DE4110453A1 - Ladegeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladegerät für ein mit einer Sekundärbatterie versehenes Gerät oder ein Ladegerät zum Laden einer Sekundärbatterie, und insbesondere ein Ladegerät, bei dem der Ladestrom durch Ermitteln der Spannungsänderung der Sekundärbatterie gesteuert wird.

Während des Ladens einer Sekundärbatterie, etwa einer Nickel-Kadmium-Batterie oder dgl., steigt deren Span­ nung an, und wenn die Batterie voll geladen ist, fällt die Spannung ab. Bei einem auf dem Markt erhältlichen Ladegerät wird diese Spannungsänderungscharakteristik benutzt, um den Ladestrom der Sekundärbatterie zu steu­ ern. Dies bedeutet, daß der Ladestrom verringert oder der Ladevorgang gestoppt wird, wenn die Spannung der Sekundärbatterie von ihrem Spitzenwert abzufallen be­ ginnt.

Beispiele zum Steuern des Ladestroms durch Ermitteln der Spannungsänderung der Sekundärbatterie sind be­ schrieben u. a. in JP-OS 1 03 544 (1978) und US-48 06 840, bei denen die Spannung der Sekundärbatterie in vorbe­ stimmten Zyklen abgetastet wird, die beiden aufeinan­ derfolgend abgetasteten Spannungen verglichen werden und dadurch festgestellt wird, wann die Sekundärbat­ terie voll geladen ist. Dabei wird die Spannung von einem Analog-/Digital-Wandler abgetastet, der die Span­ nung der Sekundärbatterie von analogen Signalen in Digitalsignale wandelt.

Die Netz-Wechselspannung, die als Spannungsquelle zum Laden verwendet wird, ist jedoch in manchen Fällen Schwankungen unterworfen, die durch Spannungswellig­ keiten oder Überlagerung von externem Rauschen verur­ sacht werden. Dieses Rauschen überlagert häufig den Schleifen- oder Knotenbereich, der beim sinuswellen­ förmigen Netz-Wechselstrom in jeder Halbwelle auftritt. Wenn die Sekundärbatterie mit der Spannung der von dem Rauschen überlagerten Ladestromquelle geladen wird, wird die Spannung der Sekundärbatterie für einen extrem kurzen Zeitraum verändert, was beim Wandeln der Span­ nung in Digitalsignale zu einem Zittern, d. h. zu Un­ regelmäßigkeiten des Signals führt. Somit können die Spannungsänderungen, wenn die Spannung der Sekundär­ batterie auf herkömmliche Weise kurzzeitig abgetastet wird, je nach dem Zeitpunkt des Abtastens zu einem unkorrekten Abtastergebnis führen.

Bei dem Ladegerät gemäß US-48 06 840 wird der Ladevor­ gang beendet, wenn die ermittelte Spannung bei zwei aufeinderfolgenden Abtastzeitpunkten abfällt. Deshalb ist, wenn sich bei bereits voll geladener Sekundärbat­ terie die ermittelte Spannung nach einer Spannungsände­ rung der Stromquelle ändert, keine korrekte Steuerung des Ladevorgangs möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ladegerät zu schaf­ fen, bei dem die Spannung der Sekundärbatterie auch dann korrekt ermittelt wird, wenn sich die Ladespannung infolge einer momentanen Spannungsänderung der Lade­ stromquelle kurzzeitig ändert.

Die Erfindung schafft ein Ladegerät, das das Laden einer Sekundärbatterie auch bei kurzzeitigen Spannungs­ änderungen der Ladestromquelle zuverlässig steuert.

Bei dem Ladegerät der Erfindung erfolgt das Ermitteln der Spannung der Sekundärbatterie durch einen Span­ nungs-/Frequenz-Wandler, der die Spannung der Sekundär­ batterie in Impulse umwandelt, deren Frequenz der Span­ nung entspricht, und durch einen Zähler, der die ge­ wandelten Impulse für eine vorbestimmte Zeitspanne mit einem vorbestimmten Zyklus zählt. Der Zählwert des Zäh­ lers ist ein Digitalwert, der die Durchschnittspannung der Sekundärbatterie innerhalb der Zähl-Zeitspanne an­ gibt. Selbst wenn sich die Spannung der Sekundärbat­ terie wegen einer Spannungsänderung der Ladestromquelle während der Zähl-Zeitspanne kurzzeitig ändert, wird die Durchschnittsspannung der Sekundärbatterie ermittelt und in einen Digitalwert gewandelt, und folglich wird der Einfluß der Spannungsänderung der Ladestromquelle beträchtlich reduziert, so daß ein korrektes Ermitteln der Spannung gewährleistet ist.

Die Zähldauer des Zählers ist so eingestellt, daß sie größer ist als eine Halbwelle des als Ladestromquelle verwendeten Netzes. Somit ist der Effektivwert der Netzspannung unabhängig vom Zeitpunkt des Abtastens nahezu konstant, und die Einflüsse des überlappenden externen Rauschens lassen sich fast vollständig redu­ zieren.

Da die Lade-Zeit oder der Zunahme-/Abnahmewert der Spannung der Sekundärbatterie für die Ladezeit in Ab­ hängigkeit von der Kapazität oder dem Ladestrom der Sekundärbatterie unterschiedlich sind, ist es wün­ schenswert, den Zyklus des Abtastens der Spannung (Zähl-Takt des Zählers) entsprechend der Kapazität oder dem Ladestrom der Sekundärbatterie zu verändern.

Dadurch, daß der von dem Zähler durchgeführte Zählvor­ gang für eine eingestellte Zeit nach dem Beginn des Ladevorgangs unterdrückt wird, wird in der Anfangsphase des Ladens der Sekundärbatterie verhindert, daß der Ladevorgang im inaktiven Zustand der Batterie, in wel­ chem sich diese nach längerer Benutzung bzw. Entladung befindet, falsch gesteuert wird.

Indem der Ladevorgang zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Beginn des Ladens zwangsweise gesteuert wird, wird zudem verhindert, daß die Sekundärbatterie aufgrund eines unkorrekten Ladevorgangs oder dgl. überladen wird.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ladegerätes gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ein Flußdiagramm des Arbeitsablaufs des Gerätes gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ladegerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Ladegerätes gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Ladesteuerschaltung von Fig. 4;

Fig. 6 ein Schaubild der Beziehung zwischen der Lade­ zeit, der Klemmenspannung der Sekundärbatterie und des Zählwertes des Zählers; und

Fig. 7 ein Schaubild zur Erläuterung der Abtastung der durch Spannungs-/Frequenz-Wandlung entstandenen Impulse.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ladegerätes gemäß der ersten Ausführungsform, bei der eine aufzuladende Se­ kundärbatterie 3, etwa eine Nickel-Kadmium-Batterie, über eine Ladesteuerschaltung 2 mit den beiden Klemmen einer Ladestromquelle 1 verbunden ist, die aus einer Netz-Wechselstromquelle und einer Gleichrichterschal­ tung besteht. Ein Spannungs-/Frequenz-Wandler 4, der mit beiden Klemmen der Sekundärbatterie 3 verbunden ist, setzt die Spannung der Sekundärbatterie 3 in Im­ pulse um, deren Frequenz der Spannung entspricht. Die in dem Wandler 4 erzeugten Impulse werden von einem Zähler 5 mit einer vorbestimmten Zyklusdauer und ledig­ lich für eine vorbestimmte Zeitspanne gezählt. Bei­ spielsweise wird die Zyklusdauer auf 30 Sekunden und die Zeitspanne auf 1 Sekunde eingestellt, wenn die Batterie 3 für eine Stunde geladen wird. Die Zählzeit­ gebung wird durch Taktimpulse gesteuert, die von einer Zeitgeberschaltung 6 ausgegeben werden.

Der Zählwert des Zählers 5 wird an einen ersten Halte­ speicher 7 und einen zweiten Haltespeicher 8 ausgege­ ben. Beide Haltespeicher 7, 8 speichern kurzzeitig die Digitalwerte des Zählwertes und geben diese dann an einen Komparator 9 aus. Der erste Haltespeicher 7 ändert den in ihm gespeicherten Wert jedes Mal, wenn der Zähler 5 ihm den der Spannung der Sekundärbatterie 3 entsprechenden Zählwert zuführt. Der zweite Halte­ speicher 8 ändert den in ihm gespeicherten Wert nur dann zu dem Wert des Haltespeichers 7, wenn ihm vom Komparator 9 ein Signal UP zugeführt wird.

Der Komparator 9 vergleicht das Ausgangssignal des ersten Haltespeichers 7 und dasjenige des zweiten Haltespeichers 8 gemäß in vorbestimmten Zyklen mitein­ ander. Wenn das Ausgangssignal von dem ersten Halte­ speicher 7 (der in diesem gespeicherte Digitalwert) größer ist als das Ausgangssignal des zweiten Halte­ speichers 8, gibt der Komparator 9 ein Signal UP an den zweiten Haltespeicher 8 ab. Wenn dagegen das Ausgangs­ signal von dem ersten Haltespeicher 7 (der in diesem gespeicherte Digitalwert) kleiner ist als das Ausgangs­ signal von dem zweiten Haltespeicher 8, gibt der Kom­ parator 9 ein Signal DOWN an die Ladesteuerschaltung 2 ab.

Das von dem Komparator 9 ausgegebene Signal UP ist ein Neuschreibsignal zum Aktualisieren des in dem zweiten Haltespeicher 8 gespeicherten Wertes. Wenn dem zweiten Haltespeicher 8 das Signal UP zugeführt wird, wird der in ihm gespeicherte Wert zu dem Wert des ersten Halte­ speichers geändert. Wenn dem zweiten Haltespeicher 8 das Signal DOWN zugeführt wird, unterbricht die Lade­ steuerschaltung 2 das Laden der Sekundärbatterie 3.

Im folgenden wird der Betriebsablauf des Ladegerätes anhand des Flußdiagramms von Fig. 2 erläutert. Beim Start des Ladens der Sekundärbatterie 3 werden der erste Haltespeicher 7 und der zweite Haltespeicher 8 rückgestellt (Schritt S1). Die Spannung der Sekundär­ batterie 3 wird durch den Spannungs-/Frequenz-Wandler 4 und den Zähler 5 in einem vorbestimmten Zyklus abge­ tastet (S2). Der der abgetasteten Spannung entspre­ chende Zählwert wird in den ersten Haltespeicher 7 ge­ speichert (S3). Dann vergleicht der Komparator 9 den in dem ersten Haltespeicher 7 gespeicherten Wert mit dem in dem zweiten Haltespeicher 8 gespeicherten Wert (S4). Wenn der in dem ersten Haltespeicher 7 gespeicherte Wert größer ist als derjeninge des zweiten Haltespei­ chers 8, gibt der Komparator 9 das Signal UP aus, und der Speicherwert des zweiten Haltespeichers 8 wird zu dem Speicherwert des ersten Haltespeichers 7 gemacht (S5). Dann werden die Abläufe der Schritte S2, S3, S4 wiederholt. Wenn der in dem ersten Haltespeicher 7 gespeicherte Wert kleiner ist als derjeninge in dem zweiten Haltespeicher 8, gibt der Komparator 9 das Signal DOWN aus, so daß die Ladesteuerschaltung 2 das Laden der Sekundärbatterie 3 stoppt (S6).

Wenn das auf diese Weise erfolgende Laden der Sekun­ därbatterie 3 fortschreitet, nimmt die Spannung der Sekundärbatterie 3 kontinuierlich zu, bis die Batterie voll geladen ist. Wenn die Sekundärbatterie 3 voll geladen ist und ihre Spannung somit abnimmt, wird der Ladevorgang gestoppt.

Der Zählwert des Zählers 5, welcher die von dem Span­ nungs-/Frequenz-Wandler 4 erzeugten Impulse in vorbe­ stimmten Zyklen zählt, entspricht der in Digitalwerte gewandelten, während der Zähl-Dauer herrschenden Durch­ schnittsspannung der Sekundärbatterie 3. Deshalb werden selbst bei einer kurzzeitigen Änderung der Spannung der Sekundärbatterie 3, die innerhalb der Zähl-Dauer auf­ grund einer Spannungsänderung der Ladestromquelle 1 auftritt, die Digitalwerte durch diese Spannungsände­ rung kaum beeinflußt.

Die Zähl-Dauer wird auf etwa 1 Sekunde eingestellt, d. h. auf etwa 60 Perioden des Netz-Wechselstroms, wenn die Sekundärbatterie 3 einer einstündigen Schnelladung unterzogen wird. Der Effektivwert der Spannung der Ladestromquelle 1 ist während der Zähl-Dauer nahezu konstant, und zwar ungeachtet der Zeitsteuerung des Abtastens der Spannung der Sekundärbatterie 3, und folglich werden die Einflüsse des überlagerenden ex­ ternen Rauschens fast vollständig reduziert.

Fig. 3 zeigt den Aufbau eines Ladegerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform, die eine Verbesserung der ersten Ausführunsgform darstellt. Bei dem Ladegerät der zweiten Ausführungsform besteht die Zeitgeberschaltung 6, die in Fig. 1 im Zusammenhang mit der ersten Ausfüh­ rungsform gezeigt ist, aus einem Impulsoszillator 10 und einem Zähler 11. Eine zum Einstellen einer Schwing­ frequenz vorgesehene Einstellschaltung 12, in der ein Kondensator C und ein Widerstand R parallelgeschaltet sind, ist mit dem Impulsoszillator 10 verbunden. Der Zähler 11 gibt an den Zähler 5 ein Signal zur Unter­ drückung der Spannungsüberwachung, an den ersten Halte­ speicher 7 ein Signal zum Speichern der Spannung, und an die Ladesteuerschaltung 2 ein Signal zum Steuern des Ladens der Sekundärbatterie 3 aus. Die Funktion dieser Ausgabesignale des Zählers 11 wird im folgenden erläu­ tert.

Wenn die Sekundärbatterie 3 für eine lange Zeit im Ent­ ladezustand belassen wird, kann ihr Innenwiderstand außergewöhnlich hoch sein. Wenn die Sekundärbatterie 3 in diesem Zustand geladen wird, wird der Innenwider­ stand in der Anfangsphase des Ladens wieder auf den normalen Wert gebracht, und die Spannung der Sekundär­ batterie 3 verringert sich. Deshalb kann, falls als Antwort auf das Abnehmen der Spannung das Signal DOWN von dem Komparator 9 ausgegeben wird, der Ladevorgang unbeabsichtigt unterbrochen werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird dem Zähler 5 für eine vorbestimmte Zeitspanne vom Beginn des Ladens an das Signal zum Unterdrücken der Spannungsüberwachung zugeführt, wo­ durch das Steuern der Spannung der Sekundärbatterie 3 ausgesetzt wird.

Die Ladezeit oder der Vergrößerungs-/Verkleinerungs­ betrag für die Spannung der Sekundärbatterie 3 während der Ladezeit variieren in Abhängigkeit von der Kapazi­ tät oder dem Ladestrom der Sekundärbatterie 3. Deshalb wird dem ersten Haltespeicher 7 das Signal zum Spei­ chern des Spannungswertes in der Weise zugeführt, daß der Abtast-Zyklus der Spannung in Abhängigkeit von der Kapazität oder dem Ladestrom der Sekundärbatterie 3 auf eine zweite vorbestimmte Zeitspanne eingestellt wird.

Die Ladezeit der Sekundärbatterie 3 kann sich aus ver­ schiedenen Gründen über die korrekte Zeitspanne hinaus ausdehnen, wodurch die Batterie überladen wird. Deshalb wird der Ladesteuerschaltung 3 das Signal zur Lade­ steuerung in der Weise zugeführt, daß eine zwangsweise Steuerung des Ladevorgangs über eine dritte vorbestimm­ te Zeitspanne nach dem Ladebeginn erfolgt.

Die erste, die zweite und die dritte vorbestimmte Zeit­ spanne werden durch die Einstellschaltung 12 bestimmt. Die Einstellschaltung 12 kann leicht auf den Impuls­ oszillator 10 geschaltet werden, und der Einstellwert der Einstellschaltung 12 kann in Abhängigkeit von der Kapazität oder dem Ladestrom der Sekundärbatterie 3 leicht geändert werden. Folglich kann, falls das Lade­ gerät mit Ausnahme der Einstellschaltung 12 als Bauein­ heit ausgebildet ist, die Baueinheit gemeinsam für ver­ schiedene Arten von zu ladenden Ladegeräten mit unter­ schiedlichen Kapazitäten oder unterschiedlichen Lade­ strömen verwendet werden.

Im folgenden wird ein Ladegerät gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben.

Fig. 4 ist ein Schaltbild des Ladegerätes gemäß der dritten Ausführungsform, bei der eine Wechselstromquel­ le 21 zwischen die Stromquellenanschlüsse t1 und t2 geschaltet ist. Die Stromquellenanschlüsse t1 und t2 sind mit Wechselstrom-Eingangsanschlüssen einer Gleich­ richterbrücke D1 verbunden. Eine Diode D2 ist mit ihrer Anode mit einem positiven Gleichspannungs-Ausgangs­ anschluß der Gleichrichterbrücke D1 verbunden. Eine aus der Diode D2 und einem Glättungskondensator C1 beste­ hende Reihenschaltung ist zwischen den positiven Gleichspannungs-Ausgangsanschluß und den negativen Gleichspannungs-Ausgangsanschluß der Gleichrichter­ brücke D1 geschaltet. Eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R2, einem Transistor Q1 und einer Parallel­ schaltung, welche aus einer ersten Primärwicklung T1 eines Hochfrequenztransformators T und einem Kondensa­ tor C2 besteht, ist dem Glättungskondensator C1 paral­ lelgeschaltet. Eine Reihenschaltung aus einem Wider­ stand R7, einer zweiten Primärwicklung T2 des Transfor­ mators T und einer Parallelschaltung, welche durch einen Widerstand R3 und einen Kondensator C4 gebildet ist, ist der Glättungschaltung C1 parallelgeschaltet.

Der Transistor Q1 ist mit seiner Basis mit dem Verbin­ dungspunkt des Widerstandes R7 mit der zweiten Primär­ wicklung T2 sowie mit dem Kollektor eines Transistors Q2 verbunden. Der Transistor Q2 ist mit seinem Emitter mit dem negativen Gleichspannungs-Ausgangsanschluß der Gleichrichterbrücke D1 und mit seiner Basis über einen Widerstand R6 mit einem Ausgangsanschluß Tout einer Ladesteuerschaltung 22 verbunden.

Zwischen die beiden Anschlüsse einer Sekundärwicklung T3 des Hochfrequenztransformators T ist eine Reihen­ schaltung geschaltet, die aus der Diode D3 und einer zu ladenden Sekundärbatterie 23, etwa einer Nickel-Kad­ mium-Batterie, besteht, wobei die Diode D3 mit ihrer Anode an die Sekundärwicklung T3 angeschlossen ist. Der positive Anschluß der Sekundärbatterie 23 ist über einen Widerstand R5 mit einem Eingangsanschluß Vin der Ladesteuerschaltung 22 angeschlossen, wobei der nega­ tive Anschluß der Sekundärbatterie 23 mit einem Er­ dungs-Anschluß Gnd der Ladesteuerschaltung 22 verbunden ist.

Der positive Ausgangsanschluß der Gleichrichterbrücke D1 ist über einen Widerstand R1 mit einem Stromquellen­ anschluß Vcc der Ladesteuerschaltung 22 verbunden, und der negative Ausgangsanschluß der Gleichrichterbrücke D1 ist über eine Parallelschaltung aus einem Wider­ stand R4 und einem Kondensator C5 mit dem Erdungs- Anschluß Gnd verbunden. Eine aus einem Kondensator C3 und einer Zenerdiode ZD bestehende Parallelschaltung ist zwischen den Stromquellenanschluß Vcc und den Erdungs-Anschluß Gnd geschaltet. Der Kondensator C3 und die Zenerdiode ZD führen dem Stromquellenanschluß Vcc der Ladesteuerschaltung 22 eine konstante Spannung zu.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieses Ladegerätes erläutert. Wenn die Wechselspannung der Wechselstrom­ quelle 21 durch die Gleichrichterbrücke D1 gleich­ gerichtet wird, wird der Glättungskondensator C1 durch diese Gleichspannung geladen, und an den Stromquellen­ anschluß Vcc der Ladesteuerschaltung 22 wird eine Span­ nung angelegt. Aufgrund der Spannung des Glättungskon­ densators C1 fließt Strom über den Widerstand R7 zu der zweiten Primärwicklung T2, so daß der Kondensator C4 geladen und die Spannung an der Basis des Transistors Q1 erhöht wird. Wenn die Basis-Spannung einen vorbe­ stimmten Wert erreicht, wird der Transistor Q1 in den ON-Zustand geschaltet, wodurch Strom in die erste Pri­ märwicklung T1 und den Widerstand R2 fließt und folg­ lich eine Spannung an der zweiten Primärwicklung T2 erzeugt wird. Der Basis-Strom des Transistors Q1 wird aufgrund der an der zweiten Primärwicklung T2 aufge­ bauten Spannung weiter erhöht. Folglich steigt, wenn an der zweiten Sekundärwicklung T2 keine Spannung erzeugt wird, die Spannung des in der ersten Primärwicklung T1 fließenden Stroms derart an, daß der Kern des Trans­ formators gesättigt wird. Somit nimmt der Basis-Strom des Transistors Q1 ab, so daß der in der ersten Primär­ wicklung T1 fließende Strom reduziert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird in der zweiten Primärwicklung T2 eine Spannung in einer derartigen Richtung erzeugt, daß zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q1 eine Inversionsspannung angelegt wird, wodurch der Transistor Q1 plötzlich gesperrt wird. Wenn der Tran­ sistor Q1 auf die erläuterte Weise wiederholt ein- und ausgeschaltet wurde, fließt der Strom intermittierend in der ersten Primärwicklung T1, wobei eine Wechsel­ spannung an der Sekundärwicklung T3 induziert wird. Die Wechselspannung wird durch die Diode D3 gleichgerich­ tet, und die Sekundärbatterie 23 wird durch die resul­ tierende Gleichspannung geladen. Die Anschlußspannung der Sekundärbatterie 23 wird dem Eingangsanschluß Vin der Ladesteuerschaltung 22 zugeführt, welche die An­ schlußspannung der Sekundärbatterie 23 ermittelt. Wenn die Anschlußspannung der Sekundärbatterie 23 beim Laden der Batterie abnimmt, d. h. die Batterie voll geladen ist, wird über den Ausgangsanschluß Tout ein Lade­ beendigungssignal mit einem Pegel H ausgegeben. Darauf­ hin wird der Transistor Q2 eingeschaltet, so daß die Basis des Transistors Q1 und der Anschluß des Konden­ sators C4 mit dem negativen Gleichspannungs-Ausgangs­ anschluß der Gleichrichterbrücke D1 verbunden werden. Folglich wird das Ein- und Ausschalten des Transistors Q1 gestoppt und in der Sekundärwicklung T3 keine Span­ nung mehr induziert, wodurch der der Sekundärbatterie 23 zugeführte Ladestrom unterbrochen wird. Somit ist der Ladevorgang abgeschlossen.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 4 gezeigten Ladesteuerschaltung 22. Die Anschlußspannung der Sekun­ därbatterie 23, die an den Eingangsanschluß Vin gelegt ist, wird einem Spannungs-/Frequenz-Wandler 22a zuge­ führt, der die Spannung in Impulse umwandelt, deren Frequenz der Spannung entspricht. Die so umgewandelten Impulse werden einer ersten Gatterschaltung 22b zuge­ führt. Da die Gatterschaltung 22b ein Gate-Signal von einer Zeitgeberschaltung 22c erhält, öffnet die Gatter­ schaltung 22b ihren Gate-Anschluß für eine Zeitspanne T₂ mit einer Periodendauer T₁, wie das Schaubild von Fig. 7 zeigt. Die Zeitspanne T₂ sollte lang genug sein, um ein zuverlässiges Ermitteln der Anschlußspannung der Sekundärbatterie 23 zu gewährleisten. Beispielsweise wird beim einstündigen Schnelladen der Sekundärbatterie 23 die Zeitspanne T₂ auf 5 bis 10 Sekunden eingestellt. Die von der Gatterschaltung 22b ausgegebenen Impulse werden einem Zähler 22d zugeführt, der die Anzahl der zugeführten Impulse zählt. Der Zählwert des Zählers 22d wird einem Komparator 22e und einer zweiten Gatter­ schaltung 22f zugeführt. Ein Register 22g übernimmt den der Gatterschaltung 22f zugeführten Zählwert und spei­ chert jeweils den maximalen Zählwert. Der Inhalt des Registers 22g wird dem Komparator 22e zugeführt. Wenn der von dem Zähler 22d ausgegebene Zählwert größer ist als der Wert in dem Register 22g, gibt der Komparator 22e ein erstes Signal an einen ersten, zum Vergleich vorgesehenen Zähler 22h und an eine zweite Rückstell­ schaltung 22i aus. Wenn der von dem Zähler 22d ausgege­ bene Zählwert kleiner ist als der Wert in dem Register 22g, erzeugt der Komparator 22e ein zweites Signal und gibt dieses an eine erste Rückstellschaltung 22j und einen zweiten, zum Vergleich vorgesehenen Zähler 22k aus. Ein von der Rückstellschaltung 22j ausgegebenes Rückstellsignal wird einem Rückstellanschluß des zum Vergleichen vorgesehenen Zählers 22h zugeführt. Der Vergleichs-Zähler 22h erzeugt, wenn der Zählwert einen vorbestimmten Wert erreicht, ein Ausgangssignal als Gate-Signal für die Gatterschaltung 22f nach Art eines voreingestellten Zählers. Der von der Gatterschaltung 22f ausgegebene Zählwert des Zählers 22d wird in das Register 22g eingegeben und in diesem gespeichert. Ein von der Rückstellschaltung 22i ausgegebenes Rückstell­ signal wird dem Vergleichs-Zähler 22k zugeführt. Der Zähler 22k erzeugt, wenn der Zählwert einen vorbestimm­ ten Wert erreicht, ein Ausgangssignal als Gate-Signal für eine Ausgangssteuerung 22m nach Art eines vorein­ gestellten Zählers. Das Ladebeendigungssignal von der Ausgangssteuerung 22m wird an den Ausgangsanschluß Tout angelegt.

Die Spannung einer Gleichstromquelle wird angelegt an den Stromquellenanschluß Vcc, eine Löschschaltung 22n, die den Zähler 22d, das Register 22g, und die Ver­ gleichs-Zähler 22h, 22k löscht, und an eine Start-Schal­ tung 22g. Das Ausgangssignal von der Start-Schaltung 22g wird einem Startzeitgeber 22r und einem Stoppzeit­ geber 22s zugeführt. Ein Begrenzungsausgangssignal des Startzeitgebers 22r wird dem Spannungs-/Frequenz-Wand­ ler 22a und ein Begrenzungsausgangssignal des Stopp­ zeitgebers 22s wird der Ausgangssteuerung 22m zuge­ führt. Das Ausgangssignal der Löschschaltung 22n wird ausgegeben an den Zähler 22d, das Register 22g, die Vergleichs-Zähler 22h, 22k, die Ausgangssteuerung 22m, den Startzeitgeber 22r und den Stoppzeitgeber 22s.

Im folgenden wird im Zusammenhang mit Fig. 6 und 7 die Arbeitsweise der Ladesteuerschaltung 22 erläutert.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird, wenn die Wechsel­ spannung der Wechselstromquelle 21 zwischen die Strom­ quellenanschlüsse t1 und t2 angelegt wird, während die zu ladende Sekundärbatterie 23 mit dem Ladegerät ver­ bunden ist, die Gleichspannung, d. h. die Ausgangsspan­ nung der Gleichrichterbrücke D1, dem Stromquellen­ anschluß Vcc der Ladesteuerschaltung 22 zugeführt, und die Anschlußspannung der Sekundärbatterie 23 wird an den Eingangsanschluß Vin gelegt. Somit ist das Lade­ gerät bereit zum Laden der Sekundärbatterie 23.

Wenn gemäß Fig. 5 die Gleichspannung dem Stromquellen­ anschluß Vcc der Ladesteuerschaltung 22 zugeführt wird, gibt die Löschschaltung 22n das Lösch-Signal an den Zähler 22d, das Register 22g, die Vergleichs-Zähler 22h, 22k, die Ausgangssteuerung 22m, den Startzeitgeber 22r und den Stoppzeitgeber 22s. Folglich erzeugt die Startschaltung 22g ein Ausgangssignal zum Betätigen des Startzeitgebers 22r und des Stoppzeitgebers 22s. Somit gibt die Startschaltung 22g ein Ausgangssignal zum Be­ tätigen des Startzeitgebers 22r und des Stoppzeitgebers 22s ab. Der Startzeitgeber 22r gibt, während er nur über einen sehr kurzen Zeitraum zählt, ein Ausgangs­ signal an den Spannungs-/Frequenz-Wandler 22a ab, wodurch der Wandlungsvorgang zeitweilig gestoppt wird. Dies geschieht, um zu verhindern, daß der Ladevorgang im Anfangsstadium unterbrochen wird, wenn sich die Sekundärbatterie 23 im inaktiven Zustand befindet.

Wenn die Sekundärbatterie 23 geladen wird, steigt die Anschlußspannung gemäß der Kurve V in Fig. 6 an. Dabei setzt der Stoppzeitgeber 22s seinen Zählvorgang fort, bevor die korrekte Ladezeit für die Sekundärbatterie 23 verstreicht.

Wenn der Startzeitgeber 22s den Zählvorgang abschließt und sein Ausgangssignal verschwindet, beginnt der Span­ nungs-/Frequenz-Wandler 22a die Spannung in eine Fre­ quenz umzusetzen und gibt Impulse, deren Frequenz der Eingabespannung entspricht, an die Gatter-Schaltung 22b aus.

Als Antwort auf das Gate-Signal der Zeitgebungsschal­ tung 22c öffnet die Gatter-Schaltung 22b für die Zeit­ spanne T₂ mit der Periodendauer T₁, wie Fig. 7 zeigt. Die Impulse innerhalb der Zeitspanne T₂ werden von dem Zähler 22d gezählt. Der Zählwert des Zählers 22d wird der Gatterschaltung 22f und dem Komparator 22e zuge­ führt. Der Komparator 22e vergleicht den im Register 22g gespeicherten maximalen Zählwert (Der Anfangswert ist 0) mit dem Zählwert des Zählers 22d. Bei jedem Vergleich wird, falls der Zählwert des Zählers 22d nicht kleiner ist als der maximale Zählwert des Regi­ sters 22g, das erste Signal von dem Komparator 22e in den Vergleichs-Zähler 22h eingegeben. Der Zähler 22h gibt ein Ausgangssignal an die Gatterschaltung 22f aus, wenn der Komparator 22e das erste Signal aufeinander­ folgend in einer vorbestimmten Häufigkeit ausgibt. Folglich öffnet die Gatterschaltung 22f, und der Zähl­ wert des Zählers 22d wird dem Register 22g zugeführt, so daß der maximale Zählwert des Registers 22g auf­ datiert wird. Dies bedeutet, daß der Anstieg der An­ schlußspannung der Sekundärbatterie 3 zu dem Zeitpunkt X₁ in Fig. 6 ermittelt wird. Dann wird der aufdatierte maximale Zählwert dem Komparator 22e zugeführt, in wel­ chem der Zählwert des Zählers 22d mit dem maximalen Zählwert verglichen wird. Wenn sich die Anschluß-Span­ nung V der Sekundärbatterie 23 im Anstieg befindet, wird der maximale Zählwert des Registers 22g wieder aufdatiert.

Der erläuterte Ablauf wird während der Ladezeit der Sekundärbatterie 23 so fortgesetzt, daß er dem Anstieg der Anschluß-Spannung der Sekundärbatterie 23 folgt.

Der Komparator 22e gibt das zweite Signal an die Rück­ stellschaltung 22j aus, um den Zählwert des Vergleichs- Zählers 22h in dem Fall rückzustellen, daß die Spannung der Wechselstromquelle 21 während der Ladezeit aufgrund von Rauschen etc. plötzlich abnimmt. Folglich wird der Zählwert des Zählers 22d in diesem Fall nicht größer als der maximale Zählwert. Deshalb wird bei einer anor­ malen Änderung der Anschluß-Spannung der Sekundärbat­ terie 23 der maximale Zählwert niemals aufdatiert, und die Anschluß-Spannung der Sekundärbatterie 23 wird korrekt ermittelt, ohne daß Einflüsse von Rauschen oder dgl. die Ermittlung beeinträchtigen.

Wenn die Sekundärbatterie 23 voll geladen ist, fällt die Anschluß-Spannung V gemäß Fig. 6 ab, und somit wird der Zählwert des Zählers 22d reduziert. Wenn der Kom­ parator 22e durch Vergleich zwischen dem Zählwert des Zählers 22d und dem maximalen Zählwert feststellt, daß der Zählwert des Zählers 22d kleiner ist als der maxi­ male Zählwert, gibt der Komparator 22e das zweite Sig­ nal an den Vergleichs-Zähler 22k ab.

Dementsprechend erfolgt keine Aufdatierung des maxi­ malen Zählwertes des Registers 22g. Wenn der Komparator 22e das zweite Signal mit einer vorbestimmten Häufig­ keit an den Vergleichs-Zähler 22k abgegeben hat, z. B. 2- bis 5mal nacheinander, gibt der Vergleichs-Zähler 22k ein Ausgangssignal an die Ausgangssteuerung 22m. Wenn der dem Komparator 22e zugeführte Zählwert aufgrund einer anormalen Änderung der Anschluß-Spannung der Sekundärbatterie 23 für einen Moment den maximalen Zählwert überschreitet, erhält die Rückstellschaltung 22i das erste Signal, und der Vergleichs-Zähler 22k wird rückgestellt. Somit erzeugt der Vergleichs-Zähler 22k nur dann ein Ausgangssignal, wenn ihm von dem Kom­ parator 22e das zweite Signal nacheinander mit einer vorbestimmten Häufigkeit zugeführt worden ist, nachdem die Anschluß-Spannung der Sekundärbatterie 23 den maxi­ malen Punkt erreicht hat (Punkt P in Fig. 6). Es wird verhindert, daß der Zähler 22k aufgrund einer anormalen Änderung der Anschluß-Spannung der Sekundärbatterie 23 ein fehlerhaftes Ausgangssignal erzeugt.

Wenn das Ausgangssignal des Vergleichs-Zählers 22k der Ausgangssteuerung 22m zugeführt wird, gibt dieser das Ladebeendigungssignal an den Ausgangsanschluß Tout. Wie bereits erwähnt, wird das Ladebeendigungssignal an die Basis des Transistors Q2 angelegt (vergleiche Fig. 4), wodurch der Eingangsstrom des Hochfrequenztransforma­ tors T unterbrochen wird. Somit wird das Laden der Sekundärbatterie 23 zum Zeitpunkt S gemäß Fig. 6 be­ endet.

Falls sich die Ladezeit für die Sekundärbatterie 23 aus irgendeinem Grund über die korrekte Zeitspanne hinaus ausdehnt, unterbricht der Stoppzeitgeber 22s den Zähl­ vorgang und gibt das Begrenzungs-Ausgangssignal an die Ausgangssteuerung 22m. Somit gibt die Ausgangssteuerung 22m auch in diesem Fall das Ladebeendigungssignal an den Ausgangsanschluß Tout, wodurch der Ladevorgang be­ endet und ein Überladen der Sekundärbatterie 23 ver­ hindert wird.

Bei dem beschriebenen Ladegerät wird die Anschluß-Span­ nung der Sekundärbatterie in Impulse umgewandelt, deren Frequenz der Spannung entspricht. Die umgewandelten Impulse werden periodisch gezählt, und der Zählwert wird mit dem maximalen Zählwert verglichen. Auf diese Weise läßt sich der Ladezustand der Sekundärbatterie korrekt ermitteln, und der Zeitpunkt zur Beendigung des Ladevorgangs wird zuverlässig errechnet. Für das Umwan­ deln, Zählen und Vergleichen kann eine IC-Schaltung verwendet werden, so daß die Ladesteuerschaltung klein­ formatig ausgebildet werden kann. Auch falls die An­ schluß-Spannung der Sekundärbatterie aufgrund von Rau­ schen kurzzeitig verändert wird, wird durch den in den Zählern erfolgenden Vergleich verhindert, daß der Zeit­ punkt zum Beenden des Ladevorgangs fehlerhaft ermittelt wird.

Claims (6)

1. Spannungsermittlungsvorrichtung zum repetierenden Abtasten der sich zeitlich ändernden Spannung einer Sekundärbatterie, mit
einem Spannungs-/Frequenz-Wandler (4), der die Span­ nung der Sekundärbatterie (3) in Impulse umwandelt, deren Frequenz der Spannung entspricht, und
einem Zähler (5), der die Impulse mit einer vorbe­ stimmten Periodendauer zählt.

2. Spannungsermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählphase des Zählers (5) länger ist als eine Halbwelle des zum Laden der Sekundärbatterie (3) verwendeten Netz-Wechselstroms.

3. Ladegerät, bei dem die Spannung einer Sekundärbat­ terie ermittelt wird und der Ladestrom für die Sekun­ därbatterie auf der Basis der Batteriespannungsänderung gesteuert wird, mit einer Ermittlungsvorrichtung zum repetierenden Abtasten der Spannung der Sekundärbat­ terie, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ermittlungsvorrichtung aufweist: einen Span­ nungs-/Frequenz-Wandler (4), der die Spannung der Se­ kundärbatterie (3) in Impulse umwandelt, deren Frequenz der Spannung entspricht, und einen Zähler (5), der die Impulse in vorbestimmten Zyklen zählt, und
daß eine Steuereinrichtung (2) vorgesehen ist, die den Ladestrom der Sekundärbatterie (3) auf der Basis des Zählwertes des Zählers (5) steuert.

4. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählphase des Zählers (5) länger ist als eine Halbwelle des zum Laden der Sekundärbatterie (3) ver­ wendeten Netz-Wechselstroms.

5. Ladegerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (2) versehen ist mit einer Ermittlungseinrichtung (22e), die den Zähl­ wert des Zählers (5) in vorbestimmten Perioden ermit­ telt und bei abnehmendem Zählwert ein Ausgangssignal abgibt, und mit einer Stoppeinrichtung (22s), die nach Auftreten des Signals der Ermittlungseinrichtung das Laden der Sekundärbatterie (3) stoppt.

6. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine erste Signalerzeugungseinrichtung (22r) für eine erste vorbestimmte Zeitspanne nach dem Beginn des Ladens der Sekundärbatterie (3) ein Unterdrückungs­ signal erzeugt, das den von dem Zähler (5) durchge­ führten Zählvorgang unterdrückt; und
eine zweite Signalerzeugungseinrichtung zu einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Beginn des Ladens der Sekundärbatterie (3) unabhängig von dem Zählwert des Zählers (5) ein Steuersignal erzeugt, das die von der Steuereinrichtung (2) durchgeführte Steu­ erung des Ladens der Sekundärbatterie (3) initiiert.