DE4231732C2 - Verfahren zum Laden einer mehrzelligen Batterie - Google Patents
Verfahren zum Laden einer mehrzelligen BatterieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer mehrzelligen
Batterie unter Verwendung eines Batterieladegerätes und einer eine
potentialfreie Nachladeeinrichtung enthaltenden microcontroller
gesteuerten Einrichtung zur Analyse des Ladezustandes einer aus
mehreren Zellen oder Teilbatterien bestehenden Gesamtbatterie mit
Schaltvorrichtungen zum Anschalten wenigstens einer Zelle oder
Teilbatterie an wenigstens eine mit einem Diagnoseschaltkreis
verbundene Doppelleitung, wobei ein System von mehreren
Doppelleitungen entsprechend einem Bruchteil der Gesamtzahl der
Batteriezellen oder Teilbatterien der Gesamtbatterie vorgesehen ist,
wobei als Schaltvorrichtungen mehrpolige Relais mit der Anzahl an
Doppelleitungen entsprechender Anzahl an Schaltkontakten vorgesehen
sind, von denen jeder an eine Leitung einer eigenen Doppelleitung
angeschlossen ist, wobei die Schaltkontakte aller mehrpoligen Relais
einerseits mit den Knotenpunkten der Batteriezellen oder Teilbatterien
und andererseits mit den Doppelleitungen so verbunden sind, daß in
der Reihenschaltung der Batteriezellen oder Teilbatterien benachbarte
Knotenpunkte abwechselnd an die eine und die andere Leitung der eigenen
Doppelleitung angeschlossen sind, wobei jede Doppelleitung an ein aus
wenigstens einem Widerstand und einem Kondensator bestehendes
RC-Filter angeschlossen ist oder anschaltbar ist, dessen Kondensator
über ein zweipoliges Schaltglied an den Eingang einer
Spannungsmeßeinrichtung schaltbar ist, nachdem zuvor die über zwei
der mehrpoligen Relais an das RC-Filter angeschalteten, der zu
messenden Batteriezelle oder Teilbatterie zugehörigen Knotenpunkte
wieder von dem RC-Filter abgeschaltet worden sind, nach Patent
41 32 229.
Bei der Ladung und Entladung von mehrzelligen, in Serie geschalteten
Batterien weisen die Klemmenspannungen der einzelnen Zellen oder
Teilbatterien infolge von unvermeidlichen unterschiedlichen
konstruktiven, chemischen und elektrischen Parametern der einzelnen
Zellen unterschiedliche Klemmenspannungen auf.
Bei der Anwendung
herkömmlicher Ladegeräte, die zur Steuerung des Ladevorganges nach
bekannten Ladekennlinien (UI-, W- usw.) lediglich die
Klemmenspannungen einer großen Zahl der in Reihe geschalteten Zellen
heranziehen, kommt es daher im Laufe der Zeit zu einer unerkannten,
zunehmend unterschiedlichen Aufladung der Zellen. Dies kann so weit
gehen, daß einzelne Zellen umgepolt werden. Besonders problematisch
sind hierbei hermetisch geschlossene Zellen, da diese zum Erhalt des
Elektrolyten die genaue Einhaltung einer maximalen Ladespannung
erfordern /14/.
Weiter ist es bei Ausfall einer Batterie schwierig und zeitaufwendig,
die defekte Batterie aufzufinden. Ebenso ist eine Klärung der
Ausfallursache nicht elementar möglich.
Ein zusätzliches Problem tritt auf, wenn einzelne Zellen durch neue,
mit eventuell im Verhältnis zu den verbliebenen Zellen stark
abweichenden Parametern, ausgetauscht werden. Dieser Effekt tritt
bekannterweise bei Pb-Gel-Zellen auf, deren Anfangskapazität nur etwa
70% des Endwertes beträgt, und die diese Endkapazität erst nach 20
bis 50 Zyklen erreichen. Diese Zellen können mit herkömmlichen
Ladegeräten nicht angemessen geladen werden, so daß der Hersteller
gezwungen ist, sogenannte vorzyklierte Zellen oder Teilbatterien
bereitzustellen.
Die Erfindung berührt zwei Problemkreise, nämlich die Messung,
Diagnose oder Analyse von Batterien, insbesondere die Ermittlung der
momentanen Kapazität und die gezielte Nachladung ausgewählter Zellen
oder Teilbatterien.
Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt, die aus dem
Klemmenverhalten der gesamten Batterie auf den Ladezustand schließen
/1/, /2/, /3/.
In /4/ ist eine Anordnung beschrieben, die sich auf die
Kapazitätsmessung einer aus in Reihe geschalteten Einzelelementen
bestehenden Batterie bezieht. Dabei wird die gesamte Batterie mit
einem Entladewiderstand belastet. Mittels eines Sequenzers werden
dann zyklisch alle Elemente adressiert, und es werden die
Klemmenspannungen aller Elemente nacheinander einem Komparator
zugeführt. Außerdem wird die Entladezeit überwacht. Bei
Unterschreitung eines Schwellwertes der Klemmenspannung eines
Elements wird der zyklische Meßvorgang unterbrochen.
Bezugspotential für die Messung jeder Zellenspannung ist
Massepotential, so daß die Genauigkeit bei diesem Verfahren mit
steigender Elementeanzahl stark abnimmt. Weiterhin ist eine
quantitative Angabe der Kapazität unmöglich - lediglich ein Schwellwert
wird überwacht. Eine Nachladung einzelner Zellen während der
Gesamtladung ist mit dieser Anordnung nicht möglich.
Bei der Schaltung nach /5/ wird der Verdrahtungsaufwand bei der
Messung einer Vielzahl von Einzelelementen dadurch verringert, daß
jede Zelle oder Gruppe von Zellen mit einer Meßschaltung verbunden
ist, die über eine gemeinsame Steuerleitung und/oder Meßleitung
ausgelöst wird, wobei diese Werte nacheinander über eine gemeinsame
Meßleitung einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung zugeführt werden.
Das in /6/ beschriebene Batterieladesystem enthält einen
Mikroprozessor und einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung und
Weiterverarbeitung der elektrischen Signale, um daraus
Ausgangssignale zu gewinnen, die zur Ladungssteuerung und Anzeige
verwendet werden können.
Die rechnergesteuerte Anordnung nach /7/ dient zum Laden einer
Vielzahl von Batterien, die verschiedenen Typs sein können und
elektrisch nicht in Reihe geschaltet sind. Es wird zunächst der Typ
und die Anfangsladung jeder Batterie bestimmt, und es werden dann
die Batterien nacheinander in umgekehrter Reihenfolge ihrer
Anfangsladung geladen.
Die Anwendungen /8/ bis /13/ stellen zum Teil sehr aufwendige
Lösungen dar, gehen aber sämtlich von der Klemmenspannung der
Gesamtbatterie aus.
In /15/ wird ein Ladeverfahren angegeben, das mit Hilfe eines
Mikroprozessors die Ladung und Messung mehrerer Batterien gestattet.
Ferner sind noch bekannt:
- - Automatisch gesteuertes Mikroprozessor-Batterieprüfgerät BAT-CAT der Firma ANPICO. Dieses Gerät dient ausschließlich zur Batteriediagnose. Hierbei werden die Zellenspannungen über eine Vielzahl von Analogeingängen (Meßeinschüben) mit hoher Auflösung (12 Bit) eingelesen.
- - Batterielade- und Controllsystem (BL + CS) der Firma "Hildebrand Industrie Electronic" in Dietlikon (CH). Bei diesem Gerät werden die einzelnen Zellen oder Teilbatterien über zweipolige Relais mit einem prozessorgesteuerten Meß- und Ladegerät verbunden, wobei je Zelle ein Relais vorhanden ist.
Es ist eine Batterie-Prüfvorrichtung bekannt (WO 91/17451), bei
welcher die Verbindungen der in Reihe geschalteten einzelnen Zellen
an Monitor-Moduln angeschlossen sind, wobei die Monitor-Moduln, von
denen je eines für eine Gruppe von 1 bis m Zellen vorhanden ist,
über Datenbusse mit einer Steuereinheit verbunden sind. Außerdem ist
eine Spannungs- bzw. Strommeßvorrichtung vorhanden. Diese
Vorrichtung steht zwar mit den einzelnen Zellen der Batterie in
Verbindung, jedoch dient sie ausschließlich zum Testen der Batterie
und nicht zum Laden der Batterie.
Es ist ferner eine Vorrichtung zum Testen einer Batterie bekannt
(EP 0 067 589 A1), bei welcher eine dynamische
Spannungs-Strom-Charakteristik ermittelt und mit einer vorbestimmten
verglichen wird, welche Batterien des zu untersuchenden Typs
repräsentiert. Diese Vorrichtung ist lediglich an die Gesamtbatterie
angeschlossen, und sie dient ebenfalls nicht zum Laden einer Batterie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Laden
einer mehrzelligen Batterie der oben genannten Art zu schaffen, mit
dem die Überladung einzelner Zellen der Batterie mit Sicherheit
vermieden werden kann, so daß die Batterie insgesamt geschont wird
und somit deren Lebensdauer verlängert wird.
Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 erreicht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem
Unteranspruch.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch den schaltungsmäßigen Aufbau einer Einrichtung
nach dem Hauptpatent,
Fig. 2 eine genauere Darstellung der Zusammenschaltung der
einzelnen Komponenten der Schaltung nach Fig. 1 und
Fig. 3 ein spezielles Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Einrichtung nach Fig. 1 enthält einen Microcontroller 7 mit binären
Ein/Ausgängen und analogen Eingängen, ein erstes Selektionsnetzwerk
2, mit welchem alle zu betrachtenden Knotenpunkte der in Reihe
geschalteten Einzelzellen oder Teilbatterien einer Batterie 1 mit einem
System von Doppelleitungen 3 schaltbar verbunden werden können. Jede
der Leitungen des Systems von Doppelleitungen 3 ist mit je einem
Eingang eines Überwachungsnetzwerkes 6 verbunden, dessen Ausgang
mit einem Analogeingang des Microcontrollers 7 verbunden ist. Das
System von Doppelleitungen 3 ist ferner mit einem zweiten
Selektionsnetzwerk 5 verbunden, in welchem eine der Doppelleitungen 3
mit einer potentialfreien Nachladeeinrichtung 4 schaltbar verbunden
werden kann, und in welchem das System von Doppelleitungen mit
einem zweiten Selektionsnetzwerk 5 zusammengeschaltet werden kann,
das mindestens zwei Ausgangsleitungen besitzt, die mit den Eingängen
einer aus mindestens einem RC-Filter bestehenden Filterbaugruppe 8
verbunden sind. In einem dritten Selektionsnetzwerk 9 kann eines der
RC-Filter der Filtergruppe 8 mit dem Eingang einer
Spannungsmeßeinrichtung 10 zusammengeschaltet sein, deren Ausgang
mit einem Analogeingang des Microcontrollers 7 verbunden ist.
Die Lade- und Entlade- und ggf. Rekuperationsströme werden mittels
einer Stromerfassung 11, die je einen Meßshunt für den Ladestrom und
den Entlade-/Rekuperationsstrom enthält, einer Strommeßeinrichtung 12
zugeführt, deren Ausgänge mit den Analogeingängen des
Microcontrollers verbunden sind. Die Meßshunts sind je mit einer
Klemme mit dem Minuspol der Batterie 1 und einem gemeinsamen
Meßeingang (Nullpunkt) der Meßeinrichtung 12 verbunden. Die
Strommeßeinrichtung 12 enthält für die Messung des Entlade-
/Rekuperationsstromes einen invertierenden Operationsverstärker,
dessen negative Versorgungsspannung mit dem Nullpunkt der
Meßeingänge bzw. dem Minuspol der Batterie 1 verbunden ist und
dessen beide Eingänge mit dem Shunt 11 galvanisch verbunden sind.
Die Ausgänge beider Verstärker sind mit je einem Analogeingang des
Microcontrollers 7 verbunden.
Eine Präzisierung der Art und Weise der Zusammenschaltung der
einzelnen Komponenten erfolgt anhand der Fig. 2. Die n zu messenden
oder nachzuladenden Zellen oder Teilbatterien 1.1 bis 1.n können mit
Hilfe eines aus m untereinander gleichartigen, mehrpoligen Relais 2.1
bis 2.m mit geradzahliger Anzahl I von Arbeitskontakten bestehenden
ersten Selektionsnetzwerkes 2 dergestalt mit einem in seiner Anzahl mit
der Kontaktanzahl der Relais 2 übereinstimmenden System von
Doppelleitungen 3.1 bis 3.I schaltbar verbunden werden, daß je eine
Doppelleitung 3 einem Bereich aufeinanderfolgender Zellen oder
Teilbatterien zugeordnet ist, wobei aufeinanderfolgende
Batterieknotenpunkte von in ihren Ordnungsnummern
aufeinanderfolgenden Relais 2 abwechselnd mit je einer der beiden
Leitungen der dem jeweiligen Batteriebereich zugeordneten
Doppelleitungen zusammengeschaltet werden können.
Die Potentiale aller Doppelleitungen 3 werden in einer aus einem
Diodennetzwerk mit gemeinsamer Kathode und einem Spannungsteiler
bestehenden Überwachungsnetzwerk 6 zu einem Leitungszustandssignal
verdichtet, mit dessen Hilfe der Microcontroller das höchste Potential
innerhalb sämtlicher Leitungen der Doppelleitungen 3 erkennen und
verarbeiten kann.
Im zweiten Selektionsnetzwerk 5 kann jeweils eine der Doppelleitungen
3 mit einer potentialfreien Energiequelle zur Nachladung derart
schaltbar verbunden werden, daß die mit Hilfe zweier benachbarter
Relais 2 angesprochene Zelle oder Teilbatterie 1.x polrichtig mit der
Nachladeeinrichtung 4 verbunden ist. Die Energieversorgung für
die Nachladeeinrichtung 4 kann aus einer externen Quelle oder
vorzugsweise mit Hilfe eines DC-DC-Wandlers mit Potentialtrennung aus
der Batterie 1 erfolgen.
Das zweite Selektionsnetzwerk 5 ist außerdem mit einer aus mindestens
einem und höchstens aus einer der Anzahl der Doppelleitungen 3
entsprechenden Anzahl von RC-Gliedern 8 verbunden, so daß jeweils
mindestens ein Kondensator mit mindestens einer der im zweiten
Selektionsnetzwerk 5 ausgewählten Doppelleitungen zusammengeschaltet
werden kann. In einem Schaltwerk 9 wird jeweils einer der
Kondensatoren ausgewählt und einer für die Verarbeitung von
Eingangsspannungen beider Polarität ausgestatteten
Spannungsmeßeinrichtung 10 zugeführt, in welcher eine im Schaltwerk
9 ausgewählte Kondensatorspannung für die Messung durch den
Mikrorechner aufbereitet wird.
Bei Anwendung der beschriebenen Anordnung beträgt die Anzahl der
notwendigen Relais im ersten Selektionsnetzwerk lediglich n DIVK + 1,
wenn n die Zellen- oder Teilbatterieanzahl ist und K die Kontaktzahl
der Relais 2 angibt. Weiterhin werden die gleichen Relais 2 sowohl für
die Messung, als auch für die Nachladung verwendet.
In Fig. 3 ist die Schaltungsanordnung eines speziellen
Ausführungsbeispiels dargestellt, das für die Analyse und die
Nachladung von maximal 40 Zellen oder Teilbatterien vorgesehen ist.
Wenn k Eingangsklemmen des aus Relais mit je vier Arbeitskontakten
bestehenden Selektionsnetzwerkes 2 in der dargestellten Weise
fortlaufend durchnumeriert werden und n die Anzahl der tatsächlich
vorhandenen Zellen oder Teilbatterien angibt, so ist die
Anschlußzuordnung zwischen der i-ten Minuspolklemme einer Zelle oder
Teilbatterie und der j-ten Eingangsklemme des ersten
Selektionsnetzwerkes 2 durch die Beziehung
i = 1 + (((j-1)MOD4) * d) + ((j-1)DIV4) (1)
gegeben, wobei für d gilt:
d = (n + 3)DIV4 (2).
Die Anzahl der mindestens benötigten Relais beträgt d + 1. Der
Batterieklemmenindex i = n + 1 gehört zur negativen Klemme der nicht
vorhandenen n + ersten Zelle oder Teilbatterie und bezeichnet die
positive Klemme der n-ten Zelle oder Teilbatterie.
Das zweite Selektionsnetzwerk 5 besteht aus zwei vierpoligen Relais 5.1
und 5.2, die so geschaltet sind, daß aus den vier Doppelleitungen 3.1
bis 3.4 zwei ausgewählt werden können. Die Relais 5.3 bis 5.5
gestatten die polrichtige Anschaltung der Nachladeeinrichtung 4 an
eine der mit den Relais 5.1 oder 5.2 ausgewählten Doppelleitungen.
Die Filterbaugruppe 8 enthält für jede dieser zwei Doppelleitungen ein
RC-Filter mit untereinander gleichen Widerständen 8.1 und den
Kondensatoren 8.2. Das dritte Selektionsnetzwerk 9 besteht lediglich
aus einem Relais mit zwei Wechselkontakten. Die
Spannungsmeßvorrichtung 10 enthält zwei gleiche
Strombegrenzungswiderstände 13, vier Begrenzungsdioden 15 mit kleinem
Leckstrom, zwei Symmetrierwiderstände 14, einen Filterkondensator 19,
einen Operationsverstärker 18, einen Rückkopplungswiderstand 16 und
einen Erdungswiderstand 17. Einer der in Reihe geschalteten
Symmetrierwiderstände 14 ist mit einer für die Funktion des ADC
erforderlichen, hier jedoch nicht näher betrachteten Referenzspannung
Uref verbunden, und es ist die Ausgangsspannung Uc mit einem
Analogeingang des Microcontrollers 7 verbunden.
Die Gesamtfunktion der Einrichtung kann entsprechend der weiter oben
angegebenen Zielstellung in die folgenden Komponenten gegliedert
werden:
- 1. Zyklisch fortwährende Analyse des Ladezustandes der einzelnen Zellen- oder Teilbatterien,
- 2. bedarfsgerechtes Nachladen einzelner Zellen oder Teilbatterien,
- 3. Schutz- und Überwachungsfunktionen mit Strommessung,
- 4. Bedienung und Anzeige/Ausgabe von wählbaren Analyseergebnissen.
Für die vorliegende Erfindung sind dabei zwei Grundoperationen von
besonderem Interesse. Diese werden im folgenden beschrieben:
- - Messung der Klemmenspannung der selektierten Zelle oder Teilbatterie,
- - Nachladung einer ausgewählten Zelle.
Voraussetzung für beide Operationen ist die beschriebene Einrichtung
zur Selektion einer Zelle oder Teilbatterie.
Zunächst sind alle Relais entregt. Dann wird Relais 9 durch den
Microcontroller so angesteuert, daß der für die anschließende
Spannungsmessung nicht interessierende Kondensator 8.2 mit dem
Eingang der Spannungsmeßeinrichtung 10 verbunden ist. Danach
werden zwei benachbarte Relais 2.i, 2. (i+1) und eines der Relais 5.1
bis 5.2, so vom Microcontroller angesteuert, daß der nicht mit dem
Eingang der Spannungsmeßeinrichtung 10 verbundene Kondensator 8.2
mit der zu messenden Zelle oder Teilbatterie verbunden ist. Dieser
aktuelle Meßkondensator lädt sich über die
Strombegrenzungswiderstände 8.1 auf den Wert der zu messenden
Klemmenspannung unverfälscht auf, da er nicht über die
Eingangswiderstände 13 mit dem Eingang der Spannungsmeßeinrichtung
10 verbunden ist. Somit kann beim anschließenden - technisch real
nicht zeitsynchronen - Öffnen der Kontakte des Relais 5.1 oder 5.2
auch kurzzeitig kein einer möglichen, relativ hohen
Gleichtaktspannung entsprechender Fehlerstrom über die Widerstände 13
zu einer Ladungsverschiebung im aktuellen Meßkondensator 8.2 führen.
Nach dem controllergesteuerten Öffnen der Kontakte von Relais 5.1 oder
5.2 wird Relais 9 umgeschaltet, so daß der aktuelle Meßkondensator
mit dem Eingang der Spannungsmeßeinrichtung 10 verbunden ist und
nach Ablauf einer durch die Zeitkonstante R14/2-C19 der Slew-Rate des
Operationsverstärkers 19 und einer, möglicherweise infolge hoher
Gleichtaktspannung an den Widerständen 13 unmittelbar zuvor
verursachten Übersteuerung des Operationsverstärkers bestimmten
Übergangszeit am Ausgang Uc eine der zu messenden Zellen- oder
Teilbatteriespannung entsprechende Ausgangsspannung zum Einlesen
durch den Microcontroller zur Verfügung steht.
Zunächst sind alle Relais entregt. Dann wird mit den Relais 2, 5.1
oder 5.2 und dem Relais 5.3 ein solcher Strompfad geschaffen, daß die
Wechselkontakte von Relais 5.3 mit der nachzuladenden Zelle oder
Teilbatterie verbunden sind. Bis zu diesem Zeitpunkt schalten alle
Relais im stromlosen Zustand. Dann wird entsprechend der Polarität
das Relais 5.4 oder 5.5 zugeschaltet, wodurch der Ausgang der
Nachladeeinrichtung 4 mit der adressierten Zelle oder Teilbatterie
verbunden ist. Wenn die Strom- oder Spannungsquelle der
Nachladeeinrichtung 4 nicht vom Microcontroller auftastbar ist, so
schaltet Relais 5.4 bzw. 5.5 den Ladestrom ein, bei elektronischer
Auftastung des Batterieladegerätes schaltet Relais 5.4 bzw. 5.5 stets
lastfrei. Die Abschaltung des Ladestromes erfolgt in umgekehrter
Reihenfolge, so daß in jedem Falle nur Relais 5.4 oder 5.5 unter Last
schaltet.
Die Spannungsmeßeinrichtung 10 erzeugt ein Ladestromsteuersignal für
die Nachladeeinrichtung 4. Dieses Ladestromsteuersignal wird von dem
Regelalgorithmus der Spannungsmeßeinrichtung 10 so berechnet, daß
die Spannung der Zelle mit der jeweils höchsten Klemmenspannung auf
der Höhe eines gewünschten Spannungswertes, vorzugsweise auf dem
zum jeweiligen Zeitpunkt gehörenden Spannungsgrenzwert einer vom
Batteriehersteller für den verwendeten Zellentyp als optimal
empfohlenen Ladekennlinie, geführt und gehalten wird.
Um sicherzustellen, daß es bei dem relativ komplizierten Ablauf und
der Vielzahl von beteiligten Relaiskontakten zu keiner Havarie und
insbesondere zu keinen Kurzschlußschaltungen kommen kann, wird
erfindungsgemäß so vorgegangen, daß sämtliche Leitungen der
Doppelleitungen 3 in einer Überwachungsbaugruppe 7 zu einem
Analogwert verdichtet werden, der vom Microcontroller gelesen werden
kann. Das Bezugspotential des Microcontrollers (Groundpotential für
Analogmessung) für diese Messung ist der Minuspol der Batterie. In
dieser Baugruppe wird jede der Doppelleitungen mit je einer Anode
einer hochsperrenden Diode verbunden, deren Kathoden parallel
geschaltet und mit dem Eingang eines Spannungsteilers verbunden
sind, an dessem Ausgang die als Analogwert UO vorliegende Leitungs
zustandsinformation vom Microcontroller eingelesen werden kann. Mit
dieser Anordnung ist jeweils das höchste positive Potential auf den
Doppelleitungen 3 erfaßbar. Die Überwachungsbaugruppe kann auch
aus einem Widerstandsnetzwerk bestehen, wodurch bei Verwendung von
Präzisionswiderständen ein Leitungszustandssignal mit höherem
Informationsgehalt bereitsteht.
Vor jedem Zuschalten eines beliebigen Relais der Baugruppe 3 kann
somit vom Microcontroller geprüft werden, ob die Spannungspegel auf
den Leitungen den Erwartungen entsprechen, so daß bei Abweichungen
eine Information über das vermutlich defekte Relais ausgegeben werden
kann.
Wird der Shunt 11 vom Entlade- oder Rekuperationsstrom durchflossen,
so entsteht an seiner mit dem Meßeingang verbundenen Klemme
gegenüber dem Minuspol der Batterie bzw. dem Nullpunkt des Strom
meßsystems 12 eine je nach Stromrichtung gepolte Spannung. Je einer
der mit dem Shunt verbundenen Operationsverstärker wird dadurch
entweder übersteuert oder liefert an seinem Ausgang eine dem Strom
proportionale Spannung. Da beide Verstärkerausgänge IB und IF dem
Microcontroller 7 zugeführt werden, kann dieser erkennen, in welcher
Richtung der Strom fließt und welche Größe er hat.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst die
Klemmenspannungen aller Batteriezellen gemessen, und es wird diejenige
Batteriezelle mit höchster Klemmenspannung ermittelt. Daraufhin wird
die Gesamtbatterie mit dem vom Batteriehersteller als optimal
empfohlenen Ladestromverlauf für eine Einzelzelle mit diesem
Ladestromverlauf für die Zelle mit höchster Klemmenspannung geladen.
Dadurch wird sichergestellt, daß keine Batteriezelle in ungünstiger
Weise überladen wird.
Da bei diesem Ladeverfahren die anderen Batteriezellen u. U. nicht voll
geladen werden, können diese Batteriezellen einzeln während oder nach
der Hauptladung mit Hilfe der Nachladeeinrichtung 4 unter Ausschluß
der Batteriezelle mit höchster Klemmenspannung nachgeladen werden.
Vorzugsweise werden mit Hilfe der potentialfreien Nachladeeinrichtung
4 die mit Hilfe des zweiten Selektionsnetzwerkes 5 mit jeweils einer
der Doppelleitungen schaltbar verbunden werden kann, Zellen mit
niedrigerer Klemmenspannung während oder nach der Ladung der
Gesamtbatterie einzeln oder nacheinander und entsprechend ihrer von
der Spannungsmeßeinrichtung 10 ermittelten Ladungsaufnahmefähigkeit
nachgeladen.
Claims (2)
1. Verfahren zum Laden einer mehrzelligen Batterie unter Verwendung
eines Batterieladegerätes und einer eine potentialfreie
Nachladeeinrichtung enthaltenden microcontroller-gesteuerten
Einrichtung zur Analyse des Ladezustandes einer aus mehreren
Teilbatterien bestehenden Gesamtbatterie mit Schaltvorrichtungen
zum Anschalten wenigstens einer Teilbatterie an wenigstens eine
mit einem Diagnoseschaltkreis verbundene Doppelleitung, wobei ein
System von mehreren Doppelleitungen entsprechend einem Bruchteil
der Gesamtzahl der Batteriezellen oder Teilbatterien der
Gesamtbatterie vorgesehen ist, wobei als Schaltvorrichtungen
mehrpolige Relais mit der Anzahl an Doppelleitungen
entsprechender Anzahl an Schaltkontakten vorgesehen sind, von
denen jeder an eine Leitung einer eigenen Doppelleitung
angeschlossen ist, wobei die Schaltkontakte aller mehrpoligen
Relais einerseits mit den Knotenpunkten der Batteriezellen oder
Teilbatterien und andererseits mit den Doppelleitungen so
verbunden sind, daß in der Reihenschaltung der Batteriezellen
oder Teilbatterien benachbarte Knotenpunkte abwechselnd an die
eine und die andere Leitung der eigenen Doppelleitung
angeschlossen sind, wobei jede Doppelleitung an ein aus
wenigstens einem Widerstand und einem Kondensator bestehendes
RC-Filter angeschlossen ist oder anschaltbar ist, dessen
Kondensator über ein zweipoliges Schaltglied an den Eingang einer
Spannungsmeßeinrichtung schaltbar ist, nachdem zuvor die über
zwei der mehrpoligen Relais an das RC-Filter angeschalteten, der
zu messenden Batteriezelle oder Teilbatterie zugehörigen
Knotenpunkte wieder von dem RC-Filter abgeschaltet worden sind,
nach Patent 41 32 229,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsmeßeinrichtung ein Ladestromsignal für das
Batterieladegerät erzeugt, das von dem Regelalgorithmus der
Spannungsvorrichtung so berechnet wird, daß die Spannung der
Zelle mit der jeweils höchsten Klemmenspannung auf Höhe eines
gewünschten Spannungswertes, vorzugsweise dem zum jeweiligen
Zeitpunkt gehörenden Spannungsgrenzwert einer vom
Batteriehersteller für den verwendeten Zellentyp als optimal
empfohlenen Ladekennlinie, geführt und gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mit Hilfe der potentialfreien Nachladeeinrichtung, die in dem
zweiten Selektionsnetzwerk mit jeweils einer der Doppelleitungen
schaltbar verbunden werden kann, Zellen mit niedrigerer
Klemmenspannung während oder nach der Ladung der
Gesamtbatterie einzeln oder nacheinander und entsprechend ihrer
von der Spannungsmeßeinrichtung ermittelten
Ladungsaufnahmefähigkeit nachgeladen werden.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4231732A DE4231732C2 (de) | 1991-09-27 | 1992-09-22 | Verfahren zum Laden einer mehrzelligen Batterie |
EP93114438A EP0589287A3 (de) | 1992-09-22 | 1993-09-08 | Verfahren zum Laden einer mehrzelligen Batterie. |
US08/124,244 US5438250A (en) | 1992-09-22 | 1993-09-20 | Process and apparatus for charging a multi-cell battery |
Applications Claiming Priority (2)
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