DE3038538A1

DE3038538A1 - Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE3038538A1
Application number: DE19803038538
Authority: DE
Inventors: Kaoru Hikone Shiga Furukawa; Hiromi Kakumoto
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-10-13
Filing date: 1980-10-11
Publication date: 1981-04-30
Also published as: HK55287A; JPS5822931B2; GB2061643A; JPS5668230A; DE3038538C2; FR2467501A1; FR2467501B1; US4370606A; GB2061643B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Ladevorrichtung für wiederaufladbare Batterien, unter Verwendung eines Alkalielektrolyten, wie eine abgedichtete Ni-Cd Batterie.

Neulich wurde eine motorbetriebene Maschine mit einer eingebauten wiederaufladbaren Batterie anstelle einer kommerziellen Kraftversorgung in praktischen Betrieb genommen. Im allgemeinen wurde eine Batterie unter Verwendung eines Alkalielektrolyten, wie eine Ni-Cd Batterie, als Spannungsquelle einer solchen motorbetriebenen Maschine benutzt. Die Figuren 1 bis 3 stellen die verschiedenen Charakteristiken in Verbindung mit dem Laden solcher Ni-Cd Batterien dar. Spezifischer ausgedrückt zeigt Fig. 1 eine Änderung einer Batteriespannung und eine Änderung einer Batterietemperatur anläßlich des Ladens einer Batterie. Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Kurve I zeigt die Batteriespannung und die Kurve II zeigt die Batterietemperatur an. Es wird darauf hingewiesen, daß Fig. 1 die Charakteristik unter der Annahme der Ladebedingungen zeigt, daß die umgebungstemperatur (Tamb) und der Ladestrom (Ic) konstant sind. Der Kurve I in Fig. 1 wird entnommen, daß die Ladungsvervollständigung gleichbedeutend damit ist, daß die Ladungsmenge mit Bezug auf die Batteriekapazität 100% erreicht. Die Batteriespannung bei Ladungsvervollständigung ist mit Va und ein Ansteigen der Batterietemperatur bei Ladungsvervollständigung mit Ta dargestellt. Die Kurve III in Fig. 2 zeigt eine Änderung der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) mit Bezug auf die Umgebungstemperatur (Tamb). Die Kurve IV in Fig. 3 zeigt ein Anwachsen der Batterietemperatur (Ta) bei Ladungsvervollständigung mit Bezug auf die Umgebungstemperatur (Tamb). Eine Ni-Cd Batterie hat daher im allgemeinen eine nichtlineare Spannungscharakte-

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ristik bei Ladungsvervollständigung (Va) mit Bezug auf die Umgebungstemperatur (Tamb). Umgekehrt enthält ein Ansteigen der Batterietemperatur (Ta) bei Ladungsvervollständigung näherungsweise eine lineare Charakteristik mit Bezug auf die Umgebungstemperatur (Tamb).

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispieles einer konventionellen Ladevorrichtung, die für die vorliegende Erfindung von Interesse ist. Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 ist angepaßt zur Steuerung eines Ladevorganges in Abhängigkeit von der oben beschriebenen Batteriespannung. Eine dem Diagramm von Fig. 4 ähnliche Ladeschaltung ist als Fig. 2 offenbart in dem japanischen Patent Nr. 139033/1979, Offenlegungstag 29. Oktober 1979, welches korrespondiert mit der am 29. März 1978 angemeldeten US-Anmeldung Nr. 891 305. Spezifischer ausgedrückt wird die über einen Stecker 2 empfangene Wechselspannung eines kommerziellen Netzanschlusses durch einen Transformator 3 heruntertransformiert und daraufhin einer Vollweggleichrichtungsschaltung 4 zugeführt. Die Vollweggleichrichtungsschaltung 4 ist angeschlossen an eine Reihenverbindung einer zu ladenden Batterie 1, eines thermischen Schalters 5 und eines Thyristors 6. Der Temperaturschalter 5 kann vom Typ eines Zungenschalters sein, der einen übergang bei einem Curiepunkt benutzt, wie bei einem temperaturempfindlichen Ferrit. Der thermische Schalter 5 ist so eingestellt, daß er genau dann arbeitet, wenn die Temperatur der Batterie 1 einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 47°C, erreicht, indem er nichtleitend gemacht wird.

Im Betrieb ist beim Beginn eines Ladevorganges die Temperatur der Batterie 1 niedrig, und folglich wird der thermische Schalter 5 leitend gemacht. Wenn der Stecker 2 angeschlossen wird an eine kommerzielle Wechselspannungsquelle, so fließt ein Strom durch die Gleichrichtungsschaltung 4, die Batterie 1 und die Diode 7 zu einer Kapazität 9. Die Kapazität 9 liefert der Gatterelektrode des Thyristors 6 eine gepulste Spannung, so daß der Thyristor 6 eingeschaltet und mit dem Laden der Batterie 1 be-

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gönnen wird. Die Batteriespannung steigt an mit fortschreitender Ladezeit. Wenn die Ladungsmenge näherungsweise 80% der Batteriekapazität erreicht, so verursacht die Batterie 1 ein Ansteigen eines Innenwiderstandes, der herrührt von einem in der Batterie erzeugten Gasdruck. Danach steigt die Temperatur der Batterie 1 ebenfalls an. Wenn die Temperatur der Batterie 1 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der thermische Schalter 5 nichtleitend gemacht. Folglich wird eine Puffer- bzw. Dauerladung in der Batterie 1 durch den Weg der Diode 7, des Widerstandes 8, der Kapazität bzw. des Kondensators 9 und des Widerstandes 10 begonnen. Ein Ladestrom, verursacht durch das Dauerstromladen, beträgt näherungsweise -t-qC bis -^C, wobei C eine Batterierate ist und einen Ladestrom repräsentiert, der zum Laden der Batterie in einer Stunde erforderlich ist. Eine Zenerdiode 11 wird leitend gemacht durch eine Ladespannung über die Kapazität 9, die in der Dauerladungsstrecke enthalten ist. Wenn die Zenerdiode 11 leitend gemacht ist, fällt die Gatterelektrode des Thyristors 6 bis auf eine Spannung ab, die zu klein ist, um den Thyristor 6 in Verbindung mit dem Widerstand 12 und 10 einzuschalten. Folglich wird, sogar wenn der thermische Schalter 5 wieder leitend gemacht wird durch einen Abfall der Temperatur der Batterie 1, der Thyristor 6 nicht wieder eingeschaltet, und die Batterie 1 wird nicht geladen werden. Auf diese Weise wird mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 die Temperatur der Batterie 1 angezeigt, und ein Ladestrom wird geschaltet von einem schnellen Ladevorgang zu einem Pufferstromladevorgang, der von deren Temperatur abhängt. Jedoch ist die Arbeitstemperatur des thermischen Schalters einer solchen konventionellen Vorrichtung konstant, unabhängig von der Änderung der Umgebungstemperatur. Daher sind die Probleme, die im folgenden Text beschrieben werden, betroffen.

Die Fig. 5A und 5B sind graphische Darstellungen zur Beschreibung des Ladezustandes einer Batterie für den Fall, daß die Umgebungstemperatur hoch ist, und die Fig. 6A und &B sind graphische Darstellungen zur Beschreibung eines Ladezustandes einer

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Batterie für den Fall, daß die Umgebungstemperatur niedrig ist. Es wird auf die Fig. 5A und 6A Bezug genommen. Die Kurven I und I' zeigen die Charakteristik der Batteriespannung (V) in Bezug auf die Ladezeit, und die Kurven V und V zeigen das Anwachsen tiT) der Batterietemperatur mit Bezug auf die Ladezeit. Es wird auf die Fig. 5B und 6B Bezug genommen. Die Kurven VI und VI' zeigen den Ladestrom (Ic),und die Kurven VII und VII¹ zeigen den Innendruck (P) der Batterie.

Es wird nun ein Fall betrachtet, in dem die Umgebungstemperatur (Tamb) relativ hoch ist, z.B. 25°C. Andererseits wird angenommen, daß der thermische Schalter 5 eingestellt wurde, um bei 47⁰C zu arbeiten. In einem solchen Fall arbeitet der thermische Schalter 5, wenn der Anstieg (_iT) der Batterietemperatur 22°C erreicht, und der Ladestrom wird gesteuert. Durch Auswahl des Ansteigens (Ta) der Batterietemperatur bei Ladungsvervollständigung als 30⁰C wird die Batterie nicht überladen werden für den Fall, daß die Umgebungstemperatur hoch ist. Im Gegensatz dazu wird der thermische Schalter 5 nicht arbeiten in dem Fall, in dem die Umgebungstemperatur niedrig, z.B. 0⁰C ist, wenn nicht der Anstieg ti T) der Batterietemperatur 47°C erreicht. Unter der Annahme, daß, wie oben beschrieben, der Anstieg (Ta) der Batterietemperatur bei Ladungsvervollständigung der Batterie 30⁰C beträgt, folgt, daß der thermische Schalter 5 zu einem Zeitpunkt arbeiten wird, der viel später liegt als der Zeitpunkt der Ladungsvervollständigung für den Fall, in dem die Umgebungstemperatur niedrig ist. Folglich wird sich in einem solchen Fall ein Überladen ergeben. Wenn die Batterie überladen wird, wird der interne Druck (P) anormal hoch, wie durch die Kurve VII' in Fig. 6B dargestellt, und es wird ein Leck des Elektrolyten verursacht, und in einem extremen Fall wird die Batterie zerstört. Folglich ist es zur Eliminierung einer Möglichkeit des Überladens einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 für den Fall niedriger Umgebungstemperatur notwendig, die Arbeitstemperatur des thermischen Schalters 5 mit der Änderung der Umgebungstemperatur zu ändern; jedoch war ein solcher Schalter bislang nicht verfügbar.

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Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines anderen Beispieles einer konventionellen Ladevorrichtung, die für die vorliegende Erfindung von Interesse ist. Die Vorrichtung gemäß Fig. 7 ist angepaßt zur Steuerung eines Ladestromes durch Vergleich der Referenzspannung und der Batteriespannung, indem die Referenzspannung (Vref) mit der Umgebungstemperatur (Tamb) geändert wird. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise offenbart in dem japanischen Gebrauchsmuster Nr. 22730/1978. Die Vorrichtung gemäß Fig. 7 ist so aufgebaut, daß eine Reihenverbindung eines Thyristors 6 und einer Batterie 1 angeschlossen ist an eine VoIlweggleichrichtungsschaltung 4. Die Vorrichtung gemäß Fig. 7 weist ferner einen Spannungsvergleicher, im allgemeinen einen Differentialverstärker 14 auf. Der Differentialverstärker 14 weist ein Paar Transistoren 15 und 16 auf, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmenspannung einer Kapazität 13 der Basiselektrode des Transistors 15 und der Ausgang eines variablen Widerstandes 18 der Basiselektrode des Transistors 16 zugeführt werden. Der variable Widerstand 18 ist parallel verbunden mit der Diode 17. Die Diode 17 ist empfindlich auf die Umgebungstemperatur. Folglich wird die Basiselektrode des Transistors 16 mit einer gegebenen Referenzspannung versorgt, welche veränderbar ist in Abhängigkeit von einer Änderung der Umgebungstemperatur, und der Basiselektrode des Transistors 15 wird eine Spannung zugeführt, die proportional zu der Batteriespannung der Batterie 1 ist.

Zu Beginn des Ladevorganges ist die Batteriespannung (V) der Batterie 1 klein, und folglich ist auch die Klemmenspannung der Kapazität 13 klein. Daher ist auch die Kollektorspannung des Transistors 16, der den Differentialverstärker 14 ausmacht, klein. Folglich wird der Transistor 19 leitend gemacht, und die Gatterelektrode des Thyristors 6 wird mit einer gegebenen Gatterspannung versorgt, so daß der Thyristor 6 eingeschaltet wird. Danach steigt, mit fortschreitender Ladezeit, die Batteriespannung der Batterie 1, im allgemeinen die Klemmenspannung der Kapazität 13, an. Wenn die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 15

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höher wird als die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 16, wird die Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors 16 hoch, und der Transistor wird ein wenig leitend. Folglich wird die Gatterelektrode des Thyristors 6 nicht mit einer Gatterspannung versorgt, und daraufhin fließt kein Ladestrom in die Batterie 1. Zu dieser Zeit ändert sich die Spannung an der Basiselektrode des Transistors 16, im allgemeinen die Referenzspannung, mit der Umgebungstemperatur durch die Diode 17. Folglich wird mit der Vorrichtung gemäß Fig. 7 als Ergebnis eine temperaturkompensierende Funktion in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur erreicht. Jedoch benötigt die Vorrichtung gemäß Fig. 7 eine Änderung des Spannungsabfalls in Durchlaßrichtung über die Diode 17 als eine Funktion der Umgebungstemperatur , um die Referenzspannung (Vref) mit der Umgebungstemperatur zu ändern. Die Charakteristik des Spannungsabfalls in Durchlaßrichtung der Diode ist, bezogen auf die Umgebungstemperatur, eher linear. Daher wird die Charakteristik der Referenzspannung (Vref) ebenso linear. Andererseits ist die Charakteristik der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) der Batterie 1, bezogen auf die Umgebungstemperatur, nicht linear, wie durch die Kurve III in Fig. 2 und die Kurve III in den Fig. 8A bis 8C gezeigt wird. Folglich berührt die Vorrichtung gemäß Fig. 7 ebenfalls ein Problem, welches später beschrieben wird. Spezifischer betrachtet kann angenommen werden, daß die Referenzspannung (Vref) mit Bezug auf die Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) auf die in den Fig. 8A, 8B oder 8C dargestellte Weise eingestellt werden kann. Gewöhnlich wird die Referenzspannung (Vref) eingestellt, wie in Fig. 8B dargestellt. Da, spezifischer betrachtet, die Charakteristik der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) nichtlinear ist, während die Charakteristik der Referenzspannung (Vref) linear ist, ist es unmöglich, die Charakteristik der Referenzspannung (Vref) mit der Charakteristik der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) zu Übereinstimmung zu bringen über einen notwendigen Variationsbereich der Umgebungstemperatur. Folglich wird im allgemeinen so angepaßt, daß beide Charakteristiken miteinander in einem

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mittleren Temperaturbereich übereinstimmen, welcher normalerweise als praktikabel bezeichnet bzw. betrachtet wird. Andererseits kann alternativ so angepaßt werden, daß beide Charakteristiken in einem niedrigeren Temperaturbereich, wie dargestellt in Fig. 8A, oder in einem höheren Temperaturbereich, wie dargestellt in Fig. 8C, übereinstimmen. Im Falle der Fig. 8A wird der Transistor 19 (Fig. 7) umso nichtleitender, je höher die Umgebungstemperatur (Tamb) wird, und umso früher liegt der Zeitpunkt des Abschaltens des Thyristors 6 (die Nachweiszeit der Ladungsvervollständigung). Im Gegensatz dazu wird im Falle der Fig. 8C die Nachweiszeit der Ladungsvervollständigung in den niedrigeren Temperaturbereich vorverlegt. Folglich wird in beiden Fällen, in die die Vorrichtung gemäß der Darstellung in den Fig. 8A oder 8C versetzt wurde, ein zu geringes Aufladen unvermeidbar sein. Ferner ist, im Falle der Fig. 8B, da die Charakteristik der Spannung bei LadungsVervollständigung (Va) und die Charakteristik der Referenzspannung (Vref) in Übereinstimmung gebracht wurden in dem mittleren Tempera.turbereich, diese Annahme einigermaßen vernünftig, dadurch, daß optimales Laden in dem mittleren Temperaturbereich erreicht wird, in dem das Laden am häufigsten ist. Jedoch wird im Falle der Fig.8B ein Problem berührt, daß vollständige Ladung nicht gesteuert werden kann in einem niedrigeren Temperaturbereich oder in einem höheren Temperaturbereich.

Andererseits existieren neuerdings Trends zur Benutzung wiederaufladbarer Batterien als eine Spannungsquelle sogar in Maschinen mit Motorantrieb, die relativ viel elektrische Energie verbrauchen, wie ein elektrischer Bohrer, ein Leihrasenmäher und ähnliches. Solche wiederaufladbaren Batterien, die in solchen motorbetriebenen Maschinen benutzt werden, müssen in der Lage sein, einen größeren Strom zu entladen als die Batterien, die in kleineren Maschinen benutzt werden, wie elektrische Rasierer. Folglich sind solche wiederaufladbaren Batterien, wie sie in solchen motorbetriebenen Maschinen benutzt werden, einer anwachsenden Kaufigkeit von Ladevorgängen unterworfen, und eine an-

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wachsende Zahl von Batterien ist nötig, verglichen mit den Batterien in kleineren Maschinen. Solche wiederaufladbaren Batterien sind daher oft in einer Batterieverpackung untergebracht, die so aufgebaut ist, daß sie vom Hauptteil der Maschine getrennt ist, so daß die Batterieverpackung trennbar ist von dem Hauptteil der Maschine. Es ist auch vorgeschlagen worden, daß eine derartige Batterieverpackung vorgesehen ist, die getrennt mit einer Ladevorrichtung verbunden werden kann, so daß die Batterien in der Batterieverpackung unabhängig von dem Hauptteil der Maschine geladen werden können. Betrachtet man die Verwendung einer solchen Batterieverpackung, so berührt die Vorrichtung gemäß Fig. 7 ein weiteres ernsteres Problem. Wie kurz vorher beschrieben, sind solche wiederaufladbaren Batterien, die als Spannungsquelle großer motorbetriebener Maschinen dienen, betroffen von einer Entladung mit einer höheren Entladüngsrate

· ähnlich ist es erforderlich,

daß die Batterien entladen werden können mit einer hohen Entladungsrate bis zu einer Höhe von 3C bis 2OC. Jedoch wird als Folge einer Entladung mit solch hoher Entladungsrate in den Batterien Hitze erzeugt, und die Batterietemperatur steigt folglich an. Wenn zusätzlich die Wärmedissipation von den Batterien durch die Batterieverpackung blockiert wird, ist die einmal angestiegene Batterietemperatur keinem Abfallen unterworfen. Folglich kann eine Ladespannung mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 7 nicht genau gesteuert werden.

Spezifischer ausgedrückt ist die Batterietemperatur unmittelbar nach der Entladung mit einer hohen Entladungsrate hoch im Vergleich mit der Umgebungstemperatur (Tamb), hervorgerufen durch die Wärmeerzeugung anläßlich der Entladung der Batterien selbst. Folglich ist auch die Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) der Batterien zu dieser Zeit abgefallen, wie in den Fig. 2 und 8A bis 8C dargestellt. Jedoch steuert die Vorrichtung gemäß Fig. sogar in einer solchen Situation einen Ladevorgang so, daß die Spannungsvarvollständigung (Va) zu dieser Zeit von der Umgebungstemperatur (Tamb) abhängt. Falls die Batterien in dieser

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Situation geladen werden, folgt_r daß die Batterien überladen werden. Je größer die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur (Tamb) und der Batterietemperatur ist, umso ernster wird das oben beschriebene Problem. Spezifischer ausgedrückt wird für eine hohe Batterietemperatur die Differenz zwischen der aktuellen Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) und der Referenzspannung (Vref), die temperaturkompensiert ist durch die Umgebungstemperatur, groß, und die Wahrscheinlichkeit einer Überladung steigt an. Folglich gibt es für den Fall, daß eine Ladevorrichtung, wie in Fig. 7 dargestellt, benutzt wird, keine Möglichkeit, das Laden zu unterbinden, wenn die Batterien eine hohe Temperatur aufweisen, wie es der Fall ist, unmittelbar nachdem die Batterien mit einer hohen Entladungsrate entladen wurden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ladevorrichtung zu schaffen, die immer in der Lage ist, einen Ladevorgang in sicherer Weise zu steuern.

Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine Ladestromversorgungseinrichtung zur Lieferung eines Ladestromes zu der wiederaufladbaren Batterie, eine erste, auf die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie ansprechende, temperaturanzeigende Funktionseinrichtung, eine zweite, auf die Umgebungstemperatur ansprechende, temperaturanzeigende Funktionseinrichtung, eine Stromerzeugungseinrichtung, die anspricht auf eine der ersten und zweiten temperaturanzeigenden Funktionseinrichtungen zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von der ermittelten Temperaturänderung sich ändernden Stromes, eine Spannungs— erzeugungseinrichtung, die angeschlossen ist zum Empfangen des von der Stromerzeugungseinrichtung erzeugten Stromes und die anspricht auf die andere der ersten und zweiten temperatüranzeigenden Funktionseinkrichtungen zur Erzeugung einer sich gemäß der erfaßten Temperaturänderung ändernden Spannung und eine auf die Ausgangsspannung der Spannungserzeugungseinrichtung

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ansprechende Ladesteuereinrichtung zur Steuerung des Ladestromes, der von der Ladestromversorgungseinrichtung zu der wiederaufladbaren Batterie geliefert wird.

Kurz gesagt weist die vorliegende Erfindung zwei temperaturempfindliche Vorrichtungen auf. Eine temperaturempfindliche Vorrichtung ist vorgesehen, empfindlich bezüglich der Batterietemperatur zu sein, während die andere temperaturempfindliche Vorrichtung vorgesehen ist, empfindlich zur Umgebungstemperatur zu sein,und eine Referenzspannung zur Steuerung des Ladens ist vorgesehen, um anzusprechen auf beide temperaturempfindlichen Vorrichtungen. Das Laden der Batterie wird unterbrochen genau dann, wenn die Differenz zwischen der Referenzspannung und der Batteriespannung kleiner wird als ein vorbestimmter Wert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Referenzspannung angepaßt zur Abstimmung bzw. Vereinigung sowohl mit der Batterietemperatur als auch mit der Umgebungstemperatur. Folglich kann die Batterie immer unter optimalen Bedingungen geladen werden, unabhängig von Änderungen der Batterietemperatur und der Umgebungstemperatur, wobei die Möglichkeit eines zu geringen Ladens oder eines Überladens ausgeschaltet ist. Folglich wird zu geringes Laden sogar in einem solchen Fall nicht verursacht, in dem die Umgebungstemperatur niedrig ist, und ein Überladen wird sogar in einem solchen Fall nicht verursacht, in dem die Umgebungstemperatur hoch ist. Ferner wird, sogar in dem Fall, in dem die Batterie bei hohen Temperaturen geladen wird, eine an die hohe Batterietemperatur angepaßte Referenzspannung erzeugt, und sogar in einem solchen Fall wird kein Überladen verursacht.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind eine erste, auf die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie ansprechende, temperaturempfindliche Vorrichtung und eine zweite, auf die Umgebungstemperatur ansprechende, temperaturempfindliche Vorrichtung vorgesehen. Eine Stromerzeugungsschaltung ist vorgesehen zur Erzeugung eines Stromes, der verän-

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derbar anspricht auf eine der beiden Vorrichtungen, und eine Spannungserzeugungsschaltung ist vorgesehen zur Erzeugung einer Spannung, die veränderbar anspricht auf die andere der beiden Vorrichtungen und den Strom von der Stromerzeugungsschaltung. Eine in der Umgebung der Batterie vorgesehene Flächendiode wird als die erste temperaturempfindliche Vorrichtung benutzt. Andererseits wird eine widerstands-temperaturempfindliche Vorrichtung, wie ein Thermistor, als die zweite temperatürempfindliche Vorrichtung benutzt. Ein Strom oder eine Spannung wird als Funktion des Widerstandes der Widerstands-temperatürempfindlichen Vorrichtung verändert, und eine Spannung oder ein Strom wird als eine Funktion der Spannung längs der Flächendiode verändert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann immer eine optimale Ladungssteuerung erfolgen mit einem relativ einfachen Schaltungsaufbau.

In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung in der Art eines Widerstandelementes zur Einstellung der Charakteristiken des erzeugten Stromes und/oder der Spannung vorgesehen. Folglich kann leicht eine Einstellung erfolgen bezüglich der Verschiedenheit der Charakteristiken der elektrischen Schaltungskomponenten, wie z.B. eine Schaltvorrichtung zur Steuerung eines Ladestromes. Ferner kann leicht eine Anpassung erfolgen an eine Ladespannungscharakteristik, die eine zeitabhängige Veränderung der Batterie veranlaßt, und es können leicht verschiedene■Ladespanriungscharakteristiken verschiedener Arten von Batterien angepaßt werden durch Benutzung der Einstelleinrichtungen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen Ladevorgang als Funktion sowohl der Batterietemperatur als auch der Umgebungstemperatur zu steuern.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Ladevorrichtung, die einen relativ einfachen

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Schaltungsaufbau aufweist, der in der Lage ist, einen Ladevorgang immer in sicherer Weise zu steuern.

Es ist noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Ladevorrichtung zu schaffen, bei der leicht eine Einstellung erfolgen kann auf die Verschiedenheit der Charakteristiken der elektrischen Schaltungskomponenten.

Es ist noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Ladevorrichtung zu schaffen, die leicht angepaßt werden kann an eine Änderung der Charakteristik der Batterie, die geladen wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 verschiedene Charakteristiken beim Laden einer typischen Ni-Cd Batterie; die Kurve I zeigt ein Beispiel der Änderung der Ladespannung (Batteriespannung) in
Abhängigkeit von der Ladezeit, die Kurve II zeigt das Anwachsen der Batterietemperatur in Abhängigkeit von dem Ladebetrag;

Fig. 2 eine Charakteristik beim Laden einer typischen Ni-Cd Batterie; die Kurve III zeigt die Charakteristik der Spannung bei der Ladevervollständigung (Va) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur;

Fig. 3 anhand des Ladens einer typischen Ni-Cd Batterie das Ansteigen der Batterietemperatur in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Beispieles einer konventionellen Ladevorrichtung, die für die vorliegende Erfindung von Interesse ist;

Fig. 5A graphische Darstellungen zur Beschreibung des Problems ^un der Ladevorrichtung von Fig. 4 für den Fall hoher Umgebungstemperaturen (Tamb);

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Fig. 6A graphische Darstellungen zur Beschreibung des Problems der Ladevorrichtung von Fig. 4 für den Fall niedriger Umgebungstemperaturen (Tamb);

in den Fig. 5A und 6A zeigen die Kurven I und I¹ die Charakteristik der Batteriespannung in Abhängigkeit von der Zeit,- die Kurven V und V der Fig. 5A und 6A das Ansteigen der Batterietemperatur in Abhängigkeit von der Zeit, die Kurven VI und VI¹ der Fig. 5B und 6B die Charakteristik des Ladestromes (Ic) in Abhängigkeit von der Zeit und die Kurven VII und VII' der Fig. 5B und 6B den Innendruck (P) der Batterie in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines anderen Beispieles einer konventionellen Ladevorrichtung, die für die vorliegende Erfindung von Interesse ist;

Fig. 8A graphische Darstellungen zur Beschreibung des Problems einer Ladevorrichtung von Fig. 7, in denen die Kurven III die Spannung (Va) bei vervollständigter Ladung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und die Kurven VIII-1 bis VIII-3 die Referenzspannung (Vref) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigen;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Beispieles einer Batterieverpackung in zerlegtem Zustand;

Fig. 11 eine Ansicht eines Beispiels einer Diode, die in den zwischen den Batterien definierten Raum eingesetzt ist;

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Beispieles des Ausführungsbeispieles von Fig. 12;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Hauptteiles eines Beispieles einer charakteristischen Einstell- bzw. Äbstimmvorrichtung;

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Fig. 15 eine graphische Darstellung zur Beschreibung eines in den Fig. 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispieles, in der die Kurve III die Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, die Kurve IX die erzeugte Spannung (Vx) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und die Kurve X die Referenzspannung (Vref) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zeigen;

Fig. 16A Wellenformen zur Erklärung der Arbeitsweise des in den Fig. 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispieles ;

Fig. 17 schematische Darstellungen der Hauptteile von modifizierten Beispielen des Ausführungsbeispieles von Fig. 13;

Fig. 22 eine schematische Darstellung einer übersichtszeichnung der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, ausgeführt in einer integrierten Schaltung;

Fig. 23 eine schematische Darstellung eines Beispieles einer integrierten Schaltung des Ausführungsbeispieles von Fig. 22; und

Fig. 24 ein Blockdiagramm mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung. Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispieles der Batterieverpackung in zerlegtem Zustand. Es wird zunächst auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen. Die Ladevorrichtung 20 und die Batterieverpackung 30 des Ausführungsbeispieles werden kurz beschrieben. Die Ladevorrichtung 20 weist einen später zu beschreibenden elektrischen Schaltungsteil auf, der beispielsweise in einem Gehäuse 20a aus Kunststoff untergebracht ist. Das Gehäuse 20a ist mit einer Hohlrundung 20b zur Anordnung der Batterieverpackung 30 ausgebildet.

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Die Hohlrundung 20b ist, wenn auch nicht dargestellt, versehen mit Anschlußklemmen zur Verbindung mit vorbestimmten Anschlußklemmen der Batterieverpackung 30, die später beschrieben werden. Eine Leitungsschnur 20c mit einem Stecker 2 an ihrem Ende wird aus der Ladevorrichtung 20 herausgeführt. Die Batterieverpackung 30 weist ein Gehäuse 301 auf. Das Gehäuse 301 weist Halbschalen 302 und 303 auf, die mit den Gehäusebatterien 1, 1, ... zusammengefügt werden. Jeweils drei Batterien 1,1,1 werden so zu einem Block gebündelt, daß die Zentren der Batterien ein gleichseitiges Dreieck bilden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs Batterien 1, 1, ... in zwei Blocks 1a und 1b gebündelt, von denen jeder drei Batterien enthält. Zwischen den drei, den Batterieblock 1b bildenden Batterien 1 wird ein Raum 305 ausgebildet, und eine isolierende Hülse 306 ist in den Raum 305 eingesetzt. Wie besser in Fig. 11 dargestellt, ist eine Reihenverbindung von zwei Dioden 241 und 242 und einem Widerstand 243 in die isolierende Hülse 306 eingesetzt. Demgemäß sind diese Dioden 241 und 242 empfindlich gegen die Batterietemperatur der drei Batterien, die den Batterieblock 1b bilden, so daß eine mittlere Batterietemperatur dieser Batterien nachgewiesen bzw. angezeigt werden kann. Die drei Batterien, die jeweils die Batterieblocks 1a und 1b bilden, sind mittels einer Verbindungsplatte 304 in Reihe verbunden. Auf der anderen Seite sind in dem Gehäuse 301 Klemmenhalterungsteile 312', 313', 314', 315' und 316' ausgebildet,und Klemmen 312, 313, 314, 315 und 316 werden durch die entsprechenden Klemmenhalterungsteile gehalten. Diese Klemmen 312 bis 316 werden an ihren jeweiligen Enden mit den korrespondierenden Verbindungsleitungen 307 bis 311 verbunden. Die Verbindungsleitung 307 ist beispielsweise mit der positiven Klemme einer Batterie, die den Batterieblock 1a bildet, verbunden, die Verbindungsleitung 308 ist mit der negativen Klemme einer Batterie 1, die den Batterieblock 1a bildet, verbunden, die Verbindungsleitung 309 ist mit der positiven Klemme einer Klemme 1, die den Batterieblock 1b bildet, verbunden, und die Verbindungsleitung 310 ist mit der negativen Klemme der anderen Batterie verbunden, die den Batterieblock 1b bildet. Die Verbindungsleitung

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310 ist mit dem Widerstand 243, der in der isolierenden Hülse 306 untergebracht ist, verbunden. Die Kathode der in die isolierende Hülse 306 eingesetzten Diode 241 ist mit der negativen Klemme der anderen Batterie 1, die den Batterieblock 1b bilden, verbunden. Auf diese Weise werden die entsprechenden Blocks 1a und 1b und die temperaturempfindlichen Vorrichtungen aus den Dioden 241 und 242 (und dem Widerstand 243) verbunden mit den Klemmen 312 bis 316 durch die Verbindungsleitungen 307 bis 311, während dieselben in dem Gehäuse 301 untergebracht sind. In diesem Fall werden eine isolierende Platte 317 und eine Haltefeder 318 benutzt, und eine Kappe 319 bedeckt gemeinsam eines der Enden der beiden Halbschalen 302 und 303. Auf diese Weise sind die Batterien und die Dioden 241 und 242, die empfindlich gegen die Temperatur dieser Batterien sind, gemeinsam untergebracht in der Batterieverpackung 30. Die Batterieverpackung 3 ist, wie in. Fig. 9 dargestellt, so in der Hohlrundung 20b der Ladevorrichtung 20 angeordnet, daß die Ladevorrichtung einer Schaltungsanordnung so aufgebaut sein kann wie in Fig. 12 und daher in Fig. 13 dargestellt.

Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung. Das Blockdiagramm zeigt die Ausführung der weiter oben beschriebenen Ladevorrichtung 20, die in Fig. 9 dargestellt ist. Ein von einer Wechselspannungsquelle 2', wie z.B. einer kommerziellen Spannungsversorgung, eingespeister Wechselstrom wird durch eine Transformationsschaltung 21 heruntertransformiert, die beispielsweise einen Transformator enthält und deren Ausgang auf eine Gleichrichtungsschaltung 22 angewendet wird. Der dorthin eingespeiste Wechselstrom wird mittels der Gleichrichtung/ZZ emweg- oder zweiweg-gleichgerichtet, und der gleichgerichtete Ausgang wird durch einen Schaltkreis 23, der ein Schaltelement wie z.B. einen Thyristor enthält, in die Batterien 1 als ein Ladestrom eingespeist. Andererseits ist ein erstes temperaturempfindliches Element 24, wie das, welches in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben wurde, thermisch mit den Batterien 1 verbunden. Die erste temperatur-

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empfindliche Vorrichtung 24 ist verbunden mit einer Spannungserzeugungsschaltung 25. Die Spannungserzeugungsschaltung 25 erzeugt demgemäß eine Ausgangsspannung, die linear veränderbar ist als eine Funktion der Temperatur der Batterien 1. Andererseits ist eine zweite temperaturempfindliche Vorrichtung 26 vorgesehen innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 20a, dargestellt in Fig. 9, so daß es empfindlich ist auf die umgebungstemperatur. Die zweite temperaturempfindliche Vorrichtung 26 weist eine temperaturempfindliche Widerstandsvorrichtung- < ^{wie Ζ}·^Β· einen Thermistor, auf, der einen Widerstand enthält, der sich in nichtlinearer Weise als eine Funktion der Umgebungstemperatur ändert. Die zweite temperaturempfindliche Vorrichtung 26 ist verbunden mit einer stromerzeugenden Schaltung 27, Demgemäß erzeugt die stromerzeugende Schaltung einen Strom, der veränderbar ist in einer nichtlinearen Weise als eine Funktion der umgebungstemperatur. Der durch die stromerzeugende Schaltung 26 erzeugte Strom wird angewendet auf die oben beschriebene spannungserzeugende Schaltung 25. Demgemäß erzeugt die spannungserzeugende Schaltung 25 eine Ausgangsspannung, die veränderbar ist, indem sie der Umgebungstemperatur folgt und zur gleichen Zeit eine Ausgangsspannung besorgt, die auf der Basis der Batterietemperatur temperaturkompensiert ist und die angewendet wird auf eine eine Referenzspannung erzeugende Schaltung 28. Die die Referenzspannung erzeugende Schaltung 28 weist beispielsweise einen derartigen Gleichstromverstärker auf, daß derselbe anspricht auf die Ausgangsspannung der Spannungserzeugenden Schaltung 25, um eine Referenzspannung zur Kontrolle eines Ladevorganges der Batterie 1 zu besorgen.

Da die von der spannungserzeugenden Schaltung 25 erhaltene Ausgangsspannung sowohl bezüglich der Umgebungstemperatur (Tamb) als auch bezüglich der Batterietemperatur (Tb) wie oben beschrieben kompensiert wird, würde die von der Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 erhaltene Referenzspannung in gleicher Weise kompensiert. Noch spezifischer ausgedrückt ist die Art und Weise der Änderung der von der Referenzspannungserzeugungs-

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schaltung 28 erhaltene Referenzspannung angepaßt an die nichtlineare Charakteristik (Fig. 2) der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) entsprechend der Änderung der Umgebungstemperatur,und für einen Zustand der Batterie 1 hoher Temperatur wird die Referenzspannung weiterhin geändert in linearer Weise. Daraus folgt, daß, wenn die Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) der Batterien 1 beeinflußt wird durch die Umgebungstemperatur und die Batterietemperatür (Tb), eine veränderbare Referenzspannung erzeugt wird, die der Änderung der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) folgt. Die von der Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 erhaltene Referenzspannung wird angewendet auf den Schaltkreis 23 durch eine Gattersteuerschaltung 29. Noch spezifischer ausgedrückt weist der Schaltkreis 23 beispielsweise einen Thyristor auf, der so angeschlossen ist, daß er abgeschaltet wird, genau dann, wenn die Differenz zwischen der von der Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 erhaltenen Referenzspannung und damit der von der GatterSteuerschaltung 29 erhaltenen Spannung und der Batteriespannung der Batterien 1 kleiner wird als die Schaltspannung des Thyristors, der nicht gezeigt ist. Polglich wird den Batterien 1 von der Gleichrichtungsschaltung 22 kein Ladestrom zugeführt, nachdem der Thyristor abgeschaltet ist.

Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispieles von Fig. 12 und auf diese Weise eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung. Es wird auf Fig. Bezug genommen. Eine kommerzielle Spannungsversorgung wird durch den Stecker 2 empfangen und der Abwärtstrancformierungsschaltung

21 zugeführt. Die Abwärtstransformierungsschaltung 21 enthält eine Sicherung 211 und einen Transformator 212, und die Ausgangswindung des Transformators 212 ist verbunden mit den Gleichrichterdioden 221 und 222, die die Gleichrichtungsschaltung 22 bilden. Die Mittenanzapfung der Ausgangswindung des Transformators 212 ist mit dem Erdniveau verbunden. Die Gleichrichtungsschaltung

22 weist eine Vollweggleichrichtungsschaltung auf, ausgeführt durch die beiden Dioden 221 und 222. Eine Reihenverbindung des

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den Schaltkreis 23 bildenden Thyristors 231 und der Batterien 1 ist verbunden mit der Vollweggleichrichtungsschaltung 22.

Die Stromerzeugungsschaltung 22 weist die zweite temperaturempfindliche Vorrichtung 26, im allgemeinen den Thermistor 261, auf. Die Schaltung 27 weist ferner einen Transistor 271, der als ein variables Widerstandselement dient, auf. Die Emitterelektrode des Transistors 271 ist durch eine Diode 272 und einen Widerstand 273 mit dem Erdniveau verbunden und ferner durch eine Reihenverbindung des Widerstandes 275 und eine Parallelverbindung eines Thermistors 261 und eines Widerstandes 274 mit einem Knotenpunkt X. Der Knotenpunkt X ist mit einem Eingang (+) eines Operationsverstärkers 276 verbunden. Der andere Eingang (~) des Operationsverstärkers 276 ist verbunden mit dem Knotenpunkt einer Reihenverbindung der Diode 272 und des Widerstandes 273. Der Ausgang des Operationsverstärkers 276 ist mit der Basiselektrode des Transistors 271 verbunden. Der Widerstand 273 dient als Vorspannungswiderstand der Diode 272, und die Kapazität 277 dient der Verhinderung von Streuschwingungen des Operationsverstärkers 276. Die Stromerzeugungsschaltung 27 besorgt einen veränderbaren Strom, der der Temperaturcharakteristik von Thermistor 261 und Knotenpunkt X folgt. Spezieller ausgedrückt steuert der Operationsverstärker 276 so, daß der Spannungsabfall, der durch den Stromfluß durch die Reihenverbindung von Widerstand 275 und Parallelschaltung des Thermistors 261 und des Widerstandes 274 hervorgerufen wird, gleich dem Spannungsabfall an der Diode 272 ist. Spezifischer ausgedrückt besorgt der Operationsverstärker 276 eine Hochspannung, wenn ein Eingang (+) kleiner ist als der andere Eingang (-), und in einem solchen Fall wird der Transistor 271 leitender bzw. durchlässiger, und ein großer Strom fließt durch die oben beschriebene Reihenverbindung. Wenn im Gegensatz dazu ein Eingang (+) größer ist als der andere Eingang (-), wird der Widerstand des Transistors 271 größer, und der Strom, der durch die oben beschriebene Reihenverbindung fließt, wird kleiner. Demnach folgt, daß der in den Knotenpunkt X fließende Strom veränderbar ist in Abhängigkeit

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von dem Widerstandswert des Thermistors 261 und somit in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Tamb).

Der Knotenpunkt X ist ferner mit einem Anschluß eines variablen Widerstandes 251 verbunden, der in der Spannungserzeugungsschaltung 25 enthalten ist, und der andere Anschluß des variablen Widerstandes 251 ist über die erste temperaturempfindliche Vorrichtung 24 mit dem Erdniveau verbunden. Die erste temperaturempfindliche Vorrichtung 24 weist eine Reihenverbindung der Dioden 241 und 242 und des Widerstandes 243 auf, und diese Dioden 241 und 242 und der Widerstand 243 sind, wie zuvor in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben, thermisch verbunden mit den Batterien 1. Der Knotenpunkt X ist ferner verbunden mit einem Eingang (+) eines Operationsverstärkers 281, der die Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 bildet. Der andere Eingang (-) des Operationsverstärkers 281 ist durch einen Widerstand 282 verbunden mit dem Erdniveau und ist außerdem durch einen Widerstand 283 mit dem Ausgang verbunden. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 281 wird als Referenzspannung (Vref) durch die Gattersteuerschaltung 29 der Gatterelektrode des Thyristors 231 zugeführt. Die Gattersteuerschaltung 29 weist eine Reihenverbindung eines Widerstandes 291 und einer Diode 292 auf. Die Diode 292 dient hauptsächlich der Blockierung eines Entladestromes der Batterien 1, der von der Kathode zu dem Gatter des Thyristors 231 fließt.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist ferner eine Ladungsdarstellungsschaltung 31 auf. Die Ladungsdarstellungsschaltung 31 weist eine Leuchtdiode 317 auf, so daß der Ladevorgang oder die Ladungsvervollständigung dargestellt wird durch einen An- oder Aus-Zustand der Leuchtdiode 317. Die Leuchtdiode 317 ist angeschlossen zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 313 und dem Erdniveau, und die Kollektorelektrode des Transistors 311 ist durch einen Widerstand 316 mit dem Ausgang der Gleichrichtungsschaltung 22 verbunden. Eine Reihenverbindung ist ausgebildet .nit einer Diode 312, einer Zenerdiode 313, einem Wider-

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stand 314 und einer Kapazität 315/ und die Verbindung von Widerstand 314 und Kapazität 315 ist durch einen Widerstand mit der Basiselektrode des Transistors 311 verbunden. Die Arbeitsweise der Ladungsdarstellungsschaltung 31 wird später beschrieben.

Nun soll die Auswahl der verschiedenen Konstanten der Darstellung der Fig. 13 im einzelnen beschrieben werden. Die Verbindung der Stromerzeugungsschaltung 27 und der Spannungserzeugungsschaltung 25 wird als X angenommen, und ein Strom, der bei einer gegebenen Temperatur T durch die Verbindung bzw. den Knotenpunkt X in die Spannungserzeugungsschaltung 25 fließt, wird als i, angenommen. Dann kann der Strom i₂ ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung:

i,-

^Es

wobei R_e ein zusammengesetzter Widerstand aus dem Thermistor 261 und den Widerständen 274 und 275 ist, der gegeben bzw. ausgedrückt ist durch die folgende Gleichung:

_ ^Eth · ^Ri

wobei R₁ ein Widerstandswert des Widerstandes 274, R₂ ein Widerstandswert des Widerstandes 275 und R., ein Widerstandswert des Thermistors 261 ist. Der Widerstand R., des Thermistors 261 kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

1 1 ~ ^Rth ^{= R}25 ^exp '" ^{B (}~TÖ 273~^} -

wobei R₂₅ ein Widerstandswert des Thermistors 261 bei der Temperatur von 25°C, der einen Eigenwert des Thermistors' 261 darstellt, und B eine Konstante ist, die die Temperaturcharakteristik des Thermistors 261 repräsentiert, wobei die Konstante umso größer ist, je größer der Gradient einer Widerstandsvariation in Abhängigkeit von der Temperatur ist. Weiterhin bezeichnet V_nc einen

Du

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Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der Diode 272, welcher durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:

^VDS q * ⁿ * i_Q ^{+ 1} *

wobei k die Boltzmann-Konstante, q die elektrische Ladungsmenge, die durch die Diode 272 fließt, i_Q ein der Diode innewohnender Sperrstrom (Diodenkonstante) und i., ein Durchlaß strom, der durch die Diode 272 zu dieser Zeit fließt, ist.

Wie den oben beschriebenen Gleichungen entnommen werden kann, erhält man bei geeigneter Auswahl der Widerstandswerte des Thermistors 261 und der Widerstände 274 und 275 einen Strom i₂, der eine willkürliche, nichtlineare Charakteristik aufweist an der Knotenstelle X. Ein solcher Strom i~ wird der Spannungserzeugungsschaltung 25 zugeführt. Die Spannung an der Knotenstelle X, im allgemeinen die Ausgangsspannung Vx der Spannungserzeugungsschaltung 25, kann dann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden:

Vx = Rx . i₉ + 2:-^W η

^Δ ^q

^W η [^ 1)J ^{q 1}O = Rx . i₂ + 2V_DF(i₂) (1)

In der oben beschriebenen Gleichung bezeichnet unterdessen Rx die Summe der Widerstandswerte des variablen Widerstandes 251 und des Widerstandes 243, und V_D_ bezeichnet den Spannungsabfall in Durchlaßrichtung jeder der beiden Dioden 241 und 242.

Andererseits kann unter der Annahme, daß die Ausgangsspannung der Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 Vref ist, die Ausgangsspannung (Vref) ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung (2) :

^R3
Vref = (1 + -^- ) ' Vx (2)

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wobei R, einen Widerstandswert des Widerstandes 283 und R. einen Widerstandswert des Widerstandes 282 bezeichnet. Unter der weiteren Annahme, daß ein Strom, der durch den Widerstand 291 der Gattersteuerschaltung 29 und die Diode 292 fließt, mit i„ bezeichnet wird, der Strom beim Einschalten des Thyristors 231 mit χ-™ bezeichnet wird und die Gatterspannung zu der Zeit mit V™ bezeichnet wird, kann dann die Spannungsbedingung, wenn der Thyristor 231 eingeschaltet wird, ausgedrückt werden durch die folgende Gleichung (3):

Vref = R₅ . i_{GT +} V_DG(i_GT) + V^ ₊ V (3)

In der oben beschriebenen Gleichung (3) bezeichnen R₅ einen Widerstandswert des Widerstandes 291, V eine Spannung der Batterien 1 und V_ einen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung der Diode 292, der durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

Λ?· - ^kT ■ „ / ¹GT .
^VDG - -gr-''ⁿ⁽-To~ ^{+ 1)}

Durch Einsetzen der oben beschriebenen Gleichung (2) in die oben beschriebene Gleichung (3) kann die Batteriespannung (V) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

v = (1 ₊ -^-)vx - LR₅- i_GT + v_DG(i_{GT +} v_GT) j

Demgemäß wird die Spannung Vx an der Knotenstelle X unter der Annahme, daß die Spannung bei Ladungsvervollständigung der Batterien 1 (Va) ist, ausgewählt, um der folgenden Gleichung zu genügen:

Vx = ^{Va +} J-^R5 ' ¹GT + ^VDG*^XGT* + ^VGT

^E4

Die Charakteristik des Thermistors 261 und die Widerstandswerte der Widerstände 274 und 275 werden daher so bestimmt, daß der

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Strom ±2 der oben beschriebenen Gleichung (1) besorgt wird, um die oben beschriebene Spannung Vx zu erreichen. Wie im vorausgegangenen Text beschrieben, erhält man die Bedingungsgleichung für die Spannung Vx zur Steuerung eines Ladestromes in der gewünschten Weise. Eine solche Auswahl soll daher vorzugsweise so getroffen werden, daß die oben beschriebene Bedingungsgleichung immer erfüllt ist in einem gewünschten Variationsbereich der Umgebungstemperatur, wie z.B. von 0⁰C bis 80⁰C. Spezieller ausgedrückt wird die Schaltung vorzugsweise so gestaltet, daß die Temperatürcharakteristik der entsprechenden Spannungen Vref, R_c*i„_m/ V„„(i„„), V_,_m und Va mit Bezug auf die Temperaturvariation der Relation der folgenden Gleichung (4) genügt:

Δ Vref Δ Va . Λ ^VGT . . λ ¹GT _λ ^VDG ...

A Tamb 4 Vb iT_t 5 ,} T_t _Λ ^

Die linke Seite ( ) der oben beschriebenen Gleichung (4) bezeichnet einen Temperatürgradienten der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 281 in Bezug auf die Umgebungstemperatur

<* Va
(Tamb) , der erste Term Οτγγογ) auf der rechten Seite bezeichnet einen Temperaturgradienten der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) der Batterie 1 in Bezug auf die Batterietemperatur (Tb), der zweite Term () auf der rechten Seite bezeichnet einen Temperaturgradienten der Gatterspannung bei eingeschaltetem Thyristor 231 in Bezug auf die Thyristortemperatur (Tth), der

dritte Term (R5.) auf der rechten Seite bezeichnet ausschließlich des Teiles R5 einen Temperaturgradienten des Steuerstromes bei eingeschaltetem Thyristor 231 in Bezug auf die Thyristortem-

1 DC-¹

peratur (Tth), und der vierte Term ( ) auf der rechten Seite bezeichnet einen Temperaturgradienten des Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung der Diode 292 in Bezug auf die Diodentemperatur (Td). Bezüglich der oben beschriebenen Gleichung (4) werden die betreffenden Terme auf der rechten Seite bestimmt durch die Eigencharakteristik der Batterien 1, des Thyristors 231, des Thyristors 231 und der Diode 29 2. Demnach muß, um die oben beschriebene Gleichung (4) immer zu erfüllen, die Ausgangsspannung des

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Operationsverstärkers 281, im allgemeinen die Referenzspannung (Vref), geändert werden, um in Verbindung mit der Umgebungstemperatur (Tamb) eine nichtlineare Charakteristik aufzuweisen. Der in der Spannungserzeugungsschaltung 25 enthaltene variable Widerstand 251 und der in der ersten temperaturempfindlichen Vorrichtung 24 enthaltene Widerstand 243 bilden Elemente zur Einstellung der Variationscharakteristik der Spannung Vx. Spezifischer ausgedrückt ist der Widerstand 243 vorgesehen für das Einstellen der Verschiedenheit des Spannungsabfalls in Durchlaßrichtung entlang der Diode 241 und 242 und, wenn die Dioden 241 und 242 durch Selektion derselben vorbestimmte Charakteristiken aufweisen, wird der Widerstandswert des Widerstandes 243 als ein geeigneter Wert so ausgewählt, daß die Verschiedenheit der Ausgangsspannung Vx der Spannungserzeugungsschaltung 25 auf ein Minimum begrenzt wird. Andererseits dient der variable Widerstand 251 als ein Trimmer, und bei geeigneter Einstellung des variablen Widerstandes 251 können schließlich die Verschiedenheiten von V_T, i__T und V_QG eingestellt werden.

Anstelle dieser variablen Widerstände 251 und 243, oder in Reihe mit diesen variablen Widerständen 251 und 243, kann eine Widerstandsschaltung 32, wie in Fig. 14 gezeigt, benutzt werden. Die Widerstandsschaltung 32 weist fünf parallelgeschaltete Widerstände 321 bis 325 auf und einen Schalter 326 zur Auswahl eines jeden dieser fünf Widerstände 321 bis 325. Ein, Auswahlbetätigungsknopf des Schalters 326 ist außerhalb der Ladevorri ditung 20 (Fig. 9) vorgesehen, um eine manuelle Selektion zu ermöglichen. Bei geeigneter Auswahl des Schalters 326 kann eine sofortige Anpassung an eine zeitabhängige Änderung der Batterien und einen Austausch der Batterien hergestellt werden. Bei Benutzung der Widerstandsschaltung 32 anstelle des Widerstandes 243 oder gemeinsam mit dem Widerstand 243 kann die nichtlineare Charakteristik selbst des Stromes, der von der Stromerzeugungsschaltung 27 zu der Spannungserzeugungsschaltung 25 fließt, beträchtlich verändert werden. Demgemäß kann eine einfache Anpassung durch geeignete Auswahl des Schalters 326 sogar bei Batterien verschie-

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dener Art mit unterschiedlicher Spannungscharakteristik bei Ladungsvervollständigung (Va) durchgeführt werden. Daher ist die Widerstandsschaltung 32 insbesondere dann wichtig, wenn Batterien gegen solche eines anderen Herstellers ausgetauscht werden.

In den Darstellungen gemäß Fig. 15 ist die Änderungscharakteristik der betreffenden Spannungen Vx, Vref und Va in Bezug auf die Umgebungstemperatur (Tamb) dargestellt für den Fall, daß das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 ausgelegt ist, um der oben beschriebenen Gleichung (4) zu genügen. Die Graphen wurden ausgeführt auf der Basis der aktuellen Daten für den Fall, daß die Batterien 1 vom Ni-Cd Typ sind und sechs Batterien jeweils eine Batteriekapazität von 1200 mA aufweisen. Diese werden in Reihe verbunden und gleichzeitig geladen. Bezüglich Fig. 15 zeigt die Kurve III die Änderungscharakteristik der Spannung (V) bei Ladungsvervollständigung der Batterien 1, die Kurve IV eine Änderungscharakteristik der Spannung (Vx) an der Knotenstelle X und die Kurve X eine Änderungscharakteristik der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 281, im allgemeinen die Referenzspannung (Vref).

Unter Bezug auf Fig. 15 wird das Verhältnis von Referenzspannung (Vref) und der Spannung (Vx) an der Knotenstelle X

Vref R3
= (1 + jTj) . Ferner wird der Unterschied bzw. die Differenz der Referenzspannung (Vref) und der Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va) der Batterie 1 R5.i + V „ + V(i ).

VaX \j± JJIa IjJ.

Die Fig.16A bis 16C zeigen Wellenformen zur Erklärung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles von Fig. 13. Spezieller ausgedrückt zeigt Fig. 16A einen Fall zu Beginn des Ladevorganges der Batterien 1, Fig. 16B einen Fall am Ende des Ladevorganges und Fig. 1&C einen Fall, in dem die Spannung der Batterien 1 die der Ladung entsprechend zugeordnete Spannung erreicht hat. Nun wird in Bezug auf die Fig. 16A bis T6C die Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles von Fig. 13 besciirieben.

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Zu Beginn eines Ladevorganges ist die Batteriespannung (V) der Batterien 1 natürlich kleiner als die Spannung bei Ladungsvervollständigung (Va), und demgemäß ist die Spannung (Vob) am Punkt b, dargestellt in Fig. 16A, kleiner als die Spannung (Voc) am Punkt c. Es wird darauf hingewiesen, daß Vob = Vb + R5.i_.

LjL

+ V + V (i ), und Voc = Va + R5.i + V + V(i ).

LjX UKj LjX LjJ. LjX JULt LjX

Zu Beginn des Ladevorganges, dargestellt in Fig. 16A, wird der Thyristor 231 am Punkt b eingeschaltet, und demgemäß fließt danach ein Ladestrom Ic von der Gleichrichtungsschaltung 22 durch den Thyristor 231 zu den Batterien 1. Während der Ladestrom (Ic) fließt, wird durch die Eigenimpedanz der Abwärtstransformierungsschaltung 21 ein Spannungsabfall verursacht, und demgemäß wird die Ausgangsspannung der Gleichrichtungsschaltung 22 kleiner als die, wenn der Thyristor 231 eingeschaltet wird durch die Batteriespannung (V) und den Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung (Vscr) des Thyristors 231, wie in Fig. 16A gezeigt. Unterdessen verhält sich, da sich weder die Umgebungstemperatur (Tamb) noch die Batterietemperatur (Tb) zu Beginn des Ladevorganges ändert, die Spannung (Vx) an der Knotenstelle X so wie durch die beiden gestrichelten Linien in Fig. 16A dargestellt. Unter Bezug auf Fig. 16A zeigt die durch die gestrichelte Linie dargestellte Wellenform die Ausgangsspannung der Gleichrichtungsschaltung 22 in nichtgeladenem Zustand, im allgemeinen bei abgeschaltetem Thyristor 231. Auf diese Weise fließt der Ladestrom (Ic) in den Batterien 1 zu jedem Halbzyklus des Wechselstromes.

Danach wächst, bei Fortschreiten des Ladevorganges, die Batteriespannung (V). Dann ist, wie in Fig. 16B gezeigt, die Bedingung Vob = Voc erfüllt, und der Thyristor 231 erreicht einen Zustand, in dem er im Begriffe ist abzuschalten. Sogar bei der Bedingung Vob = Voc fließt zu jedem Halbzyklus der Ladestrom (Ic) in die Batterien 1. Jedoch ist der Ladestrom zu dieser Zeit sehr viel kleiner geworden im Vergleich zu dem Ladestrom, der vorher in Fig. 16A dargestellt ist.

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Wenn sich der Zustand von dem in Fig. 16B dargestellten Zustand so ändert, daß die Bedingung Vob > Voc erfüllt ist, wird der Thyristor 231 abgeschaltet. Demgemäß fließt kein Ladestrom in die Batterien 1 im ersten Halbzyklus von Fig. 16C. Im folgenden Halbzyklus sinkt die Spannung der Batterien 1 ein wenig, und erneut ist die Bedingung von Fig. 16B erfüllt, und der Ladestrom (Ic) fließt. Danach steigt, während der Ladevorgang fortschreitet, das Verhältnis von einem nichtfließenden Halbzyklus zu einem fließenden Halbzyklus, in dem der Ladestrom (Ic) fließt, an und als Ergebnis verringert sich der mittlere Ladestrom. Auf diese Weise wird der Ladevorgang der Batterien 1 ausgeführt.

Die Displaysteuerschaltung 31 weist unterdessen die Zenerdiode 313 auf. Die Zenerdiode 313 hat das Ziel, ein Absinken der Ausgangs spannut-, der Gleichrichtungsschaltung 22 anzuzeigen, die beträchtlich abfällt, wenn der Ladestrom in die Batterien 1 fließt. Spezifischer ausgedrückt wird, wenn die Ausgangsspannung der Gleichrichtungsschaltung 22 beträchtlich absinkt, der Transistor 311 nichtleitend gemacht, und demgemäß fließt ein Strom in die Leuchtdiode 317, wobei die Leuchtdiode 317 anzeigt, daß der Ladevorgang weitergeht. Im Gegensatz dazu bleibt der Transistor 311 leitend, wenn der Ladestrom nicht in die Batterien 1 fließt, und demgemäß fließt kein Strom in die Leuchtdiode 317. Folglich leuchtet die Leuchtdiode 317 der Ladungsdarstellungsschaltung 31 im Falle des Zustandes gemäß Fig. 16A und 16B kontinuierlich, wodurch bestätigt wird, daß der Ladevorgang andauert. Nach dem Zustand gemäß Fig. 16C steigt das Verhältnis der Abschaltperiode zu der Einschaltperiode der Leuchtdiode graduell an, und als Ergebnis wird eine blinkende Anzeige produziert, und es wird bestätigt, daß der Ladevorgang erfüllt ist.

Wie im vorangegangenen Text beschrieben wurde, ist das Ausführungsbeispiel so angepaßt, daß der Temperaturgradient der Referenzspannung (Vref) als abhängig von der oben beschriebenen Gleichung (4) gesetzt wird,und die Referenzspannung (Vref) kann veränderbar sein, der temperatürabhängigen Änderung der Spannung bei

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Ladungsvervollständigung (Va) folgend. Folglich können verschiedene Modifikationen des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. betrachtet werden, solange die oben beschriebene Gleichung (4) erfüllt ist.

Fig. 17 bis 21 stellen schematische Darstellungen von Hauptteilen verschiedener Modifikationen des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 13 dar. Im folgenden werden solche Modifikationen kurz beschrieben.

Unter Bezug auf Fig. 17 werden der Vorspannungswiderstand der Diode 272 und eine zweite temperaturempfindliche Vorrichtung 26, im allgemeinen ein Thermistor 261, benutzt. In einem solchen Fall wird der mit dem Widerstand 274 parallelgeschaltete Thermistor entfernt. Unter Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 17 ändert sich ein Eingang (-) des Operationsverstärkers 276 in Abhängigkeit von der Temperaturcharakteristik des Thermistors 261, und als Ergebnis hängt der durch die Widerstände 274 und 275 in die Knotenstelle X fließende Strom ebenso von der Temperatürcharakteristik des Thermistors 261 ab.

Fig. 18 zeigt eine andere Modifikation des Ausführungsbeispieles von Fig. 17. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 18 verwendet einen Thermistor 261 als Vorspannungswiderstand der Diode 272 und verwendet ferner einen Thermistor 262 als den Widerstand 274. Der Thermistor 262 ist auch als eine zweite temperaturempfindliche Vorrichtung ausgebildet, um einen Widerstandswert entsprechend der Umgebungstemperatur aufzuweisen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 18 dient der Thermistor 262 lediglich dazu, die Temperaturkompensation des Spannungsabfalls in Vorwärtsrichtung (Vds) der Diode 272 zu gewährleisten. Sogar im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 18 ändert sich der in die Knotenstelle X fließende Strom in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Tamb).

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Fig. 19 und die darauffolgenden Figuren 20 und 21 zeigen Ausführungsbeispiele, in denen die Strornerzeugungsschaltung 27 nicht die Abhängigkeitscharakteristik in Bezug auf die Umgebungstemperatur aufweisen muß, obwohl die Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 13, 17 und 18 angepaßt sind derart, daß der von der Stromerzeugungsschaltung 27 erhaltene Strom so geändert werden kann, daß die Spannung (Vx) und auf diese Weise die Referenzspannung (Vref) geändert werden in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Tamb). Folglich ist der im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 19 bis 21 in der Stromerzeugungsschaltung enthaltene Thermistor nicht notwendig, und die Strornerzeugungsschaltung 27 kann aufgebaut sein als eine reine Konstantstromquelle. Im Falle des Ausführungsbeispieles nach Fig.19 wird eine zweite temperaturempfindliche Vorrichtung 26, im allgemeinen ein Thermistor 261, benutzt in der Referenzspannungserzeugungsschaltung 28, welche die Ausgangsspannung (Vx) der Spannungserzeugungsschaltung 25 empfängt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 19 ist von einem Fall, in dem der Thermistor 261 an die Stelledes Widerstandes 283 des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 13 ges-etztwird, und das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 20 ist von einemFall, in dem der Thermistor 261 an die Stelle des Widerstandes 281 gesetzt wird. Wie in den Fig. 19 und 20 dargestellt, kann die Referenzspannung (Vref) veränderbar in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gemacht werden, sogar dann, wenn der Thermistor 261 in der Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 enthalten ist.

Fig. 21 zeigt noch ein anderes Beispiel, ir dem der Thermistor 261 an die Stelle des Widerstandes 291 (Fig. 13) der Gattersteuerschaltung 29 gesetzt wird. Sogar bei Verwendung des Thermistors 261 in der Gattersteuerschaltung 29 kann die an den Thyristor 231 gelegte Steuerspannung veränderbar in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gebracht werden, und bei geeigneter Auswahl der Charakteristik des oben beschriebenen Thermistors kann die oben beschriebene Gleichung (4) erfüllt werden. Im Falle

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des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 21 unterdessen kann die Konstante B, die die Temperaturgradientcharakteristik des Thermistors 261 repräsentiert, kleiner sein, verglichen mit einem Fall der anderen Ausführungsbeispiele.

Unterdessen können die anderen nicht beschriebenen Teile der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 17 bis 21 im wesentlichen die gleichen sein wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13.

Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, welches ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 22 gibt ein Beispiel, in dem ein Teil oder die gesamte Spannungserzeugungsschaltung 25, die Stromerzeugungsschaltung 27 und die Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 und die Ladungsdarstellungsschaltung 31 in einer integrierten Schaltung 200 enthalten sind. Die integrierte Schaltung 200 weist neun Anschlüsse v1 bis 9 auf. Eine Reihenverbindung des variablen Widerstandes 251 und des Widerstandes 243 ist angeschlossen zwischen den Anschlußklemmen i_1' und '3'. Die Anschlußklemme (2. ist angeschlossen an die Verbindung der Widerstände 283 und 282. Die Anschlußklemme .'4 ist über die Kapazität 315 mit dem Erdniveau verbunden, und die Anschlußklemme (5 ist di.rekt mit dem Erdniveau verbunden. Die Anschlußklemme '6 ist durch eine Reihenverbindung des Widerstandes 275 und der Parallelschaltung von Thermistor 261 und Widerstand 274 mit dem Erdniveau verbunden. Die Anschlußklemme \1, ist durch den Widerstand 316 mit der Ausgangsspannungsschaltung der Gleichrichtungsschaltung 22 verbunden und ist ausserdem durch die Leuchtdiode 317 mit dem Erdniveau verbunden. Die Anschlußklemme ^;8 versorgt die Referenzspannung (Vref),und folglich ist der Anschluß (,8, mit dem in der Gattersteuerschaltung 29 enthaltenen Widerstand 291 verbunden. Die Anschlußklemme {9. ist mit dem Ausgang der Gleichrichtungsschaltung 22 verbunden. Unterdessen ist die Reihenverbindung des Thyristors 31 und der Batterien 1 mit der Gleichrichtungsschaltung 22 verbunden, und die Gatterelektrode des Thyristors 31 wird von der Diode 292 mit der Gatterspannung versorgt, und zwar in gleicher Weise wie in

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den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Ein detaillierterer Aufbau der integrierten Schaltung 200, im allgemeinen ein Ersatzschaltbild, ist in Fig. 23 dargestellt. Unter Bezug auf Fig. 23 ist die Schaltung 201 eine Spannungsversörgungsschaltung zur Versorgung der integrierten Schaltung 200 mit einer stabilisierten Spannung. Die anderen Schaltungen 25, 27, 28 und 31 erfüllen die gleichen Funktionen wie die in dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13. Die entsprechenden Anschlußklemmen T bis & sind die gleichen wie die entsprechenden der Fig.22. Für den Fall, daß die Hauptteile auf diese Weise in der integrierten Schaltung 200 untergebracht sind, ist die integrierte Schaltung 200 in der Nähe der Batterien 1 vorgesehen, um auf diese Weise mit den Batterien 1 thermisch verbunden zu sein. Es ist jedoch klar, daß die integrierte Schaltung 200 getrennt von den Batterien 1 untergebracht wird, für den Fall, daß die Spannungserzeugungsschaltung 25 nicht in der integriertenSchaltung 200 untergebracht ist. Da das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 so aufgebaut war, daß eine Zenerdiode nicht notwendigerweise zur Erzeugung der Referenzspannung (Vref) vorgesehen ist und irgendwelche Kapazitäten weder benötigt noch vorgesehen- sind, kann das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 nicht in eine integrierte Schaltung, wie in den Fig. 22 und 23 dargestellt, eingeschlossen werden. Im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 13 wurde die Zenerdiode 313 in der Ladungsdarstellungsschaltung 31 verwendet. Da jedoch die Zenerdiode 313 lediglich dazu dient, anzuzeigen, ob das Niveau der Ausgangsspannung der Gleichrichtungsschaltung 22 geringer geworden ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht, wie dargestellt in Fig. 22, kann eine Schaltung ohne Zenerdiode leicht ersetzt werden.

Fig. 24 ist ein Blockdiagramm, welches ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12, mit Ausnahme der folgenden Beziehung. Spezifischer dargestellt ist das gezeigte Ausführungsbeispiel so angepaßt, daß die Stromerzeugungsschaltung 27 anspricht auf

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die erste temperaturempfindliche.Vorrichtung 24 und die Spannungserzeugungsschaltung 25 anspricht auf die zweite temperaturempfindliche Vorrichtung 26. Spezifischer ausgedrückt ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig- 24 im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 so angepaßt, daß der durch die Spannungserzeugungsschaltung 25 fließende Strom veränderbar gemacht wird in Abhängigkeit von der Temperatur (Tb) der Batterie 1 und die erzeugte Spannung (Vx) veränderbar gemacht wird in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (Tamb). Es folgt sogar durch den Aufbau des Ausführungsbeispieles, daß die von der Referenzspannungserzeugungsschaltung 28 erhaltene Ausgangsspannung (Vref) veränderbar wird in Abhängigkeit sowohl von der Batterietemperatur als auch der Umgebungstemperatur, und als Ergebnis wird im wesentlichen der gleiche Effekt erreicht wie der der früher beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Obwohl die vorliegende Erfindung beschrieben und dargestellt wurde in Einzelheiten, ist klar, daß dies nur anhand von Darstellungen und Beispielen verstanden werden kann und nicht dadurch begrenzt wird. Der Inhalt und der Umfang der vorliegenden Erfindung werden nur begrenzt durch die angefügten Ansprüche.

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Claims

I=] ι—- L^J ι= εξξ r—■

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O

FO 1-1708 P/F/be

Matsushita Electric Works, Ltd., Osaka / Japan

Ladevorrichtung

PATENTANSPRÜCHE

f 1. !Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie, geitennzeichnet durch eine Ladestromversorgungseinrichtung zur Lieferung eines Ladestromes zu der wiederaufladbaren Batterie, eine erste, auf die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie ansprechende, temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24), eine zweite, auf die Umgebungstemperatur ansprechende, temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26) , eine Stromerzeugungseinrichtung (27), die anspricht auf eine der ersten und zweiten temperaturanzeigenden Funktionseinrichtungen (24, 26) zur Erzeugung eines in Abhängigkeit von der ermittelten Temperaturänderung sich ändernden Stromes, eine Spannungserzeugungseinrichtung (25) , die angeschlossen ist zum Empfangen des von der Stromerzeugungseinrichtung (27) erzeugten Stromes und die anspricht auf die andere der ersten und zweiten temperaturanzeigenden Funktionseinrichtungen (24, 26) zur Erzeugung einer sich gemäß der erfaßten Temperaturänderung ändernden

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ! H. PRÜFER ■ D-8000 MÜNCHEN 90 . WILLROIDERSTR. 8 · TEU. (089)640640

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Spannung und eine auf die Ausgangsspannung der Spannungserzeugungseinrichtung (25) ansprechende Ladesteuereinrichtung (31) zur Steuerung des Ladestromes, der von der Ladestromversorgungseinrichtung zu der wiederaufladbaren Batterie geliefert wird.
2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24) so ausgebildet ist, daß sie,bezogen auf die Änderung der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie,eine im wesentlichen lineare funktionale Beziehung aufweist, und daß die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26), bezogen auf die Änderung der Umgebungstemperatur, eine nichtlineare funktionale Beziehung aufweist.
3. Ladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der ersten und zweiten temperaturanzeigenden Funktionseinrichtungen (24, 26) die erste temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24) ist, die Stromerzeugungseinrichtung (27) auf die erste temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24) zur Erzeugung des sich im Verhältnis zur Änderung der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie verändernden Stromes anspricht und die Spannungserzeugungseinrichtung (25) den sich im Verhältnis zur Änderung der Spannung der wiederaufladbaren Batterie verändernden Strom empfängt und auf die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26) zur Erzeugung der sich in nichtlinearer Weise bezüglich der Änderung der Umgebungstemperatur ändernden Spannung anspricht.
4. Ladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der ersten und zweiten temperatüranzeigenden Funktionseinrichtungen (24, 26) die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26) ist, die Stromerzeugungseinrichtung (27) auf die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26) zur Erzeugung der sich bezüglich der Änderung der Umgebungstemperatur in nichtlinearer Weise verändernden Stromes anspricht, und die

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Spannungserzeugungseinrichtung (25) den sich bezüglich der Änderung der Umgebungstemperatur in nichtlinearer Weise verändernden Strom empfängt zur Erzeugung der sich bezüglich der Änderung der Temperatur der wiederaufladbaren Batterie in nichtlinearerWeise verändernden Spannung.
5. Ladevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24) eine in der Umgebung der wiederaufladbaren Batterie angeordnete Diodenverbindungsstelle aufweist, die Spannungserzeugungseinrichtung (25) die Spannung im Verhältnis zu einem Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung über die Diodenverbindung erzeugt, und die Stromerzeugungseinrichtung (27) einen Strompfad durch die Diodenverbindung bildet.
6. Ladevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26) eine in dem Strompfad der Stromerzeugungseinrichtung (27) enthaltene temperaturempfindliche Widerstandsvorrichtung aufweist.
7. Ladevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Widerstandsvorrichtung einen Thermistor (261) aufweist.
8. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungssteuereinrichtung ein zwischen der Ladestromversorgungseinrichtung und der wiederaufladbaren Batterie angeordnetes Schaltelement (23) aufweist, und die Schaltelementsteuereinrichtung auf die Ausgangsspannung der Spannungserzeugungseinrichtung (25) zur Steuerung des Schaltelementes (23) anspricht.
9. Ladevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) auf die Ausgangsspannung der Spannungserzeugungseinrichtung (25) anspricht zur Erzeugung einer zu der Ausgangsspannung der Spannungserzeugungseinrichtung (25) proportionalen Referenzspannung, und die Schalt-

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elementsteuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie das Schaltelement (23) in einen nichtleitenden Zustand steuert, wenn die von der Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) erhaltene Referenzspannung und die Ladespannung der wiederaufladbaren Batterie im wesentlichen einander gleich werden.
10. Ladevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (23) ein Schaltelement mit einer Eingangselektrode , einer Ausgangselektrode und einer Steuerelektrode aufweist, dasso angeschlossen ist, daß die Steuerelektrode die Referenzspannung von der Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) erhält, die Eingangselektrode an die Ladestromversorgungseinrichtung und die Ausgangselektrode an die wiederaufladbare Batterie angeschlossen ist, wodurch das Schaltelement (23) nichtleitend gemacht wird, wenn die Differenz zwischen den Spannungen der Steuerelektrode und der Ausgangselektrode kleiner als eine vorbestimmte Schaltspannung wird.
11. Ladevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederaufladbare Batterie bei Ladungsvervollständigung eine vorbestimmte Spannung besitzt, und daß ferner eine Temperaturcharakteristikeinstelleinrichtung vorgesehen ist zum Einstellen der Temperaturcharakteristik der gesamten Spannung bei Ladungsvervollständigung und der Schaltspannung und der Temperaturcharakteristik der Referenzspannung der Referenzspannungserzeugungseinrichtung, so daß sie im wesentlichen gleich sind.
12. Ladevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement.(23) mit einer Eingangselektrode, einer Ausgangselektrode und einer Steuerelektrode einen siliziumgesteuerten Gleichrichter aufweist.
13. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungscharakteristikeinstelleinrichtung zur Abstimmung der AusgangsSpannung der Spannungserzeugungseinrichtung (25) mit einer vorbestimmten Änderungscharakteristik.

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_ CT _
14 - Ladevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungscharakteristikeinstelleinrichtung ein Widerstandselement (32) aufweist.
15. Ladevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (32) einen variablen Widerstand aufweist.
16. Ladevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (32) eine Mehrzahl fester Widerstände in Parallelschaltung und eine Auswähleinrichtung zum Auswählen der Mehrzahl der festen Widerstände aufweist.
17. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stromcharakteristikeinstelleinrichtung zur Abstimmung des Stromes der Stromerzeugungseinrichtung (27) mit einer vorbestimmten Charakteristik·
18. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungseinstelleinrichtung ein in einen Strompfad der Spannungserzeugungseinrichtung (25) eingesetztes Widerstandselement (32) aufweist.
19. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie, gekennzeichnet durch eine Ladestromversorgungseinrichtung zur Lieferung eines Ladestromes an die wiederaufladbare Batterie, eine auf eine an die Steuerelektrode zur Herstellung eines Schaltvorganges angelegte Steuerspannung ansprechende Schalteinrichtung mit einer zwischen der Ladestromversorgungseinrichtung und der wiederaufladbaren Batterie angeordneten Steuerelektrode, eine auf die Temperatur der wiederaufladbaren Batterie ansprechende erste temperaturanzeigende Punktionseinrichtung (24), eine auf die Umgebungstemperatur ansprechende zweite temperaturanzeigende Eunktionseinrichtung (26) und eine auf die erste und zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24, 26) ansprechende Steuerspannung^erzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer sich gemäß der Änderung der Batterietemperatur und der

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Umgebungstemperatur der Steuerelektrode der Schalteinrichtung ändernden SteuerSpannung,
20. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungserzeugungseinrichtung eine Stromerzeugungseinrichtung (27) aufweist, und die ReferenzspannungserZeugungseinrichtung auf den Strom der Stromerzeugungseinrichtung (27) zur Erzeugung einer Referenzspannung zur Aufbringung der Steuerspannung anspricht.
21. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Stromerzeugungseinrichtung (27) und die Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) auf die erste temperatüranzeigende Funktionseinrichtung (24) und die andere Stromerzeugungseinrichtung (27) und die Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) auf die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26) ansprechen.
22. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) sowohl auf die erste als auch auf die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24, 26) anspricht.
23. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerzeugungseinrichtung (27) eine Konstantstromquelle zur Lieferung eines konstanten Stromes und die Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) eine Spannungserzeugungseinrichtung (25) , die auf den konstanten Stromder Konstantstromquelle und auf eine der ersten und zweiten temperaturanzeigenden Funktionseinrichtungen (24, 26) zur Erzeugung einer Spannung anspricht, und eine Spannungsverstärkungseinrichtung, die die Ausgangs spannung der Spannurigserzeugungseinrichtung (.28) verstärkt und auf die andere der ersten und zweiten temperatüranzeigenden Funktionseinrichtung (24, 26) anspricht, aufweist.

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24. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungserzeugungseinrichtung (28) eine auf den Strom der Stromerzeugungseinrichtung (27) und auf eine der ersten und zweiten temperaturanzeigenden Funktionseinrichtung (24, 26) zur Erzeugung einer Spannung ansprechende Spannungserzeugungseinrichtung, eine Verstärkungseinrichtung zur Verstärkung der Ausgangsspannung der Spannungserzeugungseinrichtung (25) und eine auf die andere der ersten und zweiten temperaturanzeigenden Funktionseinrichtung (24, 26) ansprechende Schaltelementsteuereinrichtung zur Lieferung der Ausgangsspannung von der Verstärkereinrichtung als Steuerspannung an die Steuerelektrode der Schalteinrichtung aufweist.
25. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erste temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24) so ausgebildetist, daß sie, bezogen auf die Änderung der Temperatur der wiederauf ladbaren Batterie, eine im wesentlichen lineare funktionale Beziehung aufweist, und daß die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26), bezogen auf die Änderung der Umgebungstemperatur, eine nichtlineare funktionale Beziehung aufweist.
26. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erste temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (24) eine thermisch an die wiederauf ladbare Batterie gekoppelte Diodenverbindungsstelle aufweist.
27. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite temperaturanzeigende Funktionseinrichtung (26) eine temperaturempfindliche Widerstandsvorrichtung aufweist.
28. Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Widerstandsvorrichtung einen Thermistor (261) aufweist.

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