CH679188A5

CH679188A5 -

Info

Publication number: CH679188A5
Application number: CH1566/89A
Authority: CH
Inventors: Manfred Dipl-Ing Kraus
Original assignee: Ullmann Ulo Werk
Priority date: 1988-05-03
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1991-12-31
Also published as: GB8909894D0; GB2219151A; FR2631168B1; DE3815001A1; FR2631168A1

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Laden von Akkumulatoren, insbesondere von Nickel-Kadmium-Akkumulatoren (NC), die eine Einrichtung zur Identifizierung des Akkutyps und zur Abfüh-lung seiner Temperatur aufweisen, gemäss den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. The invention relates to a device for charging accumulators, in particular nickel-cadmium accumulators (NC), which have a device for identifying the battery type and for sensing its temperature, according to the features of the preamble of patent claim 1.

Akkumulatoren, insbesondere hochstromfeste Nickel-Kadmium-Akkus (NC-Akkus) sind sehr teure Stromlieferanten für netzunabhängig zu betreibende Geräte, die erst dann einigermassen wirtschaftlich eingesetzt werden können, wenn die Lebensdauer des verwendeten Akkus relativ lang ist. Accumulators, in particular high-current-resistant nickel-cadmium batteries (NC batteries) are very expensive suppliers of electricity for devices that can be operated independently of the mains and can only be used economically to a certain extent if the service life of the batteries used is relatively long.

Die Lebensdauer jedes Akkumulators, besonders jedoch eines Akkumulators der eingangs erwähnten Art, hängt aber sehr wesentlich von seinem Benutzungsprofil, von seiner ersten Inbetriebnahme bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt ab. Dieses Benutzungsprofil stellt den zeitlichen Verlauf seiner Betriebsparameter hinsichtlich Ladestrom, Ent-ladestrom, Zellenspannung, -temperatur und -druck dar. The lifespan of each accumulator, but especially that of the type mentioned above, depends very much on its usage profile, on its initial start-up up to the present time. This usage profile shows the temporal course of its operating parameters with regard to charging current, discharging current, cell voltage, temperature and pressure.

Während die betriebsgemässe Entladung eines Akkumulators in einem batteriebetriebenen Gerät weitgehend durch den Einsatz des Gerätes bestimmt wird, gibt es für das Wiederaufladen des Akkus bestimmte Wahlmöglichkeiten, die von der Schneiladung, Quasischnelladung und Langsamladung bis zur Erhaltungsladung reichert. Ladegeräte, die auf diese verschiedenen Ladebetriebsarten umschaltbar sind, werden heute bereits verwendet. Die Kriterien, die im einzelnen für eine Umschaltung zwischen den Betriebsarten angewendet werden, beruhen auf allgemeinen physikalischen Überlegungen, die im wesentlichen aus dem Diagramm in Fig. 5, das die charakteristischen Zustände einer einzelnen bestimmten NC-Zelle zeigt, hervorgehen. Die dargestellten Kurvenverläufe sind sowohl typenspezifisch als auch zeilenindividuell. Die zulässige Bandbreite der zellenindividuellen Kurvenverläufe lässt sich somit für jeden Zellentyp durch eine Kurvenschar darstellen, die durch die oberen und unteren, noch tolerierbaren Werte gegeben ist. While the operational discharge of a battery in a battery-operated device is largely determined by the use of the device, there are certain options for recharging the battery, ranging from snow charging, quasi-fast charging and slow charging to trickle charging. Chargers that can be switched to these different charging modes are already used today. The criteria that are used in detail for a switchover between the operating modes are based on general physical considerations, which essentially emerge from the diagram in FIG. 5, which shows the characteristic states of a single specific NC cell. The curves shown are both type-specific and line-specific. The permissible range of cell-specific curve profiles can thus be represented for each cell type by a family of curves, which is given by the upper and lower, still tolerable values.

Besondere Probleme für die Lebensdauer eines Akkus entstehen, wenn dieser mit zu hohem Entlade- und/oder Ladestrom betrieben, überladen oder bis zum Unterschreiten einer bestimmten zulässigen minimalen Zellenspannung entladen wird, Probleme treten auch beim Schnelladen auf, dessen der Benutzer sich bedient, um sein Geräte wieder schnell betriebsbereit zu haben oder um die Zahl der eingesetzten Akkus aus Kostengründen möglichst klein zu halten, um einen möglichst ununterbrochenen Betrieb aufrechtzuerhalten. Einerseits will man bei einem Schnelladen auch sicher sein, dass nach einem vollständigen Ladevorgang die Zelle(n) auch wirklich voll sind. Andererseits kann der Akku aber auch eine gewisse Überladung vertragen. Wird er allerdings überladen, dann steigt der Druck in ihm durch Gasentwicklung sehr schnell so stark an, dass das eingebaute Sicherheitsventil anspricht und die Zelle möglicherweise ausläuft. Durch das Special problems for the service life of a battery arise if it is operated with excessive discharge and / or charging current, overcharged or discharged until it falls below a certain permissible minimum cell voltage. Problems also occur with the quick charge that the user uses To have devices ready for operation again quickly or to keep the number of batteries used as small as possible for cost reasons in order to maintain uninterrupted operation. On the one hand, you want to be sure with a quick charge that the cell (s) are really full after a full charge. On the other hand, the battery can also tolerate a certain overcharge. However, if it is overloaded, the pressure in it rises very quickly due to gas evolution so that the built-in safety valve responds and the cell may leak. By the

Offenen des Sicherheitsventils wird zwar ein Schaden vermieden, der zur Zerstörung der Zelle(n) führt; es bleibt jedoch eine Kapazitätsverminderung zurück. Damage to the open of the safety valve is avoided, which leads to the destruction of the cell (s); however, a reduction in capacity remains.

Eine oft praktizierte und zuverlässige Art, einen Akku zu laden, ist die, ihn vorher voltständig zu entladen und dann mit einem bestimmten Strom eine gewisse Zeitlang aufzuladen. Dadurch vermeidet man, dass ein noch halbvoller Akku überladen wird, mit den oben erwähnten Folgen. Fig. 5 lässt erkennen, dass die Spannung sehr schnell und der Druck und die Temperatur nur langsam bei zunehmender Aufladung steigen. Dadurch wird in der Zelle ein wachsender Anteil der zugeführten Energie in Gas (Sauerstoff) umgesetzt, das in den Elektroden in der zur Verfügung stehenden Zeit chemisch nicht gebunden werden kann. Der Druck steigt also entsprechend und bewirkt, dass ein Teil des frei werdenden Sauerstoffes sich an die negative Elektrode unter Wärmeentwicklung bindet. Mit steigender Temperatur sinkt die Spannung wieder. NC-Zelien haben daher einen negativen Temperaturkoeffizienten von etwa -4mV/°C. Dies erklärt den Verlauf der Spannungscharakteristik der Zelle mit der zu Anfang steigenden Spannung, die nach Erreichen der vollständigen Aufladung (100%) zwar noch etwas zunimmt, dann aber mit zunehmender Überladung wieder absinkt. Der grösste Teil der zugeführten Energie wird, wie Fig. 5 ebenfalls zeigt, in Wärme umgesetzt. Die dargestellten Parameter sind ein Mass für den Ladezustand einer Zelle und eine sichere Information für ein Ladegerät, das den Ladevorgang durchführt, überwacht und beendet. An often practiced and reliable way of charging a battery is to discharge it completely and then charge it with a certain current for a certain time. This prevents a half-full battery from being overcharged, with the consequences mentioned above. Fig. 5 shows that the voltage increases very quickly and the pressure and the temperature rise only slowly with increasing charging. As a result, a growing proportion of the energy supplied is converted into gas (oxygen) in the cell, which cannot be chemically bound in the electrodes in the time available. The pressure rises accordingly and causes part of the released oxygen to bind to the negative electrode with the development of heat. With increasing temperature, the voltage drops again. NC cells therefore have a negative temperature coefficient of around -4mV / ° C. This explains the course of the voltage characteristic of the cell with the initially increasing voltage, which increases slightly after full charge (100%) is reached, but then decreases again with increasing overcharge. Most of the energy supplied is also converted into heat, as FIG. 5 also shows. The parameters shown are a measure of the state of charge of a cell and reliable information for a charger which carries out, monitors and terminates the charging process.

Ladegeräte für NC-Akkus mit Langsam-Schnell-und Quasi-Schnelladung sind hinreichend bekannt. So ist beispielsweise in der DS-OS 2 651 067 eine Schnelladeeinrichtung beschrieben, bei der ein zu ladender Akkumulator zunächst mit einem erhöhten Ladestrom bis zu einem vorgegebenen Prozentsatz der zu erreichenden Ladeschlussspannung aufgeladen wird, wobei dann an diesen ersten Schnelladeabschnitt sich ein weiterer Ladeabschnitt mit reduziertem Ladestrom über eine vorgegebene Zeit an-schliesst. Dabei wird, um ein schädliches Überladen sicher zu vermeiden, zusätzlich vorgeschlagen, den zweiten Ladeabschnitt ggf. vorzeitig abzuschalten, wenn eine vorgegebene Klemmenspannung bzw. eine vorgegebene Temperatur des Ahku-mulators erreicht oder überschritten wird. Chargers for NC batteries with slow-fast and quasi-fast charging are well known. For example, a rapid charging device is described in DS-OS 2 651 067, in which an accumulator to be charged is initially charged with an increased charging current up to a predetermined percentage of the final charging voltage to be achieved, with a further charging section with a reduced charge then being connected to this first quick charging section Connects charging current over a predetermined time. In order to reliably avoid harmful overcharging, it is additionally proposed to switch off the second charging section prematurely if necessary when a predetermined terminal voltage or a predetermined temperature of the accumulator is reached or exceeded.

Dabei geht diese Ladeeinrichtung ebenso wie andere bekannte Schnelladeeinrichtungen von der Annahme aus, dass eine Wiederaufladung nach einer vorgegebenen Zeit bzw. bei einer ganz bestimmten Klemmenspannung erreicht sei und dass nach dem Abschalten jeder einzelne Akkumulator bis angenähert an die volle Nennkapazität aufgeladen sei. Dieses ist aber oftmals nicht der Fall, da durch die verschiedensten Einflüsse im Laufe der Zeit (Betriebsdauer, Überladungen, Kurzschlüsse und dgl.) die in einem derartigen Akku speicherbare Energie mehr und mehr abnimmt. Diese Abnahme der Ladekapazität wird dabei im allgemeinen erst dann festgestellt, wenn das mit dem Akkumulator zu betreibende Gerät während der Zeit seiner Einsatzbereitschaft plötzlich ausfällt, was insbesondere This charging device, like other known rapid charging devices, assumes that recharging has been achieved after a predetermined time or at a very specific terminal voltage and that after switching off, each individual accumulator is charged up to approximately the full nominal capacity. However, this is often not the case, since the various influences in the course of time (operating time, overloads, short-circuits and the like) reduce the energy which can be stored in such a battery more and more. This decrease in charging capacity is generally only determined when the device to be operated with the accumulator suddenly fails during the period in which it is ready for use, which in particular

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bei allen Notrufaggregaten, aber auch Sprechgeräten im Katastropheneinsatz nicht tolerierbar ist. Diese Unkenntnis der tatsächlichen Vorgeschichte eines Akkumulators vor seiner erneuten Aufladung führt zu immer ungünstigeren Bedingungen für den Akku, so dass er auf eine Weise aufgeladen wird, die immer schneller zu weiterem Kapazitätsverlust bis zu seiner Unbrauchbarkeit führt. is not tolerable in all emergency units, but also in walkie talkies. This lack of knowledge of the actual history of a rechargeable battery before it is recharged leads to increasingly unfavorable conditions for the rechargeable battery, so that it is charged in a manner that leads more rapidly to further loss of capacity until it becomes unusable.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Lösung anzugeben, mit der Akkus, insbesondere solche, die nicht einem Gerät fest zugeordnet sind, auf eine Weise aufladbar sind, die eine lange Lebensdauer des Akkus hinsichtlich Stromfestigkeit und hoher Kapazitätswerte ermöglicht The object of the present invention is therefore to provide a solution with which rechargeable batteries, in particular those which are not permanently assigned to a device, can be charged in a manner which enables the battery to have a long service life with regard to current resistance and high capacitance values

Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. This object of the invention is achieved by the features specified in claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Further advantageous refinements and developments of the subject matter of the invention can be found in the dependent claims.

Der durch die Erfindung gezeigte Weg für eine akkuindividuelle Aufladung in vollautomatischen Ladegeräten, führt zu dem Vorteil einer langen Akku-Lebensdauer bei Aufrechterhaltung einer möglichst grossen Kapazität und Stromfestigkeit. The way shown by the invention for battery-specific charging in fully automatic chargers leads to the advantage of a long battery life while maintaining the largest possible capacity and current resistance.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen: The invention is described below with reference to an exemplary embodiment explained by drawings. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines NC-Akkumulators mit eingebauter Typidentifizierung und eingebautem Temperaturfühler, 1 is a schematic representation of an NC battery with built-in type identification and built-in temperature sensor,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Erzeugung und Speicherung eines Benutzungs-und/oder Betriebsparameterprofils und zur Erzeugung von Steuersignalen für ein Ladegerät, 2 shows a block diagram of a device for generating and storing a usage and / or operating parameter profile and for generating control signals for a charger,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Akku-Ladegerätes, 3 is a block diagram of a battery charger,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ladeschaltung, 4 is a block diagram of a charging circuit,

Fig. 5 ein Kurvendiagramm von Betriebsparametern einer NC-Zelle, 5 shows a curve diagram of operating parameters of an NC cell,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Strommessvorrichtung, 6 shows a schematic diagram of a current measuring device,

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung eines Ladegerätes mit einem Serien-Parallelwandler für die Zuführung von Einstellsignalen und Fig. 7 is a schematic diagram of a charger with a series parallel converter for the supply of setting signals and

Fig. 8 bis 10 Prinzipdarstellungen von Ladegeräten mit Thyristor-Schaltungen. 8 to 10 schematic diagrams of chargers with thyristor circuits.

Wegen der normalerweise üblichen Trennung von Akku, Verbraucher und Ladegerät, wodurch bei Verwendung mehrerer Akkus, Verbraucher und Ladegeräte eine eindeutige Zuordnung nicht mehr möglich ist, wird im Akku eine Einrichtung vorgesehen, welche die zeitlichen Verläufe von Lade- und Entla-deströmen, Spannung, Temperatur und Druck registriert. Eine solche Einrichtung kann im Akkupack, also einer bedarfsweisen Zusammenschaltung mehrerer NC-Zellen zu einem Paket, untergebracht werden, wenn man sich der Technologie der Mikroelektronik bedient. Bisherige Akkupacks enthalten, wie Fig. 1 zeigt, neben den NC-Zellen (2) Identifizierglieder (3), das sind Widerstände, Dioden oder dgl., zur Identifizierung des Akkutyps sowie ggf. Temperaturfühler (4), die über die externen Anschlüsse (5 bis 8) mit einem Ladegerät verbunden werden können. Because the battery, consumer and charger are normally separated, which means that when several batteries, consumers and chargers are used, a clear assignment is no longer possible, a device is provided in the battery which shows the chronological course of charging and discharging currents, voltage, Temperature and pressure registered. Such a device can be accommodated in the battery pack, that is, if necessary, interconnecting several NC cells to form a package, if the technology of microelectronics is used. Previous battery packs, as shown in FIG. 1, contain, in addition to the NC cells (2), identifying elements (3), which are resistors, diodes or the like, for identifying the battery type and, if applicable, temperature sensors (4) which are connected via the external connections ( 5 to 8) can be connected to a charger.

Eine Einrichtung, die den zeitlichen Verlauf der oben erwähnten Parameter sowohl erzeugen, als auch speichern kann, ist im Prinzip in Fig. 2 dargestellt. Sie kann aus einer starren oder flexiblen Schaltkarte (21) bestehen, die ein bis mehrere Halbleiterchips (9 bis 17), die erforderliche Verdrahtung sowie die Anschlüsse mit der äusseren Welt aufnimmt. A device that can both generate and store the time profile of the above-mentioned parameters is shown in principle in FIG. 2. It can consist of a rigid or flexible circuit card (21) which holds one or more semiconductor chips (9 to 17), the necessary wiring and the connections to the outside world.

Im Zuge einer gewünschten niedrigen Verlustleistung im Bereich einiger Pikowatt wird man sich für den Aufbau der Schaltkreise in den Mikrochips der bekannten GMOS-Technologie bedienen, die in mehreren Varianten zur Verfügung steht. Das Hauptelement der Einrichtung (21) ist ein Mikroprozessor (MP; 9), der schon selbst über einen Lesespeicher (ROM) verfügt, in dem sich beispielsweise sein Steuerprogramm befindet. Der zusätzliche elektrisch lösch- und programmierbare Lesespeicher (EEPROM; 10) dient der Aufnahme der Messdaten, die zu den Parameterverläufen aufgearbeitet und gespeichert werden. Daneben enthält er Tabellen, die akkutyp-spezifische Kurvenscharen der Parameter darstellen, und somit die zulässige Bandbreite dieser Parameter beinhalten. In the course of a desired low power loss in the range of a few picowatts, the well-known GMOS technology, which is available in several variants, will be used for the construction of the circuits in the microchips. The main element of the device (21) is a microprocessor (MP; 9), which itself has a read-only memory (ROM) in which, for example, its control program is located. The additional electrically erasable and programmable read memory (EEPROM; 10) is used to record the measurement data, which are processed and saved for the parameter profiles. In addition, it contains tables that represent battery type-specific groups of curves of the parameters and thus contain the permissible range of these parameters.

Ferner ist ein Taktgenerator (TG; 16) vorgesehen, der die Abläufe in der Einrichtung (21) synchronisiert sowie als Zeitbasis für die Registrierung des zeitlichen Verlaufs der Parameter dient. Der Verkehr mit der äusseren Welt erfolgt über eine Schnittstelle (SCHN; 17), über welche analoge Eingangssignale, die Spannungen, spannungsabhängige Widerstandswerte, temperatur- und druckabhängige Widerstandswerte sowie Typidentifizierungssignale in Form von Widerstandswerten oder Diodenspannungen zugeführt werden und über die digitale Ausgangssignale (ES) zur Einstellung eines jeweils gewünschten Ladestromes zu einer Ladeschaltung (29) übertragen werden. A clock generator (TG; 16) is also provided, which synchronizes the processes in the device (21) and serves as a time base for the registration of the time profile of the parameters. Traffic with the outside world takes place via an interface (SCHN; 17), via which analog input signals, the voltages, voltage-dependent resistance values, temperature- and pressure-dependent resistance values and type identification signals in the form of resistance values or diode voltages are fed and via the digital output signals (ES) are transmitted to a charging circuit (29) for setting a desired charging current.

Die genannten analogen Eingangssignale der Akkuspannung (UAK), der Typidentifizierung (ID) sowie des Temperaturfühlers (TF) müssen zuvor in einem Analog-/Digitalwandler (A/D; 11) in eine digitale Darstellungsform gewandelt werden, damit ihre digitale Verarbeitung im Mikroprozessor (8) und den übrigen Komponenten, einem Vergleicher (VGL; 12) einer Temperaturüberwachung (TU; 13), einer Typ-erkennungseinrichtung (TE 14) sowie einer Strommessschaltung (STM; 15) möglich ist. The aforementioned analog input signals of the battery voltage (UAK), the type identification (ID) and the temperature sensor (TF) must first be converted into a digital form of representation in an analog / digital converter (A / D; 11) so that their digital processing in the microprocessor ( 8) and the other components, a comparator (VGL; 12), a temperature monitor (TU; 13), a type recognition device (TE 14) and a current measuring circuit (STM; 15) are possible.

Soll die Zahl der Leitungen, zum Beispiel derjenigen, die mit den Anschlusspunkten (22 bis 26) verbunden sind und welche die Einstellsignale (ES) zu dem Ladegerät (27) in Fig. 3 übertragen, möglichst auf eine Leitung beschränkt werden, dann muss in der Einrichtung (21) an den entsprechenden Ausgängen der Schnittstellen (17) ein Serien-ZParallel-wandler angeschlossen werden, der im einfachsten Fall ein fünfstelliges Schieberegister sein kann. Im Betrieb werden seine fünf Stufen parallel geladen und dann über einen Ausgang seriell zur Ladeschaltung (LS; 29) im Ladegerät (27) übertragen. Dieser ist dann in Abweichung der Darstellung in Fig, 3, ein Serien-/Parallelwandler vorgeschaltet, der ebenfalls aus einem fünfstelligen Schieberegister beste- If the number of lines, for example those which are connected to the connection points (22 to 26) and which transmit the setting signals (ES) to the charger (27) in FIG. 3, is to be limited as far as possible to one line, then in A series Z-parallel converter can be connected to the device (21) at the corresponding outputs of the interfaces (17), which in the simplest case can be a five-digit shift register. In operation, its five stages are charged in parallel and then serially transmitted to the charging circuit (LS; 29) in the charger (27) via an output. In deviation from the representation in FIG. 3, this is then connected upstream of a series / parallel converter, which likewise consists of a five-digit shift register.

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hen kann dessen fünf Stufen seriell geladen und parallel ausgelesen werden können. Die Parallelausgänge sind dabei mit den Eingängen der Ladeschaltung (29) verbunden. Sowohl in Fig. 2, als auch in Fig. 3 sind diese Wandler nicht dargestellt (vgl. aber Fig. 7). Its five levels can be loaded serially and read out in parallel. The parallel outputs are connected to the inputs of the charging circuit (29). Both in FIG. 2 and in FIG. 3, these converters are not shown (but see FIG. 7).

Für die Ableitung der Druckparameter ist im Akkupack (1) ein Druckfühler vorzusehen, der, je nach seinem zugrundeliegenden physikalischen Prinzip eine dem jeweiligen Druck entsprechende Spannung oder einen Widerstandswert erzeugt. Ein solcher Analogwert wird dann ebenfalls über die Schnittstelle (17) zugeführt und über den Analog-/ Digitalwandler (11) einer digitalen Weiterverarbeitungzugeführt. To derive the pressure parameters, a pressure sensor must be provided in the battery pack (1), which, depending on its underlying physical principle, generates a voltage or a resistance value corresponding to the respective pressure. Such an analog value is then also fed via the interface (17) and fed to digital further processing via the analog / digital converter (11).

Zur Erfassung der Ströme (Lade- und Entlade-ströme) wird vorteilhafterweise ein Hallgenerator (HG; 37) verwendet, der das Magnetfeld einer äusserst niederohmigen Spule (36) misst, die in den Hauptstrompfad eingeschaltet ist Es ergibt sich dabei eine Haltspannung, die von einer Materialkonstanten, einem Querstrom und der Stärke des Magnetfeldes der Spule im Hauptstrompfad abhängt. Da die Stärke des Magnetfeldes wiederum vom Strom im Hauptstrompfad abhängt, kann der Ladeoder Entladestrom der im Hauptstrompfad und somit durch die Spule fliesst, zur Messung des Stromes herangezogen werden. Die Strommessvorrichtung (15) kann hierbei in Verbindung mit der Messschal-tung (35), die über die Schnittstelle angeschlossen ist, die Berechnung des Lade- oder Entladestromes vornehmen. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Funktionen der Schaltkreise auf den Chips (11 bis 15) auch in einen Mikroprozessor (9) entsprechender Intelligenz verlegt werden können. A Hall generator (HG; 37) which measures the magnetic field of an extremely low-resistance coil (36), which is switched into the main current path, is advantageously used to record the currents (charge and discharge currents) a material constant, a cross current and the strength of the magnetic field of the coil in the main current path. Since the strength of the magnetic field in turn depends on the current in the main current path, the charging or discharging current that flows in the main current path and thus through the coil can be used to measure the current. The current measuring device (15) can, in conjunction with the measuring circuit (35), which is connected via the interface, perform the calculation of the charging or discharging current. It should be mentioned at this point that the functions of the circuits on the chips (11 to 15) can also be relocated to a microprocessor (9) of appropriate intelligence.

Von grossem Nutzen kann auch eine Anzeigeeinrichtung (ANZ; 60) sein, die es gestattet, den augenblicklichen Ladezustand des zugeordneten Akkus oder andere interessierende Akkudaten, die gespeichert sind oder gerade abgefühlt werden, anzuzeigen. A display device (ANZ; 60) can also be of great use, which allows the current state of charge of the associated battery or other battery data of interest that are stored or are currently being sensed to be displayed.

Es empfehlen sich hier ein- oder mehrstellige numerische oder alphanumerische Flüssigkristallanzeigen, die bekanntlich nur eine geringe Verlustleistung aufweisen. We recommend single- or multi-digit numerical or alphanumeric liquid crystal displays, which are known to have only a low power loss.

Im Prinzip ist ei gleichgültig, ob die Anzeigeeinrichtung auf der Schaltkarte selbst oder getrennt von ihr im Akkupack angeordnet ist. Gegen eine getrennte Anordnung spricht nur die zusätzliche Verbindung (61,62), die eine mögliche spätere Störquelle darstellt In principle, it is irrelevant whether the display device is arranged on the circuit card itself or separately from it in the battery pack. A separate arrangement is only spoken by the additional connection (61, 62), which represents a possible later source of interference

Der zeitliche Verlauf der Ströme (Lade- und Ent-ladeströme) kann somit ebenfalls im Speicher (10) abgespeichert werden. Für die Durchführung der Datenverarbeitungs- und Steuerfunktionen steht ein Datenbus (DB; 20), ein Taktbus (TB; 19) sowie ein Sieuersignalbus (STB; 18) zur Verfügung, welche die einzelnen Systemkomponenten miteinander verbinden. The course of the currents over time (charging and discharging currents) can thus also be stored in the memory (10). A data bus (DB; 20), a clock bus (TB; 19) and a control signal bus (STB; 18) are available to carry out the data processing and control functions, which connect the individual system components with each other.

Das in Fig. 3 dargestellte Ladegerät (27) benötigt für eine schonende Akkuladung keine hohe Eigenintelligenz mehr, da diese zur Hauptsache in der Einrichtung (21) vorhanden ist, die in jedem Akkupack installiert ist. Es besteht somit nur noch aus zwei Komponenten, nämlich der Stromversorgung (SV; The charger (27) shown in Fig. 3 no longer requires a high level of self-intelligence for a gentle battery charge, since this is mainly in the device (21) installed in each battery pack. It therefore only consists of two components, namely the power supply (SV;

28), die aus der Netzspannung oder der Spannung einer geeigneten Batterie oder eines anderen geeigneten Akkumulators eine Gleichspannung der gewünschten Höhe erzeugt. 28), which generates a DC voltage of the desired level from the mains voltage or the voltage of a suitable battery or another suitable accumulator.

Diese Gleichspannung wird über eine Ladeschaltung (29) an den Akkupack angelegt. In einer in den Fig. 3 und 4 nicht dargestellten Weise können die lypspezifischen Einstellsignale, die über die Kontakte (24 bis 26) an die Ladeschaltung (29) angelegt werden, auch in der Stromversorgungsschaltung (28) zur Erzeugung unterschiedlich hoher Gleichspannungen verwendet werden, die über (33 und 34) der Ladeschaltung (29) zugeführt werden. Ein Teil der Ausgangssignale (T1 bis T8) des Dekodie-rers (31) können zu der Siromversorgungsschal-tung (28) übertragen werden, um dort diese unterschiedlich hohen Gleichspannungen, die für das Laden von Akkupacks unterschiedlicher Nennspannungen benötigt werden, zu erzeugen. This DC voltage is applied to the battery pack via a charging circuit (29). In a manner not shown in FIGS. 3 and 4, the type-specific setting signals which are applied to the charging circuit (29) via the contacts (24 to 26) can also be used in the power supply circuit (28) to generate differently high DC voltages, which are fed via (33 and 34) to the charging circuit (29). Part of the output signals (T1 to T8) of the decoder (31) can be transmitted to the sirom supply circuit (28) in order to generate there different DC voltages which are required for charging battery packs of different nominal voltages.

Fig. 4 zeigt eine von mehreren möglichen Varianten für die Erzeugung der Ladeströme für vier Ladebetriebsarten und acht verschiedene Typen von Akkupacks. Die Einstellsignale (ES), die über die Anschlüsse (22 bis 26) an die Ladeschaltung (29) angelegt werden, gelangen zu einem ersten Binärdekoder (DEC1 30) und einem zweiten Binärdekoder (DEC2; 31). Während der erste Dekoder (30) aus den beiden ersten Steuersignalen, die über die beiden ersten Anschlüsse (22 und 23) herangeführt werden, die Ladebetriebsartensignale für Schneila-dung (SL), für Quasi-Schnelladung (QL), für Lang-samladung (LL) und für die Erhaltungsladung (EL) erzeugen, werden vom zweiten Dekoder (31) die folgenden Einstellsignale an den Anschlüssen (24 bis 26) in die Typensignale (T1 bis T8) dekodiert. 4 shows one of several possible variants for generating the charging currents for four charging modes and eight different types of battery packs. The setting signals (ES), which are applied to the charging circuit (29) via the connections (22 to 26), reach a first binary decoder (DEC1 30) and a second binary decoder (DEC2; 31). While the first decoder (30) from the first two control signals, which are brought in via the two first connections (22 and 23), the charging mode signals for cutting charge (SL), for quasi-quick charge (QL), for slow charge ( LL) and generate for the trickle charge (EL), the following setting signals at the connections (24 to 26) are decoded into the type signals (T1 to T8) by the second decoder (31).

Ein nachgeschalteter dritter Dekoder (DEC3; 32) erzeugt 32 Einstellsignale, von denen jedes für eine Ladebetriebsart eines Akkupacktyps repräsentativ ist. Fig. 4 zeigt einen Dekoder (32), der die 12 Eingangssignale (SL bis EL und T1 bis T8) nach dem Prinzip 1 aus 32 dekodiert. Das jeweils resultierende Ausgangssignal dieses Dekoders (32), beispielsweise (SL/T1 oder EL/T1 oder EL/T8) kann als Steuersignal eines steuerbaren Schalters (S1 bis S32) betrachtet werden, der einen Strombegrenzungswiderstand (R1 bis R32) in die Hauptladestromleitung einschleift. Eine solche Hauptstromleitung verläuft beispielsweise über die +-Leitung am Anschlusspunkt (33), einen geschlossenen Schalter (Si), einen Strombegrenzungswiderstand (Ri), den Anschlusspunkt (5), den positiven Pol eines Akkupacks (2) (Fig. 1) und den Anschlusspunkt (6) nach Gerätemasse. A downstream third decoder (DEC3; 32) generates 32 setting signals, each of which is representative of a charging mode of a battery pack type. Fig. 4 shows a decoder (32) which decodes the 12 input signals (SL to EL and T1 to T8) according to the principle 1 of 32. The respectively resulting output signal of this decoder (32), for example (SL / T1 or EL / T1 or EL / T8) can be regarded as a control signal of a controllable switch (S1 to S32) which inserts a current limiting resistor (R1 to R32) into the main charging current line . Such a main power line runs, for example, via the + line at the connection point (33), a closed switch (Si), a current limiting resistor (Ri), the connection point (5), the positive pole of a battery pack (2) (FIG. 1) and the Connection point (6) according to device dimensions.

Bei günstiger Entwurfsgestaltung können zwei oder mehr Strombegrenzungswiderstände parallel geschaltet werden, so dass sich der Komponentenaufwand auf diese Weise reduzieren lässt. Der Dekoder (32) müsste dann einen anderen internen Aufbau aufweisen, der es ihm erlaubt, andere Dekodie-rungsprinzipien zugrundezulegen, die einerseits der Ladestromvielfalt und andererseits dem verringerten Komponentenaufwand bei den Strombegrenzungswiderständen (Ri) und Selektionsschaltern (Si) Rechnung trägt. With a favorable design, two or more current limiting resistors can be connected in parallel, so that the component effort can be reduced in this way. The decoder (32) would then have to have a different internal structure, which allows it to use other decoding principles, which take into account the variety of charging currents on the one hand and the reduced component expenditure for the current limiting resistors (Ri) and selection switches (Si) on the other.

Eine andere Ausführungsform eines Ladegerä- Another embodiment of a charger

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tes, das durch eine einem Akkupack individuell zugeordnete Einrichtung (21) steuerbar ist, zeigt Fig. 7. Das dort dargestellte Ladegerät (43) besteht wiederum aus einer Stromversorgung (45) sowie einer Ladeschaltung (46), weich letzterer die Einstellsignale seriell über den Anschluss (22) zugeführt werden. Die Einstellsignale gelangen über ein als Serien-/Parallelwandler geschaltetes Schieberegister (SR 44) zur Ladeschaltung (46). Die bitweise übertragenen Einstellsignale, die seriell am Eingang (E) des Schieberegisters (44) eintreffen, werden mit Hilfe von fünf Schiebeimpulsen, die am Takteingang des Schieberegisters angelegt werden, in die fünf Stufen geschoben. An den Ausgängen der fünf Stufen des Schieberegisters sind nunmehr die fünf Einstellsignale parallel abgreifbar, und zwar so lange, bis neue Einstellsignale von der Einrichtung (21) zum Ladegerät (43) übertragen werden, wodurch ein anderer Ladestrom und/oder eine andere Ladespannung eingestellt werden. Fig. 7. The charger (43) shown there, in turn, consists of a power supply (45) and a charging circuit (46), the latter softens the setting signals serially via the Connection (22) are supplied. The setting signals go to the charging circuit (46) via a shift register (SR 44) connected as a series / parallel converter. The setting signals transmitted bit by bit, which arrive serially at the input (E) of the shift register (44), are shifted into the five stages with the aid of five shift pulses which are applied to the clock input of the shift register. The five setting signals can now be tapped in parallel at the outputs of the five stages of the shift register until new setting signals are transmitted from the device (21) to the charger (43), whereby a different charging current and / or a different charging voltage are set .

Die Prinzipdarsteltung in Fig. 7 erlaubt auch die Annahme, dass die Stromversorgungsschaltung The principle in Fig. 7 also allows the assumption that the power supply circuit

(45) von steuerbaren Gleichrichtern mit Thyratron-Charakteristik Gebrauch macht. Die Ladeschaltung (45) makes use of controllable rectifiers with thyratron characteristics. The charging circuit

(46) enthält dann die Steuerelemente, auch Zündglieder genannt, die den gewünschten Stromflusswinkel einstellen. Die Einstellsignale (ES) dienen dann dazu, entweder in der schon im Zusammenhang mit Fig. 4 erläuterten Weise mit Hilfe der steuerbaren Schalter (S1 bis S32) Zündglieder (ZGLi; 53, 54, 55, ...) mit definierten Zündzeitpunkten (bestimmt durch in ihnen enthaltene RC-Glieder) an die Steuerelektrode (SE) eines Thyratrons (52) zur Einstellung des gewünschten Stromflusswinkels anzulegen, oder aber, wie Fig. 8 zeigt, in einem Ladegerät (47) anderer Bauart, z.B. in einer Brückenschaltung (BS) in einer Stromversorgung (48) die Thyristoren (52) über eine Steuerleitung (51) mittels eines Zündgliedes (50) zu steuern, bei dem die über die den Anschlusspunkt (22) von der Einrichtung (21) herangeführten Einstellsignale (ES) von dieser bereits als Triggerimpulse hinsichtlich der Ladebetriebsart und des Akkupacktyps berechneter Dauer erzeugt wurden. Dieses führt, wie Fig. 8 erkennen lässt, zu einer besonders wirtschaftlichen Ausführungsform des Ladegerätes (47). (46) then contains the control elements, also called ignition elements, which set the desired current flow angle. The setting signals (ES) are then used, either in the manner already explained in connection with FIG. 4 with the aid of the controllable switches (S1 to S32) ignition elements (ZGLi; 53, 54, 55, ...) with defined ignition times (determined by RC elements contained in them) to the control electrode (SE) of a thyratron (52) to set the desired current flow angle, or, as shown in FIG. 8, in a charger (47) of another type, for example in a bridge circuit (BS) in a power supply (48) to control the thyristors (52) via a control line (51) by means of an ignition element (50), in which the setting signals supplied by the device (21) via the connection point (22) (ES) have already been generated by this as trigger impulses with regard to the charging mode and the battery pack type. As can be seen in FIG. 8, this leads to a particularly economical embodiment of the charger (47).

Claims

1.Device for charging accumulators, which have devices for identifying the battery type and for sensing its temperature, with a power supply device and with a charging circuit, which has a switching device for the charging mode as fast, quasi-fast, slow or trickle charging for one to has several types of batteries, characterized in that for setting the charging mode and thus the charging currents of the charging circuit (29), the same setting signals (ES) are supplied, which are formed by comparing the data processing arrangement (21) which is permanently assigned to the respective battery (1) stored individual charge current, discharge current, voltage, temperature,

and / or pressure-time profile can be derived with an also stored target profile.

2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a data processing arrangement (21, FIG. 2) permanently assigned to a battery or a battery pack (1), the at least one microprocessor (9), a memory (10), an analog - / Digital converter (11), a comparator (12), a clock (16), a temperature monitor (13), a battery type detection circuit (14), a current measuring device (15, 35) and a sectional circuit (17), which contains by a data bus (20), a control signal bus (18) and a clock bus (19) are connected to one another.

3. Device according to claim 2, characterized in that the components (9 to 16) of the device permanently assigned to the battery (21) are arranged on a circuit card which has the required connecting lines (18 to 20).

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the memory (10) of the data processing arrangement is an electrically erasable and programmable read-only memory of the EEPROM type, which does not lose its content in the event of power failure.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the memory (10) is a dynamic or static read / write memory to which an EEPROM is assigned, which drops when the battery voltage drops below a predetermined minimum value, takes over the data that is urgently required to continue operations.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that an interruption switch is provided in the main current path (5, 5a, 6), which opens the main current path when reaching a predetermined minimum voltage on the battery when discharging, in order to deep discharge and possibly reverse polarity To avoid battery cells.

7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the functions of the analog / digital converter (11), the comparator (12), the temperature monitor (13) and the battery type detector (14) in the microprocessor (9 ) are integrated.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least the target profiles for charging and discharging current, voltage, temperature and / or pressure are stored in tabular form.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the setting signals (ES) calculated from the comparison of the actual values with the target values of said profiles by the microprocessor (9), which are serial or parallel to the charging circuit (29) of a charger ( 27) are transmitted to at least one decoder (30, 31, 32) which generates charge mode and battery-specific control signals (SL / T1 to EL / T8; Fig. 4), which in turn each have a controllable switch (S1 to S32 ), which inserts a current limiting resistor (R1 to R32) corresponding to a desired charging mode and battery type into the main current path.

10. Device according to claim 9, thereby

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indicates that the decoder (s) (30 to 32) also generate two or more parallel control signals (SL / T1, EL / Tl), whereby two or more controllable switches (S1, S4) are set simultaneously and two or more current limiting resistors (R1 , R4) are looped in parallel into the main current path.

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that a part of the control signals (TS) derived from the setting signals (ES) by decoding is transmitted to the power supply device (28) (FIG. 10), where at least one controllable switch (S ) sets a different output voltage (UV1, UV2).

12. Device according to one of claims 9 to

11, characterized in that the setting signals (ES) set after their decoding to control signals (SL / T1 to EL / T8) by means of the same controllable switch, the ignition elements (53 to 55) for setting individual current flow angles that a desired charging mode for a desired Correspond to the type of battery, apply to the control electrode (SE) of a controllable rectifier (52) with thyristor characteristics.

13. Device according to one of claims 2 to

12, characterized in that a display device (60) is provided, which is connected to the data processing arrangement (21) and stored and / or just derived state values of the battery parameters, e.g. Charge or voltage.

14. Device according to claim 13, characterized in that a single- or multi-digit numerical or alphanumeric liquid crystal display is provided as the display device (60).

15. Device according to claim 13 or 14, characterized in that the display device (60) is arranged on the circuit card.

16. Device according to claim 13 or 14, characterized in that the display device (60) is arranged separately from the circuit card in the battery pack.

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