DE69400088T2 - Schnelladeverfahren für Batterie und integrierter Schaltkreis zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Schnelladeverfahren für eine Batterie, insbesondere für eine Cadmium-Nickel-Batterie (CdNi) oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie (NiMh). Dieses Verfahren kann nichtsdestoweniger verwendbar sein zum schnellen Laden aller Arten von Batterien, sofern die Ladeeigenschaften dieser Batterien ähnlich sind. Die Erfindung betrifft gleichfalls eine vervollkommnete integrierte Schaltung, die zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
• Zum schnellen Laden einer CdNi- oder NiMh-Batterie muß dieser ein konstanter Strom zugeführt werden, der um so größer sein muß, je schneller geladen werden soll. Beispielsweise erlaubt ein Strom von drei Ampere, eine Batterie mit 1 Ampere/Stunde in wenig mehr als zwanzig Minuten zu laden. Da bekannt ist, daß eüiige Minuten des Überladens die Lebensdauer der Batterie durch Erwärmung verkürzen, besteht die Schwierigkeit darin, zu bestimmen, wann der Ladevorgang zu beenden ist. Eüiige zehn überzählige Minuten können die Batterie außer Betrieb setzen machen oder diese zerstören. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, den Ladevorgang zu beenden, bevor es zu der Erwärmung kommt, und infolgedessen vor einer Überladung, ohne teure Temperaturaufnehmer zu erfordern.
• Es sind bereits zahlreiche Verfahren zum Bestimmen des Endes des Schnelladevorgangs einer Batterie bekannt, wenn diese ihre Nennladung erreicht hat. Diese Verfahren sind gekennzeichnet durch ihre Reaktionszeit nach dem Ende des Ladevorgangs. Diese muß möglichst kurz sein. Diese Verfahren sind gleichfalls gekennzeichnet durch ihre Zuverlässigkeit, ihre Wiederholbarkeit und ihre Kosten.
• Das bekannteste Verfahren ist das sogenannte -ΔV- bzw. negatives ΔV-Verfahren. Dieses Verfahren nutzt die Kennlinie der Ladespannung emer Batterie, z.B. einer Cadmium-Nickel- Batterie. Diese Kurve ist in Fig. 1a dargestellt. Wenn die Batterie voll oder sogar leicht überladen ist, geht die Spannung, nachdem sie während des Ladevorgangs stetig angewachsen war, wieder leicht zurück. Dieser Spannungsabfall wird durch eine elektronische Steuerschaltung effäßt, weiche dann entscheidet, den Ladevorgang zu beenden. Beispielsweise kann zum Beenden des Ladevorgangs ein negatives ΔV von 20 mV erfaßt werden. In diesem Fall wird der Ladevorgang an einem Punkt A gemäß Fig. 1 beendet.
• Dieses Verfahren weist zwei Nachteile auf Erstens ist die Batterie bereits leicht überladen, und ihre Temperatur hat bereits anzuwachsen begonnen, wenn die Spannung zurückgeht. Es ist daher bereits ein wenig spät, da die Erwärmung die Hauptursache für das Altern der Batterien ist. Dies trifft um so mehr zu, je schneller das Laden erfolgt. Mit zunehmendem Strom werden die Überladung und die Überhitzung stärker. Zweitens besitzen die aufneuartigen Technologien beruhenden Batterien auf Nickel-Hydrid-Basis ein viel geringer in Erscheinung tretendes ΔV als die Cadmium-Nickel-Batterien. Dieses ΔV ist infolgedessen viel schwerer zu erfassen. Darüber hinaus erwärmen sich diese letztgenannten Batterien gegen Ende des Ladevorgangs viel stärker, so daß für sie daher jegliche Überladung sehr viel schädlicher ist. Insbesondere kann ihre Lebensdauer drastisch rednziert werden. Das -ΔV-Verfahren ist daher für die Nickel-Hydrid-Batterien ungeeignet und verkürzt darüber hinaus die Lebensdauer der Cadmium-Nickel-Batterien.
• Ein jüngeres Verfahren besteht darin, die Temperatur der Batterie zu messen und zu entscheiden, den Ladevorgang zu beenden, wenn die Anstiegsrate der Temperatur eine bestimmte Schwelle überschreitet. Denn die Temperatur bleibt, wie der Fig. 1d entnehmbar ist, über nahezu den gesamten Ladevorgang konstant. Sie beginnt zu dessen Ende hin zunehmend stärker anzuwachsen, insbesondere im letzten Abschnitt der Kurve. Mit diesem Temperaturmeßverfahren wird der Ladevorgang an einem Punkt B beendet, d.h. zu einem Zeitpunkt, in welchem die Temperatur mit einer Geschwindigkeit ansteigt, die größer ist als eine vorab festgelegte Rate.
• Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es einen Temperaturaufnehmer an jeder Batterie sowie einen oder zwei zusätzliche Kontakte zur Verbindung von Batterie und Ladegerät erfordert. Dies füirt zu zuweilen unerschwinglichen Kosten. Ein zweiter Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die Temperatur langsam vom Kern der Batterie ausgehend zu deren Randbereichen und dann zu dem Aufnehmer ausbreitet. Anders ausgedrückt hatte die Batterie dann, wenn der Ladevorgang beendet wird, bereits Zeit, sich zu stark zu erwärmen.
• Eine Wiederholung dieser Eigenschaften ist in dem mit "Nickel-Hydride Cells Avert Environmental Headaches" betitelten und in der Zeitschrift EDN vom 10. Dezember 1992, Seiten 156 bis 161, veröffentlichten Artikel von Charles H. SMALL beschrieben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend genannten Nachteilen abzuhelfen und ein Verfahren sowie eine integrierte Schaltung zur Anwendung dieses Verfahrens vorzuschlagen, welche ermöglichen, die Ladevorgänge der Batterien vor dem Zeitpunkt, zu dem eine Überladung oder sogar eine Überhitzung festgestellt hätte werden können, zu beenden. Das Prinzip der Erfindung besteht in der Überwachung der Kurve der zeitabhängigen Änderung des Batterieladezustands. Denn erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Spannung an den Klemmen der Batterie zunehmend schneller anstieg und dann, vor dem Erreichen ihres Maximums, langsamer anzusteigen begann. Hieraus entstand der Gedanke, anstelle des eigentlichen Spannungssignals eine Ableitung, d.h. eine Änderung dieses Spannungssignals zu verwenden. Solange diese Ableitung bzw. diese Änderung von einer Zeitdauer zu einer nachfolgenden Zeitdauer zunimmt, liegt eine für die Batterie gefahrlose Situation vor. Sobald demgegenüber der Wendepunkt der Spannungskurve - der Punkt 1 auf der Kurve gemäß Fig. 1 - überschritten wird, wird der gefährliche Bereich betreten. In der Praxis wird der Moment herangezogen, m welchem diese Wendung der Spannungskurve erfaßt wird, und der Ladevorgang wird - bevorzugt mit einer bezogen auf diesen Moment gemessenen, vorbestimmten Verzögerung, beendet. In der Praxis wird der Abbruch infolgedessen bevorzugt an dem Punkt C gemäß Fig. 1 herbeigefüt. Es wird festgestellt, daß sich der Punkt C auf dieser Kennlinie vor dem Punkt A und sogar vor dem Punkt B gemäß dem Stand der Technik befindet. Die Verschlechterung der Batterien ist daher geringer.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Schnelladeverfahren für eine Batterie, umfässend die folgenden Phasen:
• - die zu ladende Batterie wird mit einem starken Ladestrom beaufschlagt,
• - während dieses Ladens wird die Ladespannung der Batterie gemessen und ein erstes Meßsignal ermittelt,
• - ein zweites, die Anderung der Ladespannung darstellendes Meßsignal wird erzeugt, indem die Differenz zwischen zwei eine vorbestimmte Zeitdauer beabstandeten Werten des ersten Signals berechnet wird,
• - der Nennladezustand wird ermittelt, indem der Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die während einer Zeitdauer gemessene Spannungsänderung kleiner wird als eine während einer vorangehenden Zeitdauer gemessene Spannungsänderung, und
• - das Laden dieser Batterie wird beendet, wenn der Nennladezustand vorliegt, dadurch gekennzeichnet daß zum Ermitteln daß die während einer Zeitdauer gemessene Spannung langsamer als während einer vorangehenden Zeitdauer zu wachsen beginnt,
• - das zweite Meßsignal ein erstes Mal abgeschwächt und ein drittes Meßsignal ermittelt wird,
• das dritte Signal abgeschwächt und ein viertes Meßsignal ermittelt wird,
• die Ermittlung des Vorliegens des Nennladezustands freigegeben wird wenn ein Verhältnis des ersten Signals zu dem vierten Signal größer ist als ein gegebener Wert, beispielsweise 1,25,
• der Augenblick erfaßt wird, in dem das dritte Signal durch einen Extremwert verläuft, und
• infolgedessen dieser Augenblick ermittelt wird, falls die Ermittlung freigegeben war.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auch gelöst durch eine integrierte Schaltung mit Schaltungen und Verbindungen zum Messen und Steuern des Schnelladens einer Batterie, umfassend einen mit einem Programmspeicher (16) in Verbindung stehenden Mikroprozessor (13), wobei die integrierte Schaltung Eingänge zum Messen der Ladespannung der Batterie und einen ein Ausgang aufweist, der ein Lade-Haltsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das in diesem Speicher enthaltene Programm Anweisungen umfaßt, die allen Schritten des Verfahrens entsprechen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, die Erfindung in keiner Weise beschränkenden Figuren näher beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1a die vorangehend bereits beschriebene Ladekennlinie einer Cadmium-Nickel-Batterie;
• Fig. 1b den Verlauf eines Batteriespannungs-Änderungssignals (anstelle der Batteriespannung selbst) nach einer Umwandlung in digitale Form;
• Fig. 1c das Ergebnis einer über die digitalen Meßwerte der Spannungsanderung zum Extrahieren eines in bevorzugter Weise auswertbaren Signals ausgeführten Filterverarbeitung;
• Fig. 1d die Kennlinie der Entwicklung der Batterietemperatur im Verlauf des Ladevorgangs;
• Fig. 2 die vereinfachte Darstellung einer zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren integrierten Schaltung;
• Fig. 3 ein Ablaufdiagramm von Schritten zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform: und
• Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung einer bevorzugten Schaltung zum Laden der Batterie mit konstantem Strom.
• Fig. 2 zeigt eine integrierte Schaltung 1, die zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbar ist, um eine Batterie 2 über eine Stromquelle 3 zu laden. Die Stromquelle 3 ist hier vereinfacht mit einem Transformator 4, einer Gleichrichterbrücke 5 und einem Filter 6 dargestellt. Die noch zu beschreibende Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer einen starken und konstanten Ladestrom abgebenden Schaltung. Die Batterie 2 ist mittels Verbindungsleitungen 7 und 8 mit der Ladeschaltung 3 verbunden.
• Gemäß der bevorzugten Ausfühungsform der Erfindung wird mit einem Analog-Digital- Umsetzer 9 periodisch die Ladespannung der Batterie während ihres Ladevorgangs gemessen. Diese Spannung wird beispielsweise durch Abzweigungen von dem Analog-Digital- Umsetzer 9 zu den Verbindungsleitungen 7 und 8 abgegriffen. Der Analog-Digital-Umsetzer 9 erzeugt ein digitales, an seinen Ausgängen 10 bis 11 verfügbares Meßsignal. Die Ausgänge 10 bis 11 des Analog-Digital-Umsetzers 9 sind über eine Busleitung 12 der integrierten Schaltung mit einem Mikroprozessor 13 verbunden, der die Messungen steuert und ein Lade-Haltsignal erzeugt, wenn der Nennladezustand erreicht ist.
• Dieses Lade-Haltsignal ist beispielsweise ein Logikpegel, der auf einer von dem Mikroprozessor weg- und zu einem in einer der Verbindungsleitungen 7 oder 8 angeordneten Durchgangstransistor 15 hinführenden Verbindungsleitung 14 verfügbar ist. Es können andere Schaltungen zum Beenden des Ladevorgangs vorgesehen sein: die dargestellte ist nur beispielhaft gezeigt. Insbesondere kann der Gleichrichter 5 ein durch den Mikroprozessor 13 gesteuerter Gleichrichter sein, in welchem Fall dieser Gleichrichter 5 zum gegebenen Zeitpunkt außer Funktion gesetzt werden kann.
• Der Mikroprozessor 13 ist mit einem nichtflüchtigen Programmspeicher 16 (ROM) verbunden. Dieser Speicher 16 enthält die der Ausführung der Phasen des Verfahrens entsprechenden Anweisungen. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Gesamtanordnung unter Spannung gesetzt wird, kann der Mikroprozessor 13 die in dem Speicher 16 enthaltenen Anweisungen in einen ebenfalls mit dem Mikroprozessor 13 verbundenen Arbeitsspeicher 17 mit wahlfreiem Zugriff übertragen. Je nach Typ des verwendeten Mikroprozessors kann es diesem auch möglich sein, die direkt aus dem nichtflüchtigen Speicher 16 ausgelesenen Anweisungen auszuführen. Der Speicher 17 mit wailifteiem Zugriff umfaßt ferner einen Satz von Registern, die zur Ablage von Werten von in den verschiedenen Phasen des Verfahrens verarbeiteten Arbeitsvariablen verwendbar sind.
• Schließlich kann der Mikroprozessor 13 mit einer Meldeschaltung 18 verbunden sein, die beispielsweise eine Leuchte oder einen Lautsprecher umfaßt. Der Mikroprozessor 13 empfangt ein Taktsignal H und gibt ferner auf einen Steuerbus 19 an die Speicher 16 und 17 sowie an den Analog-Digital-Umsetzer 9 gerichtete Befehle aus. Insbesondere wird die Häufigkeit der durch den Analog-Digital-Umsetzers 9 bewirkten Abtastung durch den Mikroprozessor 13 gesteuert. Dieser Häufigkeit kann z.B. bei etwa einer Messung pro Sekunde liegen.
• Der Fig. 3 sind die grundlegenden Schritte einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entnehmbar. Das Verfahren beginnt mit einer Initialisierung der Zustandsvariablen des Systems. Insbesondere werden ein den Zeitrang jedes der Abtastwerte kennzeichnender Index n sowie zwei Variablen z bzw. w, deren Bedeutung nachstehend beschrieben wird, auf Null gesetzt. Die Initialisierung ist nicht notwendigerweise eine Initialisierung auf einen Nullwert. Darüber hinaus ist der Rangzuweisung nicht unbedingt erforderlich. Sie ist nur dann zweckdienlich, wenn in dem Arbeitsspeicher 17 die Anzahl der Zustandsregister, die verwendet werden sollen, begrenzt werden soll. Der Arbeitstakt des Analog-Digital-Umsetzers 9 sowie die Folge aller der in Fig. 3 gezeigten Schritte entsprechend jedesmal einem gegebenen Rangwert. Die Verarbeitungen werden in der Zeitdauer - etwa einer Sekunde - zu Ende geführt, die jede der Messungen trennt.
• Während einer ersten Zeit tastet der Analog-Digital-Umsetzer 9 die Messung der Spannung V in Schritt 20.1 ab und erzeugt ein erstes digitalisiertes Meßsignal yn. In einem auf den Schritt 20.1 folgenden Schritt 20.2 wird aus yn eine Ableitung oder Pseudo-Ableitung dn = yn - yn-k berechnet. Das als zweites Signal bezeichnete Signal dn ist in Fig. 1b gezeigt. Das Signal dn, welches die Änderung der Batteriespannung repräsentiert, folgt treppenförmigen Stufen, die auf die Quantisierung des Analog-Digital- Umsetzers 9 zurückzuführen sind. Dieses Signal ist unter Berücksichtigung seines andersartigen Charakters nicht auf einfäche Weise auswertbar. Jedoch wäre eine Auswertung dahingehend vorstellbar daß sein dem Wendepunkt I gemäß Fig. 1a entsprechendes Maxünum aufgefimden wird. Hinreichend wäre dann, den Augenblick aufzufinden, in dem dieses Signal dn größer wird als ein vorbestimmter Schwellenwert.
• Die Konstante k wird beispielsweise auf den Wert 10 festgelegt. Das so erarbeitete zweite Signal dn stellt die Änderung der Ladespaunung im Verlauf einer Periode dar. Die Dauer dieser Periode beträgt k Abtastungen. Dies ist keine exakte Ableitung, jedoch eine einfache Näherung, welche außerdem den Vorteil besitzt, leicht durch den Mikroprozessor 13 berechenbar zu sein, weun berücksichtigt wird, daß dieser keine Subtraktion auszuführen braucht. Eine Division durch k entfällt, da k während des gesamten Verfahrens konstant bleibt. Der Wert k kann in Abhängigkeit von dem Typ der zu ladenden Batterie gewählt werden.
• Zur Berechnung von dn, werden in dem Speicher 17 die letzten k gemessenen Abtastwerte yn bis yn-k dauerhaft gespeichert. Zu dem Zeitpunkt, zu dem ein neuer Abtastwert gemessen wird, nimmt dieser die Stelle des letzten gemessenen Abtastwerts ein, dieser wiederum nimmt die Stelle des Abtastwerts yn-1 ein und so weiter, wobei der älteste Abtastwert yn-k verschwindet. Dies ist in Fig. 2 vereinfacht durch eine Verschiebung des Inhalts der Register des Speichers 17 andeutende Pfeile dargestellt. In der Praxis kann dies auf verschiedene Weise dadurch erfolgen, daß ganz einfach die Adressen der geeigneten Register modifiziert werden.
• Das Signal dn ist aufgrund der Quantisierung in dem Analog-Digital-Umsetzer 9 verrauscht. Die Quantisierungsprobleme werden dadurch gelöst, daß die Ableitung geglättet wird, um eine geglättete, leichter auswertbare Ableitung zu erhalten. Diese Glättung entspricht einer über das quantisierte Signal dn, ausgeführten Abschwächung, um ein drittes, in Fig. 1c gezeigtes Signal zn zu erzeugen. Das Signal zn wird im Verlauf eines auf den Schritt 20.2 folgenden Schrittes 20.3 erhalten, in welchem die nachstehende Berechnung durchgeführt wird: zn = 0,99 Zn-1 + 0,01 dn. Dieses Vorgehen führt zu einer Glättung durch Berechnung des Mittelwerts der Ableitung dn.
• Zur Erfassung des Wendepunkts I der Kurve aus Fig. 1a wird der Scheitelpunkt, d.h. der Extremwert, des Werts zn ermittelt vgl. Fig. 1c. Dies erfolgt im Zuge eines Tests 21, in dessen Verlauf das zu berechnende zn ständig mit dem vorangehenden und in einem Register abgelegten zn verglichen wird.
• Solange der für zn berechnete neue Wert größer ist als der vorangehende Wert zn-1, ist das Maximum nicht erreicht. In diesem Fall wird in dem Register zmax des Speichers 17 der gespeicherte Wert zn.1 durch den berechneten neuen Wert zn, ersetzt. Wenn demgegenüber der Scheitelpunkt durchschritten worden ist, wird das Ergebnis der Tests 21 negativ, und in diesem Fall wird der Ladevorgang durch Ausgabe des geeigneten Logikbefehls auf die Verbindungsleitung 14 beendet. In der Praxis stellt man fest, daß der Augenblick, in welchem das Maximum erfaßt wird, in bezug auf den Augenblick, in welchem der Wendepunkt der Spannung aufgetreten ist, leicht verzögert ist. Dies ist auf die Glättung der Ableitung zurückzuführen. In der Praxis führt die vorstehend beschriebene Berechnung zu einer Verzögerung von etwa hundert Abtastungen. Diese Verzögerung kann durch Modifizieren der Berechnung in Schritt 20.3 und/oder der Häufigkeit der Abfrage durch den Analog-Digital- Umsetzer 9 in den Erfassungszeitpunkt verlegt werden. Die Dauer von 100 Sekunden scheint jedoch ein akzeptabler Kompromiß zu sein, der in jedem Fall ein Auslösen des Abbruchs vor dem Punkt B erlaubt.
• Das so beschriebene Auslösen des Beendens des Ladevorgangs erfolgt automatisch, wenn man sich im bedeutsamen rechten Teil der Kurve der Spannung V befindet. Es kann plötzlich ein Problem auftreten, welches darin besteht, den dem Punkt C entsprechenden Scheitelpunkt der geglätteten Ableitung zn von einerseits einem ganz am Anfang der Kurve liegenden Scheitelpunkt 22 und andererseits von zahlreichen anderen, im mittleren Abschnitt der Kurve liegenden lokalen Maxima 25 zu unterscheiden. Der am Anfang der Kurve liegende Scheitelpunkt 22 wird durch die Verhältnisse bei der Initialisierung der Variablen auf Null zu Beginn des Ladevorgangs und durch eine Verringerung der Steigung der Batteriespannung zu Beginn des Ladevorgangs erzeugt. Denn während der ersten Sekunden der Verbindung steigt die Spannung an den Klemmen der Batterie sehr schnell an: Anstieg 23 in Fig. 1a. Sodann geht sie wieder zurück und erzeugt dabei durchlaufend den Scheitelpunkt 22 der Ableitung. Die lokalen Maxima 25 selbst sind eine Folge der Quantisierung des Analog-Digital-Umsetzers 9 in einem Bereich, in welchem die Steigung der Ladespannungskurve konstant ist, vgl. Bereich 24 in Fig. 1a.
• Um diese Probleme zu beseitigen und das System nicht nur an dessen Ende, sondern gänzlich zu automatisieren, werden zwei Vorgänge durchgeführt. Zum einen wird im Verlauf eines nach dem Schritt 20.3 durchgeführten Tests 26 gewährleistet, daß die Zeitdauer seit dem Beginn des Ladevorgangs größer ist als eine Grundzeitdauer T. Beispielsweise beträgt die Grundzeitdauer T einhundert Sekunden und ist damit gleich dem Hundertfachen der zwei Abtastungen trennenden Zeitdauer. Solange diese Zeitdauer nicht erreicht ist, wird eine Variable wn berechnet, welche einem vierten Signal gemäß einer in Schritt 27 zum Ausdruck gebrachten Art und Weise entspricht: wn = zn. Dies ermöglicht, die zu Beginn des Ladevorgangs auftretenden Übergangserscheinungen zu vermeiden.
• Nach diesem Beginn des Ladevorgangs wird dann die Berechnung der Variablen wn, wie in Schritt 28 gezeigt, derart in Angriff genommen, daß wn gleich 0,996 wn-1 + 0,004 zn wird.
• In der Praxis erfolgt die Berechnung nur dann, wenn wn kleiner ist als zn. Sofern dies nicht der Fall ist, wird für den betrachteten Rang von Vorgängen wn durch zn ersetzt.
• Dies entspricht einer Filterung des Werts der Ableitung über eintausend Abtastwerte (wobei insgesamt lediglich k Abtastwerte im Speicher gehaken werden). Die Tatsache, daß vorangehend der Schritt 27 ausgeführt wird, errnöglicht, die stark abgeschwächte Ableitung wn auf beliebige Art und Weise schnell auf einen bedeutsamen Wert festzulegen, ohne darauf warten zu müssen, daß diese dorthin steigt. Man stellt dann fest, daß man sich in einem bedeutsamen Abschnitt der Entwicklung der Spannung V befindet, indem man im Verlauf eines Tests 29 die geglättete Ableitung zn, d.h. das dritte Signal, mit der stark abgeschwächten Ableitung wn, d.h. dem vierten Signal, vergleicht. Dieser Vergleich erfolgt in Form einer Verhältnisbildung. Solange die Ableitung die mittlere Langzeit-Ableitung nicht um mehr als fünfzig Prozent überschreitet, wird das Ergebnis des Tests 29 als negativ betrachtet und der Ladevorgang fortgesetzt. Vorstehend wurden fünfzig Prozent genannt, jedoch kann selbstverständlich ein anderer Prozentsatz herangezogen werden, beispielsweise fünfundzwanzig Prozent oder sogar sechzig oder achtzig Prozent. Bedarfsweise kann dieser Test zum Beenden des Ladevorgangs verwendet werden.
• Sobald das Ergebnis des Tests 29 positiv wird, befindet man sich in der bedeutsamen Meßphase und kann, durch Ausführen des Tests 21, den Maximalwert zn auffinden. Denn wenn der Test 29 positiv ist, wird angenommen, daß die Batteriespannung in eine Phase schnellen Anstiegs ihrer Steigung eingetreten ist. Dies tritt unabhängig von der Art der Batterie nur in diesem Bereich der Ladekurve auf Dies ermöglicht, diejenige rechts von einer Zeitdauer XX liegende Periode zu bestimmen, mit welcher beginnend die geglättete Ableitung zn keine weiteren lokalen Maxima oder andere Singularitäten aufweist. Es ist demzufolge leicht, ausgehend von diesem Punkt den Scheitelpunkt dieser geglätteten Ableitung zu erfassen.
• Erfindungsgemäß wird, damit das Ablaufdiagramm gemäß Figur 3 bestmöglich funktioniert, bevorzugt eine Stromquelle bereitgestellt, die sich nicht in Abhängigkeit von der abgeleiteten Spannung, der Zeit oder der Temperatur der Versorgungsschaltung ändert. Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer derartigen, über der Zeit stabilen und von der Schwankung der Versorgungsspannung unabhängigen Konstantstromquelle. Eine nicht dargestellte stabilisierte Versorgungsspannung versorgt die integrierte Schaltung 1 sowie eine Schaltung 30 des Typs LM 317 von SGS-THOMSON MICROELECTRONIS mit 12 Volt. Diese Schaltung 30 umfaßt zwei mit Vout bzw. Adjust bezeichnete Ausgänge 31 bzw. 32, zwischen welchen ein Steuerwiderstand 33 parallel verschaltet werden kann. Der Widerstand 33 erlaubt, die Batterie mit einer an dem Ausgang 32 verfügbaren Spannung und einem Strom, der gleich dem Verhältnis aus der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgängen 31 und 32 und dem Wert des Widerstands 33 ist, zu beaufschlagen. Die Schaltung LM 317 gibt eine Spannung Vout - Vadjust ab, die gleich einer Referenz von 1,27 Volt ist. Demzufolge beträgt der Wert des Konstantstroms I= 1,27/Widerstand 33.

Claims (8)

1. Schnelladeverfähren flir eine Batterie, umfässend die folgenden Phasen:

- die zu ladende Batterie wird mit einem starken Ladestrom beaufschlagt,

- während dieses Ladens wird die Ladespannung der Batterie gemessen und ein erstes Meßsignal (yn) ermittelt,

- ein zweites, die Änderung der Ladespannung darstellendes Meßsignal (dn) wird erzeugt, indem die Differenz zwischen zwei eine vorbestimmte Zeitdauer beabstandeten Werten des ersten Signals berechnet wird,

- der Nennladezustand wird ermittelt, indem der Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die während einer Zeitdauer gemessene Spannungsänderung (dn) kleiner wird als eine während einer vorangehenden Zeitdauer gemessene Spannungsänderung, und

- das Laden dieser Batterie wird beendet, wenn der Nennladezustand vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln, daß die während einer Zeitdauer gemessene Spannung langsamer als während einer vorangehenden Zeitdauer zu wachsen beginnt,

- das zweite Meßsignal ein erstes Mal abgeschwächt und ein drittes Meßsignal (zn) ermittelt wird,

das dritte Signal abgeschwächt und ein viertes Meßsignal (wn) ermittelt wird,

die Ermittlung des Vorliegens des Nennladezustands freigegeben wird, wenn ein Verhältnis des ersten Signals zu dem vierten Signal größer ist als ein gegebener Wert, beispielsweise 1,25,

der Augenblick erfäßt wird, in dem das dritte Signal durch einen Extremwert verläuft, und

infolgedessen dieser Augenblick ermittelt wird, falls die Ermittlung freigegeben war.

2. Verfähren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln, daß die während einer Zeitdauer gemessene Spannung langsamer als während einer vorangehenden Zeitdauer zu wachsen beginnt,

- eine bestimmte Anzahl von Zeitdauern (T) gewartet wird, bevor diese Ermittlung freigegeben wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Batterie mit einem streng konstanten Strom geladen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Ladespannung der Batterie periodisch (H) gemessen wird.

5. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- zu einem in Bezug auf den ermittelten Zeitpunkt (I) späteren Zeitpunkt (C) ermittelt wird, daß der Nennladezustand vorliegt.

6. Integrierte Schaltung mit Schaltungen und Verbindungen zum Messen und Steuern des Schnelladens einer Batterie, umfassend einen mit einem Programmspeicher (16) in Verbindung stehenden Mikroprozessor (13), wobei die integrierte Schaltung Eingänge zum Messen der Ladespannung der Batterie und einen ein Ausgang aufweist, der ein Lade-Haltsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das in diesem Speicher enthaltene Programm Anweisungen umfaßt, die allen Schritten des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 entsprechen.

7. Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Analog-Digital- Umsetzer (9) zum Umsetzen des Spannungswerts der Batterie in ein binäres Signal.

8. Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen regelbaren Konstantstromgenerator der Bauart LM 317.