorgung verbunden wird, legtet
der Transistor T 31» und die Kondensatoren G 31 und C 32 werden gemeinsam über den Widerstand R 33 aufgeladen. Mit
den in Pig. 3 dargestellten Werten erzeugt die Schaltung Impulse mit einer Geschwindigkeit von einem Impuls pro Sekunde
mit G 3t allein, und mit der Geschwindigkeit von einem
Impuls ie 7,5 Sekunden mit beiden Kondensatoren C 31 und C 32,
in dem Schaltkreis. Die Steuerspannung für die Basis des Tran-
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aistors T 31 wird von dem Detektorschaltkreis DET abgelei
tet und bildet das in Pig. 1 angegebene SPEED-rSignal.
Die Fig. 3 zeigt die Folgesteuerung SC und einige damit
bundenenSchaltkreise mehr im einzelnen. Die Polgesteuerung
enthält den Zähler B 1/ B 2 und die Tormatrix GM 1.
Der Ausgangsanschluß OP des Taktimpulsgenerators CL ist mit
einem Binärzähler verbunden, der durch zwei vierstufige, in Reihe geschaltete Abschnitte B 1 und B 2 gebildet wird. Dieser
Zähler besitzt einen Rücksetsanschluß RS, der in einer später zu beschreibenden Weise angesteuert wird, und enthält
einen so angeschlossenen Ausgang, daß dieser das Auftreten einer Zählstellung von 128 oder größer anzeigt. Andere Ausgänge
des Zählers B 1/ B 2 sind mit der Tormatrix GM 1 verbunden, in welcher durch geeignete Maßnahmen einschließlich
Invertierung Ausgangssignale erzeugt werden, die jeweils eines von vier Toren mit acht Eingängen bei den Zählstellungen
132- 134, 135 und 136 entsprechend freigeben. Diese Werte beziehen sich aber nur auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel und begrenzen nicht den Umfang der Erfindung. Ausgänge
von Toren 132 und 134 sind mit den Elementen einer weiteren Matrix M 2 verbunden, die aus Toren mit zwei Eingängen
besteht. Die Matrix M 2 enthält vier Tore, wobei ein Eingang von jeweils zwei Toren mit dem Ausgang S 132-Tors
und ein Eingang der beiden anderen Tore mit dem Ausgang des 134-Iors verbunden ist. Die Ausgänge Q und Q des Flipflops F
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sind mit einem Paar der Tore verbunden, um die Eingänge über
kreuz zu verbinden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Das Flipflop
F 1 enthält zwei Steuereingänge, nämlich den löscheingang
Cl und den Einstelleingang PS, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Löscheingang spricht auf einen Spannungspegelübergang
am Ausgang des.2,35 Volt Pro Zelle - Spannungsdetektors an,
der am Ende der Hauptladungsstufe auftritt, wenn die Abnahmestufe beginnt. Dies setzt das Flipflop E 1 so, daß deren Ausgangssignale
die Tore M 2 A und M 2 B der Matrix M 2 freigeben. Die anderen Tore M 2 G und M 2 D werden durch
den anderen Ausgang des Elipflops gesperrt.
Beim Auftreten der Zählstellung 136 erzeugt das Tor 136 ein
Signal, und dieses steuert den Einstelleingang PS des Flipflops ]? 1 an und vertauscht damit die Pegel an dessen Ausgängen,
wodurch die Tore M 2 A und 12 B gesperrt und die Tore M 2 C und M 2 D freigegeben werden. Die Ausgänge von M 2 A
und M 2 C sind mit einem Aufwärts-Tor UP und die Ausgänge der
Tore M 2 B und M 2 D sind mit dem Abwärts-Tor Dl verbunden. Beim Betrachten von zwei aufeinanderfolgenden Zyklen des Zählers
B 1/B2 ist es klar, daß während des ersten Zyklus bei der Zählerstellung 132 das Tor M 2 A ein Ausgangssignal erzeugt,
das das Aufwärts-Tor UP freigibt, und daß bei der Zählerstellung
134 das Tor M 2 B ein Ausgangssignal abgibt, das wiederum das Abwärts-Tor DE freigibt anstelle des Aufwärts-Tors UP.
In diesem gleichen Zyklus wird bei der Zählerstelluhg 136 das
Flipflop F 1 zurückgesetzt und sperrt damit M 2 A und M 2 B
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und gibt-die. Tore M 2 C und M 2 D frei. In dem darauffolgenden
Zyklus geben die entsprechenden Tore dann das Tor M 2 C der Matrix M 2 frei, welches seinerseits dann wieder
das Abwärts-Tor DN freigibt. Schließlich wird bei der Zählerstellung 134 in dem zweiten Zyklus das Tor M 2 D freigegeben,
welches wieder das Aufwärts-Tor UP freigibt.
Die Tore UP und DS geben weiterhin entsprechend die Tore GL und G2 frei, um die Impulse an den anderen Eingängen der
Tore G1 und G2 einem vierstufigen Vorwärts-Rückwärts-Zähler
Ή zuzuführen, der durch einen integrierten Schaltkreis SN
74193 M" gebildet werden kann.
Die in dem Zähler H gezählten Impulse werden durch den spannungsgesteuerten
Oszillator YCO entsprechend der Batteriezellenspannung erzeugt. Die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten
Oszillators wird durch die Batteriezellenspannung in der vorher beschriebenen Weise bestimmt, und diese Ausgangsfrequenz
wird einem Eingang eines Tores G3 zugeführt. Der andere Eingang des Tores G3 wird während einer Periode
von 1000ms durch den monostabilen Schaltkreis 100OmS aufgesteuert,
der selbst wiederum durch ein Tor angesteuert wird, dessen Eingänge den Ausgängen der Tore 132 und 134 verbunden
sind. Die bisher beschriebene Anordnung ist diejenige, durch die zeitgesteuerte Gruppen von Impulse, die die momentane
Zellenspannung darstellen, den geeigneten Eingängen des Zählers Ή zugeführt werden, der der vorher mit. Bezug auf Fig.
beschriebene Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist. In einem bevor-
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zugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung übersteigt die
Anzahl der durch den spannungsgesteuerten Oszillator während der Periode des Zeitgebers 100OmS die Kapazität des binären
Zählers U um einige Größenordnungen. Es wurde jedoch als zweckmäßig festgestellt, den vierstufigen Zähler anstelle
eines größeren Zählers zu verwenden und den Vergleich nur auf die durch den Zähler 3Sf gezählten 3 Digits höheerer Wertigkeit
zu basieren. Daher werden die Digits höchster Wertigkeit und das Digit geringster Wertigkeit bei dem Vergleich
nicht berücksichtigt, das Digit geringster Wertigkeit, weil es zu klein ist,und die Digits höchster Wertigkeit, weil sie
während der hier betrachteten Periode konstant bleiben. Entsprechend
werden die Ausgänge der Ordnung X< , N und IT
des Zählers H" mit den entsprechenden Eingängen eines UAND--lores
verbunden, dessen weiteren Eingänge mit Ausgängen von loren verbunden sind, die durch die Zählerstellung 135 und den
Ausgang (J des Flopflops F 1 freigegeben werden. Die Signale an den letzten beiden Eingängen des NAND-Tores sind so gewählt,
das3 das !Tor nur während des zweiten der beiden aufeinanderfolgenden,
oben beschriebenen Zyklen durch das Arbeiten des Flipflops F1 und bei der Zählstellung 135 in diesem zweiten
Zyklus durch das Arbeiten des Tores 135 freigegeben wird. Der Ausgang des NAND-Eores wird einem Eingang des Flipflops
F2 zugeführt, das gleichzeitig mit Flipflop F1 gelöscht wird. Der Ausgang Q des Flipflops F2 bildet einen Eingang eines weiteren
Tores, dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Zählertores 136 zugeführt wird. Der Ausgang Q des Flipflops F2
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wird auch der Basis des Transistors T 31 über den Transistor
R 36 zugeführt, um das SPEED-Signal zu bilden, das bereits
bei der Erläuterung der Fig. 1 erwähnt wurde. Das Flipflop
F2 kann nur dann ein Signal am Ausgang Q erzeugen, wenn das
Ergebnis der beiden Aufwärts- und der beiden Abwarts-Zählungen
in einem Paar von aufeinanderfolgenden Zyklen, die die Änderung in cfer Abnahme der Batterieleerlaufspannung zwischen
der Zählstellung 132 und 134 in den aufeinanderfolgenden
Zyklen darstellen, zu klein ist, um einen Restwert in den
Ordnungen N , Jtf und N des Zählers IT bei der Zählstellung
135 in den zweiten Zyklus zu hinterlassen. Es ist zu erkennen,
daß, wenn das Ilipflop F2 kein Signal am Ausgang Q erzeugt,
die Zähler B1 und B2 zurückgesetzt werden und daß dieses Zurücksetzen über das Tor, das mit dem Zählausgang 128 der
Zähler B 1 und B 2 verbunden ist, ein geeignetes Signal auf der Leitung I-oAmm = O in Fig· 1 erzeugt, um einen weiteren
Stromfluß zur Ladung der Batterie für eine weitere Zeitperiode zu ermöglichen, die durch die Zählstellung von 128 der
Zähler B1 und B2 dargestellt wird.
Von dem Zeitpunkt, an dem der Batteriezellenspannungs-Detektor
2,35 Volt auf diesen Wert der Batteriezellenspannung anspricht, um die abnehmende Ladungsstufe zu beginnen, erfolgt
die abnehmende Ladung unter Steuerung durch den Takt und die
Folgesteuerung in einer Reihe von Paaren von Folgezyklen, wobei während Jedem Paar dieser Serie zwei ¥erte des Abfalls
der Batterieleerlaufspannung zu gleichen Zeiten nach der Be-
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end^Lgung der Batterieladung gemessen und dann verglichen werden,
um den Batterieladezustand zu schätzen. Wenn der Unterschied
zwischen zwei Werten .des Abfalls in einem Paar von Zyklen, der durch den Zähler H gemessen wird, innerhalb eines
vorgegebenen Unterschieds liegt, dann wird das Flipflop F2 angesteuert, um die Stufe abnehmender Ladung zu beenden. Es
sei bemerkt, daß der Zähler Έ durch das 'Übergangssignal am
Ende eines Paares von Zyklen zurückgesetzt wird. Dieses Signal ist Toa....dem Signalwechsel am Ausgang Q des Flipflops F1 durch
den,Kondensator C 33 abgeleitet.
Die Elemente in Fig. 1,die nicht näher beschrieben worden sind,
können durch den Fachmann leicht hergestellt werden. Die Elemente lOpAjj,» SHAPE und IHHIBIT 1 sind daher !Eore. Das Element PAC kann eine übliche Zündwinkelsteuerung sein. Wenn die
durch die Spannungsversorgung eingestreute Brummstörung auf eine Minimum reduziert werden soll, ist es möglich, eine
nImpulszündungs-"!Dype für die Steuerung zu verwenden, da die ·
Periode, während der in dem Batterieladekreis ein Strom fließt, lang ist im Vergleich mit der Frequenz der Wechselspannungsversorgung. Die Steuerungen mit Operationsverstärkern können entsprechend
der üblichen Analogtechnik aufgebaut sein, und die Bezugssignale I-g und 1^0 Können von dem stabilisierten Auegang
der Stromversorgungseinheit PSU abgeleitet sein.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung wird nun anhand der Fig.
4 erläutert. Die graphische. Darstellung zeigt den Abfall der ■
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Leerlaufspannung pro Zelle der Batterie, die zum Zeitpunkt
tQ von einer Ladestromquelle abgetrennt wurde. Es ist nur ein
kleiner Teil der Spannungsachse dargestellt, und es ist hier
beispielsweise angegeben, daß dieser Teil sich etwa von 2,25 bis 2,37 Volt erstreckt. Diese Werte sind nur als Beispiel
gewählt und stellen keine Begrenzung des Umfangs der Erfindung
dar. Es ist festgestellt worden, daß die Leerlaufzellenspannung nach dem Zeitpunkt tQ schnell abfällt, aber nach einer
längeren Zeitperiode verringert sich die Geschwindigkeit dieses Abfalls, und es ist vorgesehen, daß der Zwischenraum bis zum
Zeitpunkt t, an dem die Leerlaufspannung pro Zelle einen vorgegebenen
Wert K erreicht, während aufeinanderfolgender Perioden jeweils unmittelbar nach Beendigung einer Ladungsperiode
zum Zeitpunkt ^q gemessen wird. Es ist jedoch auch festgestellt
worden, daß die genaue, Form der Abfallkurve in einem großen Maße von dem genauen Wert des unmittelbar vor dem Zeitpunkt tQ
aufrechterhaltenen Stroms lg^girp abhängt. Die zwei gestrichelten
Kurven auf jeder Seite der ausgezogenen Linie in Fig. 4- stellen eine typische Abweichung dar, und es ist zu erkennen, daß die
Werte t- und tp eine wesentliche Abweichung von dem gewünschten
Wert t darstellen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß der Leerlaufspannung ermöglicht wird, eine feste
Zeitperiode von tQ abzufallen,und daß die Spannung am Ende dieser
Periode und einem kurzen Zeitabstand danach gemessen und verglichen wird, um einen Wert für die Geschwindigkeit der Änderung
der Batterieleerlaufspannung an einem gegebenen Zeitpunkt
nach der Beendigung der Ladeperiode zum Zeitpunkt tQ zu
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ergeben. Der Abfall in diesem Zeitintervall, das in Ausdrücken
des vorher "beschriebenen Ausführungsbeispiels mit ^132 ~ ^134 *>ezeicnne'fr wird, ist d U^^-r» und es ist aus Pig.
4 zu erkennen, daß er einen im wesentlichen konstanten Wert für alle drei Kurven hat. Die Größe von d U2EL ^s^ ^aner eine
viel "bessere Grundlage zum Schätzen des Ladezustands der
Batterie als die bisher vorgeschlagene Anordnung, in der die
Zeit des Abfalls auf eine vorgegebene Leerlaufspannung von
dem Ende -der Ladung an gemessen wird. Insbesondere die Verschiebung
der Kurven in dem Bereich t..^ " ^134» Ζ·Β. durch
Veränderung der Hauptspannungsversorgung, beeinflußt nicht die Schätzung, da der Gradient der Kurven in diesem Punkt
nahezu für alle gleich ist. Das wesentliche Merkmal ist hier, die Zeit von tQ bis -t^~« verstreichen zu lassen und die folgende
Messung ein kurzes Zeitintervall danach zum Zeitpunkt t-j^i während einer Zeltperiode vorzunehmen, in der der Batterie
überhaupt keine Ladung zugeführt wurde. Während des Intervalls t.»,« ~ *134 haben die Kurven alle im wesentliche
gleiche Gradienten, und daher ist das Schätzen der Batterieladung durch Messen der Zählspannung während eines Intervalls
zuverlässig. Vorausgesetzt, daß die Periode, während der keine Ladung stattfindet, langer ist als die bis zum Zeitpunkt t..*,,
kann diese Periode In der geeigneter Weise für das einzelne Ladegerät bestimmt werden.
Insbesondere ist diese verbesserte Methode zum Schätzen des
Batterieladezustands sehr geeignet für die Verwendung in der
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abnehmenden Ladesteuerung, die in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, oder in anderen Steuer- oder Vorwiderstandsschaltungen,
bei denen ein größerer Unterschied in dem Wert von L.^ zwischen aufeinanderfolgenden Messungen des
Wertes von d U2]Dj vo^ka^de^ sein kann.
Es wird nun wieder auf Fig. 3 Bezug genommen. Das Ende der abnehmenden
Ladungsstuie, die durch das Arbeiten des Flipflops 12 angezeigt wird, um das SPEED-Signal dem PUT-iDakt CL zuzuführen,
sperrt die Erzeugung des Signals am Ausgang Q des Flipflops Έ2 zusammen mit dem Signal " Zähl st ellung größer als
128" das Tor G5. Dies sperrt das Arbeiten eines Taktfores G-6,
das andernfalls den Zählern B1 und B2 laktimpulse zuführen würde.
Obwohl die Taktgeschwindigkeit erhöht wurde, werden die Impulse daher nicht dem Zähler zugeführt, so daß der Zähler
auf dem Wert von 135 stehenbleibt. Es ist Jedoch eine weitere Maßnahme vorgesehen, um den Zähler durch das Arbeiten des Detektors
zurückzusetzen, der darauf anspricht, daß der Wert von UZEt kleiner als 2,2 ToIt ist. Beim Durchgehen ist festzustellen,
daß die Folgesteuerung SC während der Periode nicht in Tätigkeit gesetzt werden kann, während der die Spannung an
der angeschlossenen Batterie von 1,5 Volt auf 2,2 Volt ansteigt, da ein ständigen Rücksetzsignal von dem entsperrten 2,35
Volt pro Zelle-Abtaster von VS erzeugt wird, bis die Batteriezellenspannung
den Wert von 2,35 Volt erreicht hat. Wenn jedoch der Wert'von 2,35 Volt einmal erreicht worden ist, schaltet
der 2,35 Volt-Abtaster in den nicht zurücksetzenden Zustand um. Wenn die abnehmende Ladungsstufe beendet ist, wird der
4 0 9817/0886
• - 39 - '
Ausgang\,<ier Zähler B1 und B2 auf der Zählstellung 128 gezielten,
um sicherzustellen, daß kein Strom zur Batterie geliefert wird, bis die Batterieleerlaufspannung pro Zelle auf den Wert von
2,2 Volt anfällt und der 2,2 Volt-Zellspannungsdetektor anspricht, um die Zähler B1 und B2 zurückzusetzen.- Durch dieses
Zurücksetzen verschwindet der Zählausgang 128 und gibt das Tor G6 und damit das Tor G-5 frei, und es kann wieder ein Ladestrom
fließen. Dieser Strom fließt so lange, bis die Zählstellung
128 durch die das Tor G6 passierenden Impulse erreicht worden .ist, diesmal mit der schnelleren Impulsgeschwindigkeit, worauf
das Signal I-gAmm = 0 wieder dem Ladegerät zugeführt wird, um
die Ladung der Batterie zu beenden. Wenn die Batteriespannung wieder abfällt, ist die Ladung solange verhindert, bis der Abfall
den Wert von 2,2 ToIt erreicht, bei dem die Zähler wieder
zurückgesetzt wird und ein neuer Ladezj'klus beginnt. Dies ist
die oben beschriebene Bereitschaftsstufe. Es ist anhand der Eig. 1 zu erkennen, daß Abnahmesteuerung fortfahren kann, den
Ladestrom I-gAmm zu regulieren, falls dies gewünscht ist. ■
In Pig« 3 sind die Schaltkreise In(w und TAPER ausführlicher
dargestellt. Der Schaltkreis. Iqqjj- sorgt für die schrittweise
Annäherung an die Abnahme I-yp» in Fig. 2. Der Summier-Eingang
des Operationsverstärkers ÖA 1 enthält vier Schaltelemente in iorm von Widerständen R., R , R, und R.. R., erhält eine nega-
1 2 -> . ■ 4- «
tive Spannung als ein Signal, das den Hauptladestrom IB(darstellt.
Während der Hauptladestufe (üZEI( unter 2,35 YoIt)
sind beide Schalter S2 und S3 offen. Der Widerstand R2 erhält
über IgjQ. ein positives Signal, das den tatsächlichen Lade-
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235160Γ 40~ '
strom anzeigt. Der Schaltkreis Iqq-w liefert daher ein Eingangssignal
an PAC, um Ι-βΛφφ auf IBiZU erhöhen und auf diesem
Wert zu halten. Wenn U2EL ^»35 YoIt erreicht, spricht der
entsprechende Abtaster von TS an und schließt den Schalter S2 und führt über R-, ein positives Signal zu, um einen Teil des
Signals 1-g.rjjrji zu ersetzen, das das Signal Ig1 ausgleicht.
wird daher, wie in Fig. 2 dargestellt, verringert. Bei 2,5 Volt wird der Schalter S3 durch einen anderen ähnlichen Spannungsabtaster betätigt (in Fig. 1 nicht dargestellt), um in ähnlicher
Weise L,^ auf den Wert· bei 2,5 Volt in Fig. 2 weiter zu verringern.
Wenn eine geradlinige Abnahme gefordert wird, werden, die Widerstände
IU und R, durch ein Eingangssignal von der Operationsverstärker-Schaltung
IAPER über IMIBIT 1 in Fig. 1 ersetzt.
Der in Fig. 3 dargestellte Schaltkreis TAPER enthält einen Operationsverstärker
0A2. Der Summiereingang enthält Widerstände Rc und Rg, deren Werte durch die bereits früher erwähnten
Konstanten b und c bestimmt werden. Diese Konstanten stellen ITTq und das Verhältnis U/I entsprechend dar. Das Ausgangssignal
von 0A2 wird dem Schaltkreis INHIBIT 1 über eine Diode D32 zugeführt, um ein negatives Ausgangssignal zu vermeiden,
das ΙΒΑΪΪ über Lg hinaus erhöht, das durch Iqqjj festgelegt ist.
Es ist klar, daß die geeignete Abnahme leicht durch entsprechen de Werte der Widerstände R1-Rg festgelegt werden kann. Dies ist
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ein großer Torteil gegenüber den Abnanmeregelungen mit Reihendrossel,
bei denen verschiedene oder verschieden angezapfte Drosseln speziell für jede Batteriegröße und Abnahmecharakteristik
entworfen werden müssen.
Die Pig. 9 zeigt eine Gruppe von Kurven, die die Batteriespannung
über der Zeit darstellen, und die während den Unterbrechungen in Abständenvon 15 Minuten während der Ladung der
Batterie aufgenommen wurden. Die der horizontalen Zeitachse am nächsten liegende Kurve ist die beim Beginn der hier betrachteten
Ladung; die von dieser Zeitachse am weitesten entfernte
Kurve ist die am Ende der hier betrachteten Ladung. Die Zeitachse ist in Sekunden eingeteilt und die vertikale Spannungsachse
trägt eine lineare Spannungsskala.
Beim Laden einer Batterie sind zwei Punkte in dem Ladezustand
sehr kennzeichnend. Der erste davon ist der Punkt, bei dem
ein kennzeichnendes "Gasen" auftritt, und der zweite
ist der Punkt, bei dem das Zuführen von weiteren Ladestrom die Leerlaufspannung der Batterie nicht mehr erhöht. Bis der erste
Gasungspunkt erreicht ist, erhält die Batterie einen Ladestrom, dessen Wert die Kapazität der Batterie in Amperestunden erreichen kann, ohne die Lebensdauer und den Zustand der Batterie
ernsthaft zu. beeinträchtigen. Wenn jedoch einmal das Gasen aufgetreten ist, verringert das Vorhandensein von Gasblasen
den Strom, der der Batterie gefahrlos zugeführt werden kann. Der zweite Punkt ist wichtig, weil es keinen Sinn hat, die La-
- 42. 403817/0886
dung der Batterie x'ort zufuhr en, wenn deren Leerlaufspannting
einmal aufgehört hat anzusteigen, was den vollgeladenen Zustand
anzeigt, abgesehen von kleinen Ladungen in Abständen in manchen Eällen, um den vollgeladenen Zustand aufrecht zu erhalten,
da eine Überladung diese Batterie beschädigen kann.
Die Leerlauispannung der Batterie, bei der ein. Gasen auftritt,
hat einen allgemein anerkannten ¥ert von 2,35 Volt pro Zelle für eine üblich aufgebaute Blei-Säure-Batterie in neuem oder
etwa neuem Zustand. Dieser Wert ändert sich aber mit der Lebensdauer
der Batterie und abhängig von der Art, in der die Batterie verwendet wird. Beispielsweise kann es bei einigen
mehrzelligen Fahrzeugbatterien erwünscht sein, eine oder mehrere Zellen kurzzuschließen, dieswährend der Lebensdauer der
Batterie einen Ausfall zeigen, um den Rest der Batterie maximal auszunutzen. Entsprechend ist eine Einrichtung,die versucht,
die Ladung durch Messung der Batteriespannung und durch Vergleich dieser Spannung mit einer Bezugsspannung zu steuern,
deren Wert auf der Basis von 2,35 Volt pro Zelle für eine Blei-Säure-Batterie festgelegt wurde, nicht gefahrlos verwendbar
bei einer Batterie mit weniger als der nominalen Anzahl von Zellen, die noch in Betrieb sind. Ferner kann eine Batterie
zum-Ende ihrer Lebensdauer noch in der Lage sein, ausreichend
Energie zu liefern, aber sie kann nie mehr den ausgewählten Bezugswert von 2,35 Volt pro Zelle erreichen.
Ein ähnliches Problem entsteht, wenn irgendwelche Mittel vorgesehen
sind, um den vollgeladenen Zustand aus der Batterie -
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spannung zu erkennen, da diese ebenfalls einen Wert abhängig
von der Lebensdauer und der Verwendung der Batterie hat.
Es ist festgestellt worden, daß, obwohl der absolute Wert der
Spannung und der vollgeladenen Spannung sich von Batterie zu Batterie und mit der Lebensdauer der Batterie ändert, das Verhalten
der Batteriespannung in der Unterbrechung eines Ladestroms eine zuverlässige Anzeige des Ladungszustands der Batterie
angibt'. Entsprechend gibt die vorliegende Erfindung eine
Steueranordnung eines Batterieladegerätes an, um den Ladezustand der Batterie aus der Batteriespannung in solch einer auftretenden
Unterbrechung zu schätzen. Beim Auswerten der Kurven, in Fig. 9 ist zu erkennen, daß die neun untersten Kurven sehr,
ähnliche Form haben und nur durch eine Verschiebung der gesamten
Kurve nach oben getrennt sind aufgrund der Zunahme der Batterieleerlaufspannung,
die durch die Ladeperiode von 15 Minuten zwischen den Kurven erzeugt wird. Die Kurven 10 bis 16 zeigen
eine zunehmende Änderung der Form, und auch die Kurve 10 ist unterschiedlich von der Kurve 9. Die 17. und folgende Kurven
stimmen im wesentlichen überein mit der Kurve 16. Die folgenden Kurven brauchen daher nicht weiter betrachtet zu werden.
Es ist festgestellt worden, daß ein enger Zusammenhang·zwischen
dem bestimmten Unterschied in der Form zwischen der 9. und 10.
Kurve und dem Auftreten eines kennzeichnenden'"Gasens" besteht.
Die Übereinstimmung der 16. und folgenden Kurven zeigen an, daß durch Fortsetzen der Ladung keine weitere Zunahme der Batteriespannung
erreichbar ist« Entsprechend geben die. Kurven die beiden wichtigen Punkte bei der Steuerung einer Batterieladung
409817/0888
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an, und die zu beschreibende Einrichtung zeigt Schaltungsanordnungen,
die den Zustand der Batterieladung in ÜbereinStimmung
mit dem Verhalten der Batteriespannung entsprechend den Kurven
abschätzt.
Pig. 5 zeigt eine Ladestromsteuerung, die in einer bevorzugten
Anordnung den Ladestrom auf dem höchstmöglichen Wert aufrechterhält entsprechend einer befriedigenden Batterielebensdauer,
natürlich-entsprechend der Fähigkeit des Ladegeräts, den höchsten
erforderlichen Wert des Stroms liefern zu können. Die Angabe weiterer Einzelheiten des tatsächlichen Batterieladegeräts
sind hier nicht notwendig, da ein geeignetes Ladegerät von einem Fachmann leicht ausgewählt oder entworfen werden kann,
aber es kann vorzugsweise die Ladeschaltung verwendet werden, die in Fig. 1 dargestellt und vorstehend näher beschrieben ist.
Es ist einzusehen, daß auch andere Teile der vorstehend beschriebenen
Steuerschaltung in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden können.
In Fig. 5 wird die Batteriespannung u BAmm einem spannungsgesteuerten
Oszillator VCO zugeführt, um eins der Batteriespannung
proportionale Frequenz zu erzeugen. Diese Frequenz wird dem einen Eingang von jedem der zwei lore UP und DM" zugeführt. Eine
Folgesteuerung SC wird durch einen 2-Geschwindigkeits-Iakt CL
betrieben, um das Zuführen des Ladestroms zur Batterie zu steuern, so daß Ladungsperioden von etwa 15 Minuten durch Unterbrechungen
von etwa 10 Sekunden Dauer,während denen kein
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Ladestrom fließt, getrennt werden. Der Stromfluß wird gestoppt und gestartet durch ein Signal auf der leitung, die mit I/w/off
"bezeichnet ist. In einem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Beginn
der Unterbrechung führtdie Polgesteuerung SC dem Anschluß
RS des Yorwärts-Rückwärts-Zählers Ή ein Rücksetzsignal zu.
Dieses stellt den Zähler zurück. Etwa 2 Sekunden nach dem Beginn der Unterbrechung liefert die Polgesteuerung SG ein Preigabesignal
von etwa einer Sekunde Dauer, das selbst durch den laktimpuls gesteuert ist, an den anderen Eingang des Tores UP,
um die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators TGO zu
dem Zähler U durchzulassen. Der Zähler registriert daher eine Zählung, die den Wert der Batteriespannung zu diesem Zeitpunkt
darstellt. Nach einem weiteren Zeitraum von etwa zwei oder vier Sekunden liefert die Polgesteuerung SG ein weiteres, zweites
Freigabesignal, diesmal an den anderen Eingang des Cores DU,
um die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators dem Zähler U zuzuführen. Diese Frequenz vermindert die Zählung
in dem Zähler IT, so daß die restliche Zählung proportional der
Differenz·zwischen dem Wert der Batteriespannung, als das !Dor
UP freigegeben war, und dem Wert, als das lor DN freigegeben
war, ist. ITacn einem weiteren kurzen Zwischenraum von weiteren
zwei Sekunden erzeugt die Polgesteuerung SG ein Signal, das ein
Pließen des Batterieladestroms wieder ermöglicht. Der in dem Zähler N verbleibende Unterschied der Zählung wird einem Binär-Analog-Umsetzer
BAG zugeführt, um eine Spannung zu erzeugen, die den Unterschied in dem Werten der Batteriespannung
darstellt. Diese Spannung wird einer Skalier-Einheit SU züge- *
führt. Die Skalier-Einheit verändert den Wert des Ausgangssignals
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des Binär-Anälog-Umsetzers in einer Weise, die von dem tatsächlichen
Wert der Batteriespannung abhängig sein kann oder die ein vorher bestimmter konstanter Faktor sein kann, um ein
Signal U-nC zu erzeugen, das angibt, in welchem Grad der Ladestrom mit Bezug auf den Ladezustand der Batterie, der durch
den im Zähler Ii graniten Differenzwert geschätzt wird, verändert
werden muß. Dieses Signal wird als ein Eingangssignal der arithmetischen Einheit AU zugeführt. Ein anderer Eingang
der arithmetischen Einheit erhält die Spannung Uj,, die den
maximal zulässigen Wert beim Ausgangsstrom des Ladegerätes darstellt. Die arithmetische Einheit erzeugt ein Ausgangssignal,
das den unterschied zwischen den beiden Eingängen darstellt
und gleich U^, - nC ist. Das Ausgangssignal wird einer weiteren
Schaltung ü/l zugeführt, für die die Schaltung Iqqw aus
Pig. 1 verwendet werden kann, um den Ladestrom entsprechend der Beziehung I = (I__ - nC) zu steuern. Aus diesem Ausdruck ist
zu erkennen, daß der in dem Zähler if aufgezeichnete Unterschied
zunimmt, wenn der Ladestrom entsprechend der durch die Skaliereinheit SU erzeugte Skalierfunktion abnimmt.
Venn die in Pig. 9 dargestellten Kurven mit Bezug auf die oben
beschriebene Arbeitsweise betrachtet werden, ist zu erkennen, daß.bei den ersten neun Kurven eine sehr kleine Änderung des
Spannungswertes vorhanden ist, der zwei und vier Sekunden nach der Unterbrechung der Ladung bei S = O gemessen wurde und die
Skalier einheit kann auf Wunsch so eingerichtet sein, daß der
Batterieladestrom für diese relativ kleinen Änderungen der Batteriespannungswerte
während der Unterbrechung der Ladung nicht geändert wird. Es ist jedoch zu erkennen, daß von der Kurve
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10 an aufwärts der Unterschied ständig ansteigt und daß eine
geeignete Verringerung des Batterieladestroms durch'das Arbeiten
der in I5Ig. 5 dargestellten Schaltung vorgenommen "werden muß. Wie vorher erwähnt wurde, entspricht die Kurve 10 dem
Einsatz des Gasens. Entsprechend sorgt die Steueranordnung nach
Pig. 5 für einen Übergang von einer wesentlichen Hauptladestufe
(Kurve 1 bis 9) mit dem maximal möglichen Ladestrom zu einer Ladungsstüfe mit Abhängigkeit von dem Ladezustand (Kurve 10
aufwärts), in der der Ladestrom ständig verringert wird, um eine Beschädigung der Batterie durch Zuführen eines übermäßigen
Ladestroms während des Zustande des Gasens zu vermeiden. Es
ist klar, daß der Übergang von der Hauptladung zu der gesteuerten
Phase nicht bei einem willkürlich vorher gewählten Wert der Leerlaufspannung erfolgt, sondern durch das Ansprechen auf
eine Änderung der Batterieleerlaufspannung, die eine enge Beziehung
zu dem Einsatz des Gasens hat und die ohne Bezug auf den
tatsächlichen Wert der Batteriespannung zu dieser Zeit festgestellt
wird. Durch das Ansprechen in dieser Weise auf eine
Änderung in dem Verhalten der Batterieleerlaufspannung während
einer Unterbrechung kann ein Ladegerät angegeben werden, das bei Batterien mit einer verschiedenen Anzahl von Zellen, wie
beim Kurzschließen von einer oder mehreren Zellen in beschriebener
Weise auftritt, zufriedenstellend arbeitet.. Ferner bekommt eine Batterie, die aufgrund ihres Gebrauchszustandes nicht
mehr mit der üblichen Spannung beim Gasen übereinstimmt, noch
eine geeignet abgestufte Ladung. Die Veränderung der Spannung beim Gasen durch Temperaturänderungen werden ebenfalls ausgeglichen.
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In Pig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, die das Laden einer Batterie "beendet. Eine ähnliche 2-Geschwindigkeits-Folgesteuerung
SC und Takt CL sind vorgesehen, um die Unterbrechungen des Ladestroms in ähnlicher V/eise wie oben beschrieben zeitlich
zu steuern. Während einer Unterbrechung erzeugt die Polgesteuerung
zwei Ausgangssignale vorzugsweise bei zwei und sechs
Sekunden, und zwar ein Setz- und ein Rücksetzsignal entsprechend. Das Setzsignal ist mit S und das Rücksetzsignal mit R in der
Schaltungjbezeich.net. Diese Signale werden einer Zyklussteuerung
CC und einem ersten Flipflop PH zugeführt. Der Aufbau
der Zyklussteuerung CC wird einem Pachmann aus der Beschreibung seiner Arbeitsweise sofort klar. Das Flipflop kann irgendeine
• geeignete gebräuchliche Einheit sein. Die Batteriespannung wird einem analogen Vergleicher zugeführt, der vier Schalter P1, F2,
P3 und 3?4 zusammen mit zwei Kondensatoren C1 und C2 zur Spannungsabtastung und einem analogen Vergleicher-Schaltungselement
COMP enthält, wobei letzterer in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein integriertes Schaltungselement mit der Typenbezeichnung'
NEOO42 C ist. Die Schalter P1 bis P4 sind vorzugsweise
Feldeffekttransistoren mit der Typenbezeichnung 2N3824. Diese
Schalter werden abwechselnd geschlossen durch die Steuersignale S1, S2, R1 und R2, die von der Zyklussteuerung CC abgeleitet
sind. Die Arbeitsweise der Anordnung nach Pig. 6 wird beginnend am Anfang der Unterbrechung beschrieben. Am Anfang der
Unterbrechung weenselt die Folgesteuerung SC das Signal, das sie dem Tor G zuführt, um den Batterieladestrom abzuschalten
und ein zweites Flipflop ΡΪ2 zurückzusetzen. Zwei Sekunden später
gibt die Polgesteuerung SC ein Signal S zur Zyklussteue-
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rung CC, die wiederum ein Signal S1 erzeugt,, um den Schalter
ΙΊ zu schließen und die Batteriespannung dem Kondensator G1
zuzuführen. Dieser Kondensator lädt sich während der Dauer des Signals S1 auf die Batteriespannung auf s und die Spannung
an dem Kondensator wird einem Eingang des Yergleichers GOMP
zugeführt. Während der normalen. Betriebsweise der Steuerung
steigt die Batteriespannung bei der Ladung ständig an9 und
wenn während eines früheren Zyklus der Kondensator C2 in einer
Weise aufgeladen wurde, die später beschrieben wirds hat er
eine niedrigere Spannung als die 9 die nun dem Kondensator Gi
zugeführt wirdj, und der Yergleicher erzeugt ein Ausgangs signal
mit einem von zwei möglichen Zuständen9 das diese Besiehung anseigto
Das Signal S von der Folgesteuerung ist auch dem ilipflop
H* 1 zugeführt worden 9 um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das
das gleiche ist wie das jetzt τοη dem Yergleicher erzeugtes und diese Ausgangssignale werden den zwei Eingängen eines exklusiven
QDER-Sores ExOR zugeführt9 und solange diese zwei Eingänge
gleich sind; schaltet das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Sores
das llipflop ZF2 in den Zustand^ in dem das Tor £
durch das Ausgangssignal von ΙΈ2 freigegeben isto Wenn die folgesteuerung
SO das Tot G- wieder freigibts wird daher wieder ein
Batterieladestrom geliefert« Wenn nun wieder die Unterbrechung
betrachtet wirds deren Anfang vorstehend beschrieben wurdes
erzeugt die Folgesteuerung SC etwa vier Sekunden nach dem Anfang ein Signal R und führt es der Zyklussteuerung CC zus um
ein weiteres Signal R1 zu .erzeugens das den Schalter F4 zum
Entladen des Kondensators 02 schließt» Dieser Vorgang hat kei-
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Einfluß auf das Ausgangssignal des Yergleiehers, obwohl
der Schalter Ff nun wieder geöffnet ists da der Kondensator
G 1 weiterhin im wesentlichen die gesamte, ihm zugeführte
Spannung hält und das Ausgangs signal des Yergleichers in dem
gleichen Zustand aufrechterhält. Etwa-acht Sekunden nach dem
Anfang der Unterlr^chung gibt die Folgesteuerung das lor G
wieder frei und ein Batterieladestrom kann fließen, Jfach einer
Periode iron etwa 15 Minuten unter br iciit die Polgesteuerung den
IfSöestroiiL-wJi-ederj indem sie das Sor Gr sperrt, und zwei Sekunden
später führt sie der Zyklussteuermig GC ein Signal S zu9
ein Signal S 2 zu erzeugen, das den Schalter 3?3 ansteuert,
dem Kondensator' 02 die Batteriespaimung zuzuführen. Wenn
des normale Ablauf der Torgänge angenommen wird, ist die Bat-•feeriespannung
nun höher;, als sie während der vorhergehenden Unterbrechung
wars und der Tergleicher lindert seinen Ausgangssmstand,,
der dem ExlclusiY-QBER-Sor zugeführt wird» Das Signal
-g Mat jedoch ebenfalls gewechselt t so daß der Ausgangszustand
des Plipflops EF 1 und damit des Plipflops IT 2 weiterhin in
de® Zustand ist, in dem er- das 2or Q- freigibt. Tier Sekunden
nach dem Anfang der jetzigen Unterbrechung erzeugt die" Pol- gesteuerung
So ein weiteres Signal E^ das ein Aiasgangssignal
12 aa der Zyklussteuerung CC erzeugte um den Schalter 12 zu
schließen und den .Kondensator 01 wieder zu entladen. Dieser
Torgang hat wieder keinen Einfluß auf das Exklusiir-ODER-Ior
aus den oben beschriebenen Gründen« Die Folgesteuerung beendet dann wieder die Unterbrechung durch !Freigabe des Tors
S8 so daß der Batterieladestrom wieder fließen kaim«,
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Bei Betrachten der in Tig. 9 dargestellten Kurven und der linie,
die zur Darstel^ng des Zeitpunktes 1 = 2 Sekunden vom Beginn
der Unterbrecnung an gezeichnet ist, ist zu erkennen, daß die Batteriespannung ständig ansteigt, während die Ladung fortschreitet,-
Beim Erreichen der 15. und der folgenden Kurven steigt die Batteriespannung nicht mehr an. In praktischen !Fallen
kann sie sogar leicht abfallen. Daher wird ein Punkt erreicht, bei dem der Vergleicher während einer Unterbrechung
eine Abtastung der Batteriespannung erhält, die nicht größer ist als die vorher erhaltene und nun in dem anderen Kondensator
des Verglelehers gespeicherte. Daher wechselt der Vergleich er nicht seinen Ausgangszustand, und da der Ausgangszustand,
des Flipflops S1PI gewechselt hat, erhält das Exklusiv-ODER-Sos
nun Eingangssignale mit zwei verschiedenen Zuständen. Dessen
Ausgang betätigt daher nun nicht das Flipflop FF2, um das Tot
G- freizugeben. Da das Tot G bereits durch den Ausgang d-er Folgesteuerung
SG während der Unterbrechung gesperrt wurdes hat dies
keine unmittelbare Auswirkung. Wenn am Ende der Unterbrechung die
Folgesteuerung jedoch wieder ein Freigabesignal dem Eingang des Tores G zuführt, bewirkt dies nicht die Freigabe des Sores,
da es bereits durch das Ausgangssignal des Flipflops FF2 gesperrt ist. Daher kann kein Batterieladestrom fließen, und die
Ladung ist beendet.
Es ist zu erkennen, daß in der zweiten beschriebenen Anordnung die Batteriespannung beim Auftreten einer Unterbrechung die Basis
für die Schätzung des Ladezustands in der Batterie und einer darauf folgenden Veränderung des Ladestroms ist. In die—
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sem EaIl ist dies die Beendigung der Ladung^ aber es ist möglich,
daß das Sperren des Tores 6 so vorgenommen wird« daß eine andere Ladesteuerschaltung in Betrieb gesetzt wirds die für ein
wenig häufiges Zuführen von kursdauernden Ladungen zur Batterie sorgt, um sie in dem τοίΐ geladenen Zustand su halten.
In !Pig, 7 sind die wichtigsten Elemente der Kontrollschaltung
eines Batterieladegerätes in Blockform dargestellt und die verschiedeneh^logisehen
Torgänge angegeben«, die während der Zyklen der Steuerschaltung ausgeführt werden<>
!•Jährend des Betriebs wird die Steuerschaltung mit einer Ladestromquelle
verbunden, wie beispielsweise eine mit der Wechselspammngsversorgung
verbundene Brücke mit gesteuerten Halbleitergleichrichtern j um den Ladestromfluß und auch den Ausgang
des Ladegeräts zu steuern^ mit dem die Batterie verbunden ist,,
um ein Signal abzuleiten, das die Spannung pro Zelle (U0) der
• Batterie darstellt» Es wird außerdem angenommene, daß die Steuerschaltung
eine Anordnung zum Erzeugen von elektrischer Energie mit geeigneten Spannungen zum Speisen der verschiedenen
Schaltungselemente enthält» Diese Quelle wird" in Betrieb mit den mit Sl+" und "O" bezeichneten Anschlüssen in der Pigur verbunden.
Die Schaltung kann auch mit geeigneten Anzeigegeräten verbunden sein, die lichtaussendende Dioden sein können«, um den
gerade im Betrieb befindlichen Zyklus des Ablaufs anzuzeigen.
In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die Steuerschaltung
mit einem Ladegerät und beide mit der Wechselspannungs-
409817/0886
'- 53 -
Versorgung verbunden sind, daß das Ladegerät eingeschaltet ist
und daß eine Batterie gerade mit den Anschlüssen des Ladegeräts zum Laden verbunden worden ist. Die Steuerschaltung enthält
eine Einrichtung in irgendeiner der bekannten Formen, um sicherzustellen, daß beim Einschalten die verschiedenen logischen
Schaltungen.alle in einen geeigneten Anfangszustand gesetzt werdenum
2'alsche Betriebsweise zu vermeiden. Die Spannung IT , die
die Batteriespannung pro Zelle darstellt, wird von dem Ausgang des Ladegeräts in bekannter ¥eise abgeleitet und vier Yergleichem
Ci 1,5 Τ? Gj 2,22 V, Ci 2,35 Y und Ci 2,85 Y in der
Steuerschaltung zugeführt. Jeder von diesen spricht auf die Spannung Un und eine entsprechende Bezugsspannung an und erzeugt
ein Ausgangssignal, das anzeigt, ob oder ob nicht die Spannung
U_ über' oder unter dem in der Bezeichnung des Yergleichers. angegebenen
Spannungswert liegt» Die Bezugsspannungen der drei niedrigeren Werte werden von einer Spannungsteilerkette abgeleitet,
die mit einer durch Zenerdioden 200 und 201 stabilisierten Spannung verbunden sind. Für den höchsten Spannungsvergleicher wird eine Spannung - XT0 von gleicher Größe, aber entgegengesetzter
Polarität wie die Spannung UQ einer Spannung gegengeschaltet
s die direkt von einer Spannung der Spannungsversorgung für die Steuerschaltung abgeleitet ist. Wenn die aus dieser Gegenschaltung
resultierende Spannung negativ bezüglich 0 YoIt wird, wechselt das Ausgangssignal des Yergleichers, um anzuge-r
ben, daß die Spannung pro Zelle 2,85 YoIt überschreitet. Es wird angenommen, daß eine teilweise entladene Batterie mit einer
Spannung pro Zelle über 1,5 YoIt und unter 2,22 YoIt mit dem La-
409 8-17/088 6 - 54 -
" 54 " 23516€1
degerät verbunden worden ist. Andere Bedingungen, werden später
betrachtet. In diesem EaIl spricht der Tergleicher C: 1,5 Volt
an, und erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Spannung oberhalb dieses Wertes anzeigt, und dieses Ausgangssignal wird dem Tor
408/1 zugeführt, um dem Ladegerät zu ermöglichen, der Batterie einen Strom zuzuführen. Die Steuerschaltung hat "bisher auf die
tatsächliche Batteriespannung reagiert und dem Ladegerät noch
nicht erlaubt, einen Strom zu liefern. Der Ausgang des Vergleichers S: 1,5 Volt wird außerdem dem Tor 408/2 zugeführt,
das, nachdem das vorher erwähnte Zurücksetzen stattgefunden hat und durch den Vergleicher C: 1,5 Volt aufrechterhalten worden
ist, bis dieser durch das Anschließen einer Batterie angesprochen hat, nun freigegeben wird, um der Zähler/Folgesteuerung
CSC zu ermöglichen, mit dem Zählen von Impulsen zu beginnen,
die von einem Taktimpulsgenerator mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor, mit PUT bezeichnet, geliefert werden.
Solch ein Taktimpuls generator ist vorher mit Bezug auf die Schaltung CL in Fig. 3a beschrieben worden. Der Transistor 300
wird in diesem Zeitpunkt eingeschaltet, um beide Kondensatoren 104 und 105 mit dem Taktimpulsgenerator zu verbinden, um Impulse
mit einer Geschwindigkeit von jeweils einem alle drei Sekunden zu erzeugen. Diese Impulse werden einem Schaltungselement
CSC über ein Tor 403/2 und eine Störspannungs-Uhterdrückungsschaltung S zugeführt. Das Schaltungselement CSC ist ein achtstelliger
Binärzähler, der beim Zuführen von diesen Impulsen seine volle Zählerstellung in etwa sechs Minuten erreicht. Am
7 Ende dieser Zeit liefert der Ausgang der höchsten Ordnung, 2 ,
- 55 409817/0886
eine binäre 19 die einem Inverter 406/3 zugeführt wird und das
!Dar 408/1 sperrt, und-damit den der Batterie zugeführt en Ladestrom
abschaltet» Ss ist zu erkennen9 daß die Arbeitsweise der
Schaltung bis "Hierher die ist, beim Anschluß einer Batterie einen
Ladestrom- dieser Batterie für eine Periode von sechs Minuten zuzuführen, an deren lade der Strom abgeschaltet, wird« Die
Größe des Ladestroms ist vorzugsweise die/die für die Hauptstufe
der Batterieladung geeignet ist* Me Steuerung der ß-röße
dieses Stroms in diesem Betriebszustand ist bereits bei den vor~
her beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen erläutert wordene Bas
Ausgangssignal des YergXeiehers Cs 195 ToIt führt auch die föl-"
-genden-Punktionen.auso'-Erstens gibt es das Tor 400/1 frei5 um
an seinem Ausgang ein "BOLE" —Signal zum.Ansteuern eines Anseigeelements
zu erzeugen, das anzeigt, daß die Hauptladestufe abläuft=
Zweitens gibt es einen Eingang des Sores 403/1 frei, dasjdas
Arbeiten des Relais-Xrelbers ED steuert, um die Spule des Relais
RL zu erregen» Wenn die Spule erregt ist, -betätigt sie den Reed-'
relais-Kontakt SI»/1.S um die Reihenschaltung des Kondensators - G
und des Widerstands E zwischen der Nulls chi ene und der Spannung
-l· U einzuschalten» Der Kondensator C wird damit auf die Spannung
+ U_. aufgeladen. Ber Ladestrom des Kondensators C fließt
durch den Widerstand R9 uad wenn der Strom über einem vorgegebenen
Wert liegt, erzeugt der Verstärker AMP einen Ausgangsimpuls
O
7
Machdem der Ausgang 2 den binären 1-Zustand erreicht hat, wie oben beschrieben wurde, kommt der.Ausgang niedrigster Ordnung
Machdem der Ausgang 2 den binären 1-Zustand erreicht hat, wie oben beschrieben wurde, kommt der.Ausgang niedrigster Ordnung
- 56 409817/0886
ο in
des Elements CSO, 2 , mit dem nächsten Taktimpuls/den binären
1-Zustand. Diese binäre 1 zusammen mit der aufrechterhaltenen,
binären 1 am Ausgang 2 gibt das Tor 400/3 einen Taktimpulsabstand nach, dem Ende der ladeperiode frei. Das Ausgangssignal
des Tores 400/3 wird dem Eingang eines monostabilen Impulsgene-.rators
MS zugeführt, der einen Impuls mit vorzugsweise einer Dauer zwischen 10 und 100ms erzeugt. Der Ausgangsimpuls des
monostabilen Generators Ms wird einem dritten, bisher gesperrten Eingang des !Tores 403/1 zugeführt, um dieses Tor freizugeben
und den Relaistreiber RD wie oben beschrieben, anzusteuern. DadurchsüLießt der Kontakt RIi/1 und der bisher ungeladene
Kondensator G wird auf den Wert der Spannung +Uc aufgeladen.
Der Ladestrom für den Kondensator C durchfließt den Widerstand R, und der Verstärker AMP erzeugt einen Ausgangsimpuls.
Dieser Ausgangsimpuls wird durch den Inverter 406/5 invertiert
und einem Eingang des Tores 408/2 zugeführt, um dieses Tor zeitweise zu sperren und zu bewirken, den Zähler des Elements
CSC auf Hull zurückzusetzen. Dieses Zurücksetzen entfernt das Sperreingangssignal vom Tor 408/1 und ermöglicht dem Ladegerät,
wieder einen Ladestrom zu liefern. Der Zähler des Elements CSC wird erneut gestartet und zählt wieder die durch das Tor
403/2 zugeführten Taktimpulse. Auf diese Weise wird eine weitere
Ladungsperiode von sechs Minuten begonnen. Es sei daran erinnert, daß vor diesem Beginn der monostabile Generator MS sein
Ausgangssignal nach Ablauf von dessen Zeitdauer beendet hat und das Tor 403/I wird wieder gesperrt, so daß das Relais RL
entregt wird und der Kontakt RL/1 öffnet und den Kondensator C
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im wesentlichen auf den Wert der Spannung +Un "bis zu einem Zeitpunkt
aufgeladen "bleibt, der eine binäre Zählung nach dem Ende
der Ladeperiode von sechs Minuten liegt.
Me oben beschriebene Folge von Abläufen wiederholt sich solange,
wie am Ende der Ladeperiode von jeweils sechs Minuten ein genügender Spannungsunterschied in dem Wert von +U_ entstanden
ist, um einen ausreichenden Strom durch den Widerstand R zu erzeugen, wenn der Eontakt RL/1 geschlossen wird, damit der
Verstärker 'AMP ein Eingangssignal erhält, um einen Ausgangsimpuls
zu erzeugen, der das Rücksetzen des Zählers in dem Element CSC durch das vorübergehende Sperren des Tores 408/2 bewirkt.
Da die Häuptladestufe in dieser Weise weitergeht, strebt der Wert der Spannung U. einem konstanten Wert bei einer normalen
Batterieladung zu. Wenn die Batterie in einem ausreichend guten Zustand ist und die Aufladung während der Hauptstufe
normal vorangegangen war, hat der Wert von ΪΓ 2,22 YoIt pro
Zelle überschritten, bevor er einem konstanten Wert zuzustreben beginnt. Der Vergleicher Cj 2,22 Volt erzeugt daher ebenfalls
e'ln Ausgangssignal, das einen Wert von U "über seinem entsprechenden
Bezugswert anzeigt* Die Auswirkungen dieses Ausgangssignals des Komparators sind, daß das dem Tor 408/3 direkt und
dem" !Dor 403/3 über den Inverter 406/2 zugeführte Signal von den
Zustand, in dem das Tor gesperrt ist, auf den Zustand wechselt, bei dem das Tor freigegeben ist, wenn die übrigen sperrenden
Eingangssignale ihren Zustand wechseln. Dieser Wechsel des Ausgangssignals des Vergleichers hat keinen Einfluß auf die
Wirkungsweise des Elements CSC, bis das Eingangssignal am Ver-
409817/0886
- 58 -
stärker AMP aufhört, groß genug zu sein, um den Zähler zurückzusetzen.
Dies tritt, wie oben erwähnt aux*, wenn die Zunahme von TJ_ zwischen aufeinanderfolgenden Ladungsperioden unterhalb
eines vorgegebenen Pegels abfällt. Wenn bei der Zählerstellung 10000001 dem Tor 406/2 über den Inverter 406/5 kein.
Rücksetzimpuls zugeführt wird, geht der Zähler auf die Zählerstellung
10000010 vor. Der binäre 1-Zustand in der Stufe zweitniedrigster
Ordnung erzeugt das letzte Freigabesignal für das for 403/3, und der Ausgang dieses Tores wechselt seinen Zustand.
Dieser Wechsel sperrt das Tor 403/2, und die Zufuhr der Taktimpulse zu dem Element CSC hört aux* und stoppt die Zählung
indem zuletzt erwähnten Zustand. Das Ausgangssignal des Tores 403/3 wird über eine Schaltung S zur Unterdrückung von Störungen,
einem Eingang des Flipflops ZFHR zugeführt. Der Ausgangsanschluß 5 dieses Flipflops wechselt seinen Zustand, und dieser
Wechsel steuert die Basis des Transistors 300, um diesen Transistor
abzuschalten und den Kondensator 404 von dem zeitbestimmenden Schaltkreis des Taktgenerators PUT zu entfernen. Das Entfernen
dieses Kondensators 104 erhöht die Taktimpulsfrequens
um einen Faktor von etwa 3» so daß eine vollständige Zählung
in. dem Element CSC in etwa zwei Minuten anstatt in sechs Minuten
erfolgt. Der andere Ausgang 6 des Flipflops FFHR wechselt
seinen Zustand und nimmt den freigebenden Eingang vom Tor 4O8/3 weg. Dieser Wechsel wird auch dem !Dor 400/4 zugeführt, so
daß sein Ausgang nicht mehr das Tor 403/2 freigibt und damit" den Durchgang der Taktimpulse verhindert. Der Ladestrom wird
weiterhin wie vorher beschrieben dadurch verhindert, daß der
40981770886 . - 59 -
'7 ■f
Ausgang 2 de^s Elements CSC auf das Tor 408/1 wirkt.
Ausgang 2 de^s Elements CSC auf das Tor 408/1 wirkt.
Da der Ladestrom aufgehört hat, "beginnt die Batteriespannung
abzufallen und erreicht möglicherweise einen Wert, bei dem der Vergleicher C: 2,22 Volt anzeigt, daß U0 unterhalb des Bezugswertes für diesen Tergleicher liegt. Das JLusgangssignal dieses
Vergieichers wechselt daher seinen Zustand und der freigebende Eingang des Tores 403/3 über den Inverter 406/2 wird weggenommen.
Der Zustand am Ausgang dieses !Tors wechselt und gibt den Eingang des Tors 403/2, mit dem dieser Ausgang verbunden
ist, frei. Der Wechsel im Ausgangszustand des Vergleichers
wirkt auch über das for 408/3 und setzt den Zähler im Element
CSC über das Tor 408/2 zurück. Alle Ausgänge des Zählers keh-
ren auf KuIl zurück. Die Rückkehr des Ausgangs 2 auf Null entfernt
den über dem Tor 400/4 dem Taktimpulstor 403/2 zugeführten
Sperreingang und ermöglicht wieder, daß der Zähler Taktimpulse erhält. Durch den Inverter 406/3 und das Tor 408/1 wird
wieder das Fließen eines Ladestroms ermöglicht. Da die Taktimpulsgeschwindigkeit
wie oben erwähnt erhöht wurde, kann der Strom nun nur noch für eine Zeitperiode von etwa 2 Minuten
fließen, nämlich von dem Zeitpunkt an, bei dem C: 2,22 Volt
auf die zunehmende Spannung anspricht und das Rücksetzsignal von dem·Tor 408/2 entfernt und die Zählung beginnt. Am Ende
dieser Zeit wird das Tor 408/1 wieder angesteuert, um den Ladestrom
zu unterbrechen, und in diesem PaIIe sperrt der über-
gang·am Ausgang 2 auch unmittelbar den Fluß der Taktimpulse
durch die Betätigung des Tores 403/2 über das Tor 400/4. Kei-
40 9817/0886
- 60 -
ner der Ausgänge 2 oder 2 erreicht nun den binären 1-Zustand,
so daß der monostabile Generator MS und sein angeschlossener Abtastschaltkreis nicht in Betrieb gesetzt wird.
Die Batteriespannung kann wieder abfallen, bis der Vergleicher
C: 2,22 Volt anspricht, um eine erneute Ladung von zwei Minuten wie eben beschrieben erneut zu beginnen. Das Flipflop ITHR
wird in dem Zustand gehalten, bei dem der Ausgangsanschluß 5 den !Dransistor 300 abgeschaltet hat, und dieser aufrechterhaltene
Zustand wird auch als ein Ausgangssignal dem Anschluß "HR" Signal zugeführt, um eine Anzeigevorrichtung zu betreiben,
die anzeigt, daß die Bereitsschaftsstufe der Ladung in Betrieb ist.
Bisher ist das Ansprechen des Vergleichers C: 2,35 Volt nicht
betrachtet worden. Beim Prüfen der in Pig. 7 dargestellten Schöltung ist zu erkennen, daß dieser Vergleicher jederzeit
ansprechen kann, um dem Anschluß 2,35 Volt AUSGANG über dem Inverter 406/1 ein Signal zuzuführen. Dieses Signal wird der
Stromsteuerungsschaltung des Ladegeräts zugeführt, um den Ladestrom auf der Grundlage zu verringern, daß die Batterie den
Zustand des "Gasens" erreicht hat. Wie bekannt ist, ist es
wünschenswert, den Ladestrom zu verringern, wenn die Batterie in diesem Zustand ist. Ein Beispiel für eine geeignete Ladestromsteuerschaltung,
die dies ausführt, ist vorher anhand der Figuren 1 und 4 beschrieben. Wenn der Vergleicher C: 2,35 Volt
in der eben beschriebenen Weise arbeitet, wird der Eingang des Tores 400/1 gesperrt, der die Anzeige ermöglicht hat, daß die
Hauptladung in Betrieb ist, während dem Tor 400/2 ein Eingangs-
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signal zugeführt wird, und dieses Tor -wird bei Abwesenheit
eines Ausgangssignals vom Ansenluß 5 des Plipflops anzeigt, daß die Bereitsscnaftsstufe in-Betrieb ist, freigegeben
und liefert ein Signal an den Ansenluß "GAS" Signal, um eine Iientaussendende Mode anzusteuern und damit anzuzeigen,
daß eine "Gasungs"-LadTi2ngsbegrenzung in Betrieb ist.
Der Yergleicher C:2,35 Volt schaltet beim Ansprechen ein, bis die Batterie entfernt wird.
Bs ist ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung, daß die Begrenzung des Ladestroms beim Gasen unabhängig von der Bereitschaftsstufe
in Betrieb gesetzt wird. Wenn daher eine Batterie geladen wird, die nicht 2,35 ToIt erreicht, wird sie vor einem
übermäßigen Ladestrom durch den Beginn der Bereitschaftsstufe geschützt, während andererseits, wenn die Bereitschaftsstufe
nicht beim Erreichen von 2,35 ToIt beginnt, die Batterie durch
die Terringerung des Ladestroms bei der Steuerung durch das
2,35 Volt Ausgangssignal geschätzt wird.
Es ist klar, daß die Strombegrenzung beim Gasen üblicherweise auftritt, während die Batterie noch iinter der Steuerung durch
die Abtastschaltung in Terbindung mit dem monostabilen Generator MS geladen wird. Es ist festgestellt worden, daß bei
Anwendung der Strombegrenzung beim Gasen in diesem Falle ein Sprung zurück im Wert der Spannung U_ auftreten kann. Diese
Verringerung in der Spannung Urt wird beim nächsten Betrieb des
monostabilen Generators MS durch den Terstärker AMP abgetastet als eine Angabe, daß die Batteriespannung einen konstanten Pe-
409817/0886 - 62 -
gel erreicht "hat. Als Ergebnis entsteht kein Rücksetzimpuls,
der dem Tor 408/2 zugeführt wird, und die Steuerscnaltung
würde in den Bereitschaftszustand zurückkehren, bevor die
Batterie so viel Ladung bekommen hätte, wie sie aufnehmen könnte.
lfm diese unnormale Betriebsweise zu verhindern, wird ein Übergangszyklus
eingeführt, wenn die Grasen—Spannung erreicht ist.
Der erste JFeil in diesem Zyklus wird direkt durch den Ausgang
des Vergleichers C; 2,35 Volt gesteuert, der über den Widerstand 34 und dem Kondensator 108 dem Eingang des Verstärkers
AMP zugeführt wird, so daß nur der Übergang zur Gasen-Spannung durch das Arbeiten des Verstärkers und des anschließenden
Inverters 406/5 als ein Rücksetzsignal dem Element CSC zugeführt
wird, so daß der Zähler zurückgesetzt wird, um eine Ladeperiode von 6 Minuten von dem Übergang an abzuzählen. Der
Ober gang am Ausgang des Vergleichers wird auch, über den Verstärker
406/1 und den Kondensator 111 und die unterdrückungsschaltung
S dem Eingang 13 eines Flipflops PP !DRANS zugeführt.
Der Eingang 13 ist der Rücksetzeingang dieses Flipflops, das
den nächsten Teil des Übergangs von der Hauptladung zur Ladungsstufe
beim Gasen steuert. Der Ausgang 8 des Plipflops PF TRAfTS war auf dem binären Wert 1 geblieben, nachdem es durch
den Ausgang des Vergleichers C: 1,5 Volt über den Setzeingang 10 gesetzt wurde, als die Spannung U_ unterhalb dieses Wertes
lag,und wechselt nun auf 0. Hachjdem Zsorücksetzen zählt der
Zähler in dem Element CSC die Periode von 6 Minuten ab und die
Zählstellung 10000000 schaltet den Ladestrom ab. Bei der Zähl-'
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Stellung 1OOOQOÖ1 wird der mono stabile Generator MS angehst euert* Dessen Ausgang wird, außer daß er in oben erwärmter
Weise dem!Eor 403/1 zugeführt wird, über eine Unterdrückungsschaltung
S dem Saktahsehluß 11 .des Plipflops Pi" TRANS zugeführt. Ein an den Eingang 11 angelegtes Eingangssignal hat
keinerlei Auswirkung auf das Flipflop, bevor der Übergang dem Rücksetzeingang 13 zugeführt wurde, wodurch das Pllpflop vorbereitet-
wird. Es ist zu erkennen, daß das"Arbeiten-des monostabilen
Generators MS bei der Zählstellung 1OOOÖOO1 zwei Auswirkungen
hat. Erstens wird das 5Cor 403/1 freigegeben, um den
Relaistreiber RD,wie oben beschrieben, anzusteuern, so daß
der Kondensator G auf den dann vorhandenen Viert der Spannung' Vn aufgeladen wird. Falls ein Schritt zurück in dem Wert der
Spannung ü vorhanden war, wird auf diese Weise die ladung
auf dem Kondensator C so eingestellt, daß die folgenden Abtast
zykl eh nicht auf der Grundläge eines unnormalen Startpunktes
arbeiten. Zweitens wird der Übergang am Ausgang des Anschlusses
8 von 0 nach 1 beim Ansprechen, auf das Signal am Anschluß 11 des Elipflops IT' 2RANS über einen. Widerstand 41 und
einen Kondensator 110 dem Eingang des Verstärkers AMP zugeführt, um ein Eingangssignal an dem Yerstärker zu simulieren,
das ausreicht, das Zuführen eines Rücksetzimpülses zu dem 3!or
4O8/.2 zu bewirken. Der Zähler in dem Element GSC wird auf O
zurückgesetzt und eine ladeperiode von 6 Minuten beginnt. Am
Ende dieser Periode wird der monostabile Generator MS angesteuert, wie vorher beschrieben* um das Aufladen des Kondensators
auf den erhöhten Wert von U„ zu bewirken, wobei diese
Erhöhung bei genügender Größe einen weiteren Rücksetzimpuls
409817/0886
·■■■-; " - 64 -
und das Fortführen der Ladung in dem Ladungssteuerungszustand beim Gasen bewirkt. Wenn die Zunahme der Spannung Un nicht
mehr ausreicht, um einen Rücksetzimpuls auszulösen, beginnt die Bereitsehaftsstufe in der oben beschriebenen Weise.
Die obigen Abläufe sind unter der Voraussetzung beschrieben worden, daß eine Batterie in einem ausreichend guten Zustand
mit dem Ladegerät verbunden wurde. Wenn jedoch eine Batterie mit dem Ladegerät verbunden wird, die auf einen extrem niedrigen
Wert entladen worden ist, kann ein unnormaler Zustand auftreten. Insbesondere die Zunahme im Wert der Spannung U„
zwischen zwei Abtastperioden kann zu klein sein, um einen Rüeksetzimpuls für den Zähler des Elements CSC zu erzeugen. "Dies
kann den Beginn der Bereitsehaftsstufe bewirken, wenn die Batterie
nahezu keine Ladung erhalten hat und noch fast vollständig entladen ist. Solen ein Zustand ist sehr unerwünscht. TTm
dies zu verhindern, ist die Schaltung unter der Annahme, daß
solch eine|weitgehend entladene Batterie noch nicht den Zustand
erreicht hat, bei dem die Spannung Ue 2,22 Volt pro Zelle überschreitet,
die Schaltung so eingerichtet,- daß es unmöglich ist, eine Bereitsehaftsstufe unterhalb dieses Wertes zu beginnen.
Außerdem wird ein besonderer Zyklus in Betrieb gesetzt, wenn ein Versuch gemacht wird, die Bereitsehaftsstufe unterhalb die·*·
ses Wertes zu beginnen.
Me Einrichtungen für diesen Zyklus sind wie folgend* Bei Abwesenheit eines geeigneten Signals von dem.Vergleicher C: 2,22
Volt ist das ö>or 4Ö3/3 nicht in einem geeigneten Zustand, um
■ , - 65 -
die Bereitscüaftsstufe, wie oben beschrieben, einzuleiten,
wenn eine Zählstellung 10000010 erreicht worden ist. Der
Zähler zählt weiter, obwohl das Ladegerät bereits abgescha3-
tet worden ist, als der Ausgang am Anschluß 2 auf den binären
1-Zustand gewechselt hatte. Daher wird eine weitere Periode von etwa 6 Minuten*durch den Zähler bestimmt, während
welcher keine Ladung erfolgt. Während dieser Zeit hat jedoch
7 c der binäre 1-Zustand am Anschluß 2 des Elements OSC einen
Eingang des Sores 400/3 im Ireigabezustand aufrechterhalten,
so daß jedesmal, wenn eine binäre 1 am Anschluß 2 des Elements
GSC erscheint, der monostabile Generator MS angesteuert wird
und, da die Batteriespannung über 1,5 Ifolt liegt, der Kondensator
C durch das Arbeiten des Relaistreibers RD und des Relais RL über den Eontakt RL/1,wie oben beschrieben, mit der
Batteriespannung verbunden wird. Auf diese Weise wird die Spannung an dem Kondensator C im Schritt gehalten mit den Änderungen
der Batteriespanhung, die aus der während der ersten Ladungsperiode erhaltenen Ladung entsteht. Nach, dieser
Periode wird der Batterie ermöglicht, sich für eine Periode von etwa 6 Minuten zu erholen und eine Zellenspannung zu erreichen,
die eine genauere Darstellung ihres Ladungszustandes
ist.
Wenn der Zähler in dem Element CSC den Zustand erreicht, bei
dem alle Ausgangsanschlüsse eine binäre 1 führen, bewirkt der
nächste laktimpuls, daß der Zähler zurückgesetzt wird und der Ladestrom beim Entfernen des sperrenden Eingangssignals am
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Tor 408/1 das vom Ausgang des Inverters 406/3,wie oben beschrieben,
abgeleitet wurde, wieder fließen kann. Am Ende der so begonnenen Ladungsperiode von 6 Minuten wird das Relais RL
wie oben beschrieben wieder über den monostabilen Generator MS angesteuert, um die Batteriespannung abzutasten und den
Zähler in dem Element CSC zurückzusetzen, wenn eine geeignete Erhöhung der Batteriespannung aufgetreten ist. Wenn die Zeitspanne
von 6 Minuten, ausgelöst durch die Feststellung des Zustandes, der mit "pseudo-Bereitschafts-"Zustand bezeichnet
sein möge, wirksam gewesen ist, wird die Batteriespannung U. während dieser Ladung von 6 Minuten genügend erhöht worden
sein, um den Zähler zurückzusetzen und mit der Hauptladestufe fortzufahren, bis der echte Bereitschaftszustand wieder,wie
oben beschrieben, festgestellt wird.
Wenn dieser Zustand nicht erreicht wird, wird die Reaktion der Steuerschaltung auf den "pseudo-Bereitschafts^Zustand wiederholt,
bis ein Rücksetzsignal festgestellt und die Hauptstufe begonnen wird.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine Batterie in einem einigermaßen brauchbaren Zustand, die nicht einem
falschen Gebrauch ausgesetzt war. Die beschriebene Reaktion der Steuerschaltung, auf eine übermäßig entladene Batterie
stellt jedoch sicher, daß nahezu jede falsch verwendete Batterie, die mit dem Ladegerät verbunden wird, n£ht weiterhin
durch eine falsche Behandlung beim Laden beeinträchtigt wird.
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■ - 67 -
Wenn die Batterie beim Anschluß "bereits nahezu vollständig
geladen ist, bringt der sehneile Anstieg der Spannung auf den
Pegel beim "Gasen" das verringerte Maß des Stroms in Betrieb
und die Spannung wird in der beginnenden "Bereitschafts-nStufe
stabilisiert.. Dies geschieht in zwei oder drei Zyklen, d.iu
in 12 oder 18 Minuten, und der Batterie wird keine Beschädigung
zugefügt. Wenn eine Batterie mit falscher Spannung angeschlossen wird, die z.B. eine Spannung Un von weniger als
1,5 To.lt pjo Zeile für eine richtige Batterie erzeugt, beginnt
keine .Ladung, weil kein Tergleichei* anspricht. Ih ähnlicher
Weise kann das Ladegerät, wenn die Spannung Urt aus irgendeinem
Grunde höher als 2,85 ToIt pro Zelle ist, keinen Strom
liefern, da das Ausgangssignal des Vergleiehers C: 2,85 YoIt
über den Inverter 406/4- dem Tor 408/t zugeführt wird und dieses
sperrt. Wenn eine Batterie von dem Lädegerät abgeklemmt wird, steigt die Ausgangsspannung über 2,85 Volt pro Zelle und schaltet das Ladegerät ab. Wenn einmal 2,85 Volt pro Zelle erreicht
worden sind, muß diö Ladung durch erneutes Anklemmen der Batterie
erneut gestartet werden, da der Yergleicher, eine Haltefunktion
aufweist.
In Pig. 8 ist die Schaltung ausführlicher dargestellt* Die verschiedenen
Schaltungen und andere Bauteile sind mit Bezug auf die Fig. 7 bezeichnet. Geeignete Sypen liegen dem Fachmann ohne
weiteres auf der Hand, z.B. die Serien 72 N und .74 Έ für die
integrierten Schaltungen. \ . .
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist jedoch der Aufbau der
Kombination Kelais/Kohdensatör RL und Ö, die zum Abtasten der
4 098 17/0 886 -
-68-
Batteriespannung verwendet werden. Es ist klar, daß der Kondensator
C eine hone Qualität haben muß, damit er einen stabilen Wert und einen geringen Leckstrom besitzt, und der Relaiskontakt
RL/1 muß ebenfalls einen geringen Leekstrom haben,
12
und zwar muß der Isolationswiderstand mindestens 10 Ohm sein.
Wenn auch ein solcher Kondensator vorhanden ist, ist es dennoch festgestellt worden, daß wesentlich verbesserte Eigenschaften
erhalten werden, wenn der Kondensator und der Reläiskontakt RL/1 gemeinsam gekapselt sind, so daß deren Yerbindungspunkt
(X in Fig. 1) von der Urakapslung eingeschlossen wird.
Aus diesem Grunde ist der Relaiskontakt RL/1 ein glasumhüllter Reedkontakt, der mit dem Kondensator durch ein geeignetes Umhüllungsmaterial
oder Füllmittel (Potting material) umschlossen ist, um ein Element mit zwei Anschlüssen zu erzeugen und damit
einen Leckstrom vom Punkt X zu vermeiden. Die Relaisspule RL
umgibt die Umhüllung in der üblichen Weise,
Durch diese Konstruktion kann der Wert des Kondensators auf einem niedrigen Wert, z.B. 4,7 μΡ, und folglich die Kosten und
der Raumbedarf gering gehalten werden. Obwohl auf der Ober-^
fläche ein Kriechstrom über die Umfüllung auftritt, beeinflußt dies nicht die Ladung des Kondensators, da die Verbindung mit
dem Reläiskontakt geschützt ist.
Weitere Einzelheiten der Schaltung einschließlieh der Störunterdrückungsnetzwerke
S sind aus Pig. 8 zu erkennen. Beispielsweise ist zu erkennen, daß, wenn die Steuerschaltung ohne eine
angeschlossene Batterie eingeschaltet wird, der Ausgang des
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- 69 -
Vergleichere* G: 1,5 Volt/einen Wert von JJn unter 1,5 YoIt
darstellt , die Flipflops IT1HR und PiERAlTS auf ihren richtigen
Angangswert zurücksetzt und den Relaistreiber RD ansteuert, um den Kontakt RL/1 zu schließen und den Kondendator
C über die Schaltung zu entladen, die die Spannung U„
von der Batterieladestromversorgung ableitet. Dieser Ausgang hält auch über das Tor 408/2 den Zähler des Elements CSC auf
der Nullstellung zurückgesetzt.
Die Steuerschaltungen sind bisher mit Bezug auf eine bestimmte
Art der Stromquelle für die Batterieladung!beschrieben
worden, aber sie sind auch für andere Formen von Ladegeräten
geeignet, die bei Bedarf abgewandelt sein können, wie einem Fachmann ohne weiteres klar ist. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele geben nicht die einzige Weise an, auf die der Ladezustand
der Batterie^ mür Bezug auf die Batteriespannung beim
Auftreten von Unterbrechungen geschätzt werden kann, und andere
Schaltungen und Anordnungen, durch die die Erfindung ausgeführt werden kann, liegen für den Fachmann auf der Hand.
Ferner, sind die beschriebenen speziellen Schaltungsanordnungen und Zeitzyklen in keiner Weise eine Begrenzung der Erfindung.
Patentansprüche:
409817/0 83 6
- 70 -
Claims (1)
- Patentansprüche:M.^Steuerschaltung für ein Batterieladegerät, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand der Batterie durch Messung gesctätzt wird, wenn der Batterieladestrom unterbrochen wird, und daß die Steuerschaltung eine Einrichtung, die während einer Unterbrechung zum zeitlichen Steuern einer Zeitperiode arbeitet, eine Einrichtung, die auf das Ende dieser Periode anspricht und die Batterie spannung registriert, eine Einrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit einer früher während einer Unterbrechung des Ladestroms registrierten Batteriespannung und eine Einrichtung enthält, die auf das Ergebnis dieses Vergleichs anspricht und den danach der angeschlossenen Batterie zugeführten Ladestrom freigibt, sperrt oder verändert.2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Folgesteuerung mit einem Zähler, einer Quelle von Taktimpulsen und Tore enthält, die auf bestimmte Zustände des Zählers beim Zählen der Taktimpulse ansprechen, um Zeitsteuersignale für den Ablauf der Ladung der Batterie einschließlich der Dauer und dem Abstand der Batterieladeimpulse zu erzeugen.3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der Taktimpulse verschiedene Geschwindigkeiten bei verschiedenen Zuständen/der Batterieladung hat.4. Steuerschaltung nach Anspruch 2 oder.3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitperiode die Zeit-zwischen einem Zeitsteuer-4098 1 7/0886 « - 71 -signal bei der Unterbrechung des Ladestroms und einem zweiten, späteren Zeit st euer signal ist , ~ ^ "* 23516015. ..Steuerschaltung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die BatteriespannuxLg in analoger Form als gespeicherte Ladung auf einem Kondensator registriert, wird, der mit der Batteriespannung verbunden wird.6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß der Kondensator während einem Intervall geladen wird>- das,.. mit,dem Ende der Zeitperiode beginnt,7» Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich zwischen den registrierten Batteriespannungen durch eine Abfühleinrichtung erfolgt, die auf den Stromfluß von oder zu dem Speicherkondensator während des Intervalls anspricht,8. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung als digitales Signal registriert wird, das von der Frequenz eines durch die Batteriespannung spannungsgesteuerten Oszillators abgeleitet wird?·9. Steuerschaltung nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet? daß die zeitliche Steuerung des Intervalls von dem Ende der. Zeitperiode durch ein weiteres 2ejLtSteuersignal erfolgt und daß eine Änderung der Batteriespannung während des Intervalls als .eine Zählung in einem Zahler festgehalten wird, der wäh-. rend gleicher Zeitdauern bei Beginn und beim Ende des Inter-· valls durch den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators■Α098Ί7/0886- 72 in entgegengesetzte Richtungen gezählt wird.10, Steuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit der früher registrierten Batteriespannung auf den Unterschied in der Änderung der Batteriespannung während gleicher Intervalle in gleichen Unterbrechungen des Ladestroms anspricht.11, Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die auf das Ergebnis des Vergleichs anspricht, den Ladestrom verändert, wenn eine änderung der registrierten Batteriespannung in aufeinanderfolgenden Messungen einen Schwellwert durchläuft, und daß die Änderung die Lieferung eines zeitlich gesteuerten Batterieladestromimpulses und danach die Unterbrechung des Ladestroms ist, bis die Messung der Batteriespannung ergibt, daß diese unterhalb eines vorgegebenen Wertes gefallen ist.12, Steuerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert das Erreichen des voll geladenen Zu-Standes der zu ladenden Batterie darstellt, ·15. Batterieladegerät mit einer Batterieladesteuerschaltung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß in dem Ladegerät der Ladestrom durch eine Einrichtung gesteuert wird, die auf die Große, der Batteriespannung anspricht» um ein Steuersignal-zu erzeugen, das-^ - ? f i; V- ' - 73 -409811/0886einen Ladestrom entsprechend einer vorgegebenen Beziehung darstelltMund daß das Ladegerät für eine für die zu ladende Batterie geeignete Beziehung dadurch angepaßt wird, daß die elektrischen Schaltungselemente der das Steuersignal erzeugenden Einrichtung verändert werden.14. Batterieladegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladegerät in einer anfänglichen Ladungsstufe einen konstanten Strom bis zu einem Drittel der Ampere-Stunden-Kapazität der Batterie liefert, bis ein Fühler in dem Ladegerät anzeigt, daß der Zustand des Gasens erreicht worden ist* und daß die Ladung der Batterie danach durch die Steuerschaltung gesteuert wird.15. Batterieladegerät nach Anspruch 13 oder 14 ,zum Anschluß "an, eine" Fechselspannungsversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Ladestrompfad einen Gleichrichter, eine Drossel, einen gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter und eine Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels des gesteuerten Halbleiter-Gleichrichters^enthält, um den Ladestrom entsprechend dem durch die Steuerschaltung geschätzten Ladezustand der Batterie zu steuern.16. Batterielädegerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels auf eine Einrichtung anspricht, die auf das Verbinden einer Batterie mit dem Ladegerät anspricht, um das Zuführen eines Stroms zur Batterie um eine Zeitperiöde zu verzögern.409317/0886 - 74 -17. Batterieladegerät nach Anspruch 15 oder 16, zeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern des Zündwinkelsauf ein Signal der Folgesteuerung anspricht, das anzeigt, , ob ein Ladestrom fließen soll oder nicht.09 817/0886ORIGINAL INSPECTED
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