DE3038538A1 - Ladevorrichtung - Google Patents
LadevorrichtungInfo
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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, folgtr 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:
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;
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.
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 Re 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 = R25 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 Vnc einen
Du
1300.1 B /0 74 2
Spannungsabfall in Durchlaßrichtung der Diode 272, welcher durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:
VDS q * n * iQ + 1 *
wobei k die Boltzmann-Konstante, q die elektrische Ladungsmenge,
die durch die Diode 272 fließt, iQ 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 1O = Rx . i2 + 2VDF(i2) (1)
In der oben beschriebenen Gleichung bezeichnet unterdessen Rx die Summe der Widerstandswerte des variablen Widerstandes 251
und des Widerstandes 243, und VD_ 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)
Vref = (1 + -^- ) ' Vx (2)
18/0762
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 . iGT + VDG(iGT) + 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)
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- iGT + vDG(iGT + vGT) 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
130018/0742
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,
Rc*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 iTt 5 ,} Tt 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
(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 VT, i_T und VQG 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-
130 0.1 8/,0742.
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 ).
= (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 ).
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.
130018/0142
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.
13^018/0742 -
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
13 001 S /074-2.
-36- 3036538
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).
130018/0742
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
13001S/G742
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
130018/0742
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
130018/0742
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.
13001-8/0742
Claims (28)
- I=] ι—- L^J ι= εξξ r—■PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9OFO 1-1708 P/F/beMatsushita Electric Works, Ltd., Osaka / JapanLadevorrichtungPATENTANSPRÜCHEf 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 änderndenPATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ! H. PRÜFER ■ D-8000 MÜNCHEN 90 . WILLROIDERSTR. 8 · TEU. (089)640640130018/0742Spannung 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 die130018/0742Spannungserzeugungseinrichtung (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-130013/0742elementsteuereinrichtung 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.130018/0742_ 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 der130018/0742Umgebungstemperatur 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.3038530
- 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.1 30018/0742
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