DE2322225C3 - 'Verfahren zum Laden einer aufladbaren Batterie und Schaltungsanordnung zum Ausüben des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Obcrbe griff des Patentanspruchs I und eine Vorrichtung zum Ausüben eines solchen Verfahrens gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung dieser Gattung ist aus der DT-OS 2Ü5I366 bekannt. Sie dienen dazu, die Betriebsbereitschaft nachladbarer Batterien (Akumulatoren) stets präsent zu halten und zugleich deren Lebensdauer zu verlängern.

Aus der DT-OS 21 24 579 ist ein Verfahren zur Überwachungsladung von Akumulatoren bekannt, bei

ίο dem in Abhängigkeit von Über- oder Unterschreiten einer vorgegebenen Batterie-Klemmenspannung eine Beeinflussung des Ladestroms erfolgt und darüber hinaus der Ladestrom bei Unterschreiten eines vorgegebenen Minimums ganz unterbrochen wird.

Andere herkömmliche Ladegeräte, wie sie insbesondere für Blei-Säure-Fahrbatterien eingesetzt werden, weisen eine Ausgangscharakteristik auf, bei der der vorgesehene Ausgangsstrom bei einer Spannung von 2,1 Volt je Zelle zu 100% in die Batterie eingespeist wird, wonach dieser Strom linear auf angenähert 65% bei einer Spannung von 2,6 Volt je Zelle verringert wird. Während des Ladens wird ein Zeitsteuergerät eingeschaltet, wenn die Spannung 2,35 Volt je Zeile erreicht, und dieses schaltet das Ladegerät nach einer weiteren Zeitspanne von z. B. drei Stunden wieder ab.

Derartige herkömmliche Ladegeräte berücksichtigen während ihres Betriebes ebenfalls nicht die Batteriegegebenheiten, die etwa vom Alter und vom Ladungsspeichervermögen der Batterie bestimmt sind. Außerdem erfordern solche Ladegeräte gewöhnlich manuelle Bedienung des Steuergeräts für die Zeitsteuerung des Aufladens sowie für eine Ausgleichsladung, denn ein geringes Überladen ist periodisch erforderlich, um sicherzustellen, daß jede einzelne Zelle voll aufgeladen ist.

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, ein Ladeverfahren und eine dieses Ladeverfahren verwirklichende Schaltungsanordnung für ein bedienungsfreundliches, universell anwendbares Ladegerät anzugeben, dessen Ladeeigenschaften nicht auf einen bestimmten Nenn-Ladezustand mit dementsprechend vorgegebenem Absolutwert für den (Erhaltungs-)Ladestrom für einen bestimmten Batterietyp abgestellt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst.

Indem auf den jeweils zurückliegenden Ladestromwert abgestellt wird, ist ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Ladegerät unabhängig vom Typ und vom Endladezustand der zu ladenden Batterie einsetzbar, anderweitig zu ermittelnde Steuer- oder Vergleichswerte müssen nicht mehr (manuell) in die Funktionssteuerung für das Ladegerät im Hinblick auf die jeweils angeschlossene Batterie eingespeist werden. Diese Funktion orientiert sich vielmehr an der physikalischen Wirkungsweise nachladbarer Batterien, die bei den in Betracht kommenden Batterietypen im wesentlichen einheitlich ist. Die Auswertung des Zeitverhaltens des Ladestroms in der erfindungsgemäßen Weise führt also zu einem stets optimalen Ladebetrieb, ohne Rücksicht auf den einzelnen an ein Ladegerät gerade angeschlossenen Batterietyp nehmen zu müssen. Denn bei der erfindungsgemäßen Lösung kommt es nicht mehr auf die absolute Größe des Ladestroms an, sondern auf dessen Schwankungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die dieses Verfuhren verwirklichende Schaltungsanordnung können vorteilhaft für verschiedene Anwendunssbelanee

weitergebildet werden, so für:

(a) automalisches Rückstellen der internen Steuerung eines Ladegeräts in den Ausgangszustand bei Austausch einer Batterie oder bei Ausfall der Energieversorgung;

(b) Verzögerung des Ladebeginns um eine kurze Zeitspanne nach Anschluß aer Batterie, um Funkenbildung am Batterie-Ladestecker zu vermeiden;

(c) Begrenzung des für den Pufferbetrieb zur Verfügung stehenden Stroms durch Verwendung des Anschlusses für verminderten Ausgleichsstrom, der normalerweise bei Ladegeräten vorhanden ist;

(d) Begrenzung des verfügbaren Stroms nach Erreichen einer Spannung von 2,35 Volt je Zelle durch Reduzieren des Tastverhältnisses des eingespeisten Stroms.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Schaltanordnungen zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsschaltbild für den Anschluß eines Ladegeräts an eine Batterie, ohne die Steuerschaltung zum Betrieb des Ladegeräts,

F i g. 2 im Blockschaltbild eine erste Ausführungsform einer Steuerschaltung,

Fig.3 im Blockschaltbild eine Steuerscru: tung in einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig.4 im Blockschaltbild eine Steuerschaltung in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 5 ein Spannungs-Zeit-Diagramm für den Spannungsverlauf an einer Zelle über der Zeit bei einer Batterie, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit einer Steuerschaltung nach F i g. 4 geladen wird,

Fig.6 ein Diagramm des Ladestroms über der Zeit beim Laden gemäß F i g. 5.

Das in Fig. 5 dargestellte Ladegerät I ist ausgangsseitig an eine Batterie 2 angeschlossen und in Verbindung mw noch zu beschreibenden Steuerschaltungen dazu bestimmt, die Batterie 2 auf ihren vollen Ladezustand zu laden; eingangsseitig ist das Ladegerät 1 an eine Wechselspannungsversorgung angeschlossen. Das Ladegerät 1 kann einen Strom für maximale Ladeleistung, wenn an das Triac 3, bzw. einen verminderten Strom zum Nachladen, wenn an das Triac 4 ein Steuersignal angelegt wird, liefern. Diese Steuersignale werden über Ausgangsleitungen 3', 4' von der Steuerschaltung (vgl. F i g. 2) zugeführt.

In der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung für eine Steuerschaltung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die an der Klemme 2' anstehende Batteriespannung auf einen Spannungsdetektor 5 gegeben, der ausgangsseitig auf einen Pulsgeber 6 geschaltet ist. Solange die Batteriespannung nicht den Wert von 2,35 Volt je Zelle erreicht, gibt weder der Spannungsdetektor 5 noch der Pulsgeber 6 ein Ausgangssignal ab, d. h., der letzterem nachgeschaltete Zähler 7 verbleibt in seiner Nullstellung. Dieser Zähler 7 ist hier aus binären Zählstufen der Wertigkeiten 2 bis 256 aufgebaut. Die Ausgänge der Stufen mit den Wenigkeiten »128« und »256« sind an die beiden Eingänge eines ODER-Gatters 8 angeschlossen, welches seinerseits ausgangsseitig über eine Inverterstufe 9 an einen Eingang eines weiteren ODER-Galters 10 angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Oszillators 11 verbunden ist; an den Ausgang dieses Oszillators Il ist die Ausgangsleitung 3' angeschlossen.

Bei einer für den Aufbau dieser digitalen Steuerschaltung beispielsweise gewählten sogenannten positiven Logik bewirkt am Zähler 7 je ein Null-Signal am Ausgang der Stufe mit der Wenigkeit »128« und am Ausgang der Stufe mit der Wertigkeit »256« ein Nuü-Signai am Eingang der Inverterstufe 9 und somit ein L-Signal sowohl am Ausgang der Inverterstufe 9 als auch am Ausgang des ODER-Gatters 19 und damit am Eingang des Oszillators 11, der über die Ausgangsleitung 3' das Steuersignal auf die Steuerelektrode des Triac 3 gibt und damit bewirkt, daß das Ladegerät 1 die Batterie 2 mit voller Ladeleistung auflädt. Ein weiterer Oszillator 12. an den die Ausgangsleitung 4' angeschlossen ist, ist mit dem Oszillator U über eine Blockierleitung 13 verbunden, mittels derer sichergestellt wird, daß jeweils nur einer der beiden Oszillatoren 11 oder 12 gleichzeitig in Betrieb ist. Folglich kann im oben betrachteten Moment kein Steuersignal aurh an die Steuerelektrode des Triac 4 für verminderte Ladeleisiungim Pufferbetrieb übertragen werden.

Wenn jedoch die Batteriespannung den vorgegebenen Wert von 2,35 Voll je Zelle erreicht, liefert der Spannungsdetektor 5 ein Ausgangssignal, welches den Pulsgeber 6 und damit den Zähler 7 startet. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert der Pulsgeber 6 Zählimpulse so an den Eingang des Zählers 7, daß an den Ausgängen der verschiedenwertigen Stufen (2, 4, 8 ... 128, 25b) des Zählers 7 nacheinander nach 112.5, nach 225 bzw. nach 450 Sekunden, nach 15 bzw. nach 30 Minuten sowie nach 1,2 bzw. 4 Stunden ein Ausgangssignal erscheint. Wenn — zwei Stunden nach Starten des Pulsgebers 6 - der interne Übertrag des Zählers 7 erstmals am Ausgang der Stufe mit der Wertigkeit »128« ein Ausgangssignal erscheinen läßt, verschwindet das Signal am Eingang des Oszillators 11, da der Ausgang des ODER-Gatters 8 auf L-Potential umschaltet und folglich sowohl am Ausgang der Inverterstufe 9 als auch am Ausgang des ODER-Gatters 10 sich Nullsignal einstellt. Das Steuersignal auf der Ausgangsleitung 3' verschwindet, und das Triac 3 wird nicht mehr gezündet.

Der Ausgang des Spannungsdetektors 5 ist gleichzeitig mit einem Spannungs-Tastverhällnis-Wandler 14 verbunden, der ausgangsseitig auf eine Vollwellen-Synchronisiereinrichtung 15 geschaltet ist, die einen zweiten mit der Wechselspannungsversorgung an der Klemme 25 über eine Leitung 16 verbundenen Eingang aufweist. Das Ausgangssignal des Wandlers 14 wird, nach Einschalten über den Spannungsdetektor 5. mit den vollständigen Schwingungszügen der Wechselspannungsversorgung synchronisiert. Der Spannungs-Tastverhältnis-Wandler 14 ist beispielsweise eine monostabile Kippstufe, die an einen Taktkreis (nicht gezeichnet) für Steuerpulse angeschaltet ist, vop oenen sie periodisch gesetzt wird. Diese monostabile Kippstufe ist mit einer variablen Rückstellung versehen, womit die Zeitspanne zwischen zwei Steuerpulsen des Taktkreises einstellbar ist, während der ein Ausgangssignal am Wandler 14 ansteht.

Die auf volle Schwingungszüge der Wechselspan-

(,0 nungsversorgung arbeitende Synchronisiereinrichtung 15 ist z. B. ein Schaltkreis, wie er benutzt wird, um die Leistungsabgabe eines Thyristors zu steuern, indem die Anzahl voller Schwingungszüge der Wechselspannuiigsversorgung. während der innerhalb einer definier-

f,s ten Zeitspanne der Thyristor leitet, vorgegeben wird. Der Oszillator 12 und damit das Triac 4 werden folglich so angesteuert, daß nun ein Nachladen im Pufferbetrieb bei konstanter Spannung mit vermindertem Maximal-

strom aufrechterhalten bleibt. Die Blockierleilung 13 verhindert, daß während dieser Zeit der Oszillator Il noch arbeitet.

Der Pulsgeber 6 ist ferner ausgangsseitig auf einen der Eingänge einer ODER-Logik 17 geschaltet, deren andere Eingänge an den Zähler 7, und /war in diesem Beispiel an die Ausgänge seiner Stufen mit den Wertigkeiten »2«. »4« und »8« angeschlossen sind und deren Ausgang mit dem Steuereingang einer Torschaltung 18 verbunden ist. Letztere liegt zwischen einem Tastverhältnis-Mittelwerl-Wandler 19 einerseits und einem zweistufigen Niveaudetektor 20 andererseits, wobei der Wandler 19 eingangsseitig an den Ausgang des Wandlers 14 angeschlossen ist.

Der Wandler 19 liefert ein Ausgangssignal, dessen Größe den zeitlichen Mittelwert seines Eingangssignals repräsentiert.

Nach einer Betriebszeil des Pulsgebers 6 von z. B. etwa 1,5 Minuten gelangt ein Signal von der ODER-Logik 17 an die Torschaltung 18, wodurch das Ausgangssignal des Wandlers 19 auf den Eingang des Niveaudetektors 20 durchgeschaltet wird. Wenn das von letzterem in diesem Moment so indirekt abgefragte Tastverhältnis am Wandler 14 groß ist, womit auch der von der Batterie 2 (Fig. 1) aufgenommene Ladestrom hoch ist, liefert der Niveaudeteklor 20 ein Ausgangssigral an den zweiten Eingang des ODER-Gatters 10, über welches der Oszillator 11 gestartet wird, um ein Steuersignal über die Ausgangsleitung 3' auf das Triac 3 zu geben und damit das Ladegerät 1 mit voller Ladeleistung zu betreiben. Der Oszillator 12 wird gleichzeitig über die Blockierleitung 13 gesperrt. Diese Funktion der Steuerschaltung bleibt aufrechterhalten, solange am Ausgang der ODER-Logik 17 ein Signal ansteht, was wegen entsprechender Verschallung der ODER-Logik 17 mit dem Pulsgeber 6 und dem Zähler 7 bis zum erstmaligen Erscheinen eines Ausgangssignals an der Stufe der Wertigkeit »8« der Fall ist.

Sobald das Ausgangssignal des Wandlers 19 auf ein niedriges Niveau absinkt, oder wenn der Zähler 7 vollgezählt ist, also am Ausgang seiner Stufe mit der Wertigkeit »256« ein L-Signal erscheint, wird am Ausgang eines ODER-Gatters 21, der auf den Pulsgeber 6 geschaltet ist, hervorgerufen von wenigstens einem seiner beiden Eingänge, ein Stopsignal erzeugt, das ein Anhalten des Pulsgebers 6 bei konstantem, positivem Ausgangspotential bewirkt. Das dem Triac 3 über die Ausgangsleitung 3' zugeführte Steuersignal wird bei Eintreten beider Bedingungen unterbrochen, wie schon vorstehend beschrieben, und die Blockierleitung 13 wird wirkungslos.

Der Niveaudetektor 20 wird über eine Leitung 21' vom ODER-Gatter 21 bei niedrigem Ausgangspotential festgesetzt, und fortan wird der Oszillator 12 angesteuert, also über die Ausgangsleitung 4' das Ladegerät 1 für eine kontinuierliche Nachladung im Pufferbetrieb angesteuert, bis die Batterie 2 (s. F i g. 1) vom Ladegerät 1 getrennt wird.

Die einzelnen Stufen des Zählers 7 sind über ein ODER-Gatter 22 und eine Inverterstufe 23 an die Klemme 2' der Batterie sowie über das ODER-Gatter 22 und einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 24 mit invertiertem Ausgang an die Klemme 25 für die Wechselspannungsversorgung angeschlossen. Sobald die Batterie 2 (s. F i g. 1) oder die Wechselspan- (^ nungsversorgung abgeschaltet werden, liefern entweder die Inverterstufe 23 oder der Wandler 24 oder beide ein Ausgangssignal, welches ein Rückstellen des Zählers 7 auf den Anfangszustand der Zählung und damit ein Rückstellen der gesamten Steuerschaltung bewirkt.

Eine andere Ausführungsform des Steuergeräts zum Ansteuern des Ladegeräts, wie es in F i g. 3 als Blockschaltbild dargestellt ist, unterscheidet sich von demjenigen gemäß F i g. 1 und 2 vor allem dadurch, daß nun nur ein einziger Ladezustand, insbesondere derjenige für volle Ladeleistung, vorgesehen ist. Dieses erlaubt, eine Anzahl von Bauteilen beim Aufbau dieser Steuerschaltung einzusparen, während andererseits nur ein einziges zusätzliches Bauelement vorgesehen werden muß. nämlich eine Inverterstufe 26 zwischen dem Ausgang des Spannungsdetcktors 5 und einem zusätzlichen Eingang am ODER-Gatter 10. Es erübrigen sich insbesondere bei dieser vereinfachten Steuerschaltung das zweite Triac 4 (s. Fig.!) sowie der zu seiner Ansteuerung in F i g. 2 vorgesehene Oszillator 12.

Zu Beginn der Aufladung der Batterie 2 steht am Eingang der Inverterstufe 26 noch kein Eingangssignal an, so daß ihr Ausgangssignal über das ODER-Gatter 10 den Oszillator 11 in Betrieb setzt und somit über die Ausgangsleitung „V bewirkt, daß die Batterie 2(s. Fi g. 1) kontinuierlich mit voller Ladeleistung aufgeladen wird. Wenn die Batterie 2 die vorgegebene Spannung erreicht, beispielsweise 2,33 Volt je Zelle, wird wie zuvor der Pulsgeber 6 angesteuert, und der Zähler 7 empfängt dessen Zählimpulse, beginnt also zu zählen.

Während jeweils der anfänglichen Zeitspanne, da der Pulsgeber 6 und folglich auch der Zähler 7 noch in Ruhe bzw. in Ausgangsposition verharren, erscheint an den Eingängen der ODF.R-Logik 17 noch keinerlei Eingangssignal, und die Torschaltung 18 sperrt, der Niveaudetektor 20 erhält also kein Eingangssignal. Das ODER-Gatter 10 erhält deshalb Eingangssignale allein von der Synchronisiereinrichtung 15. So wird die Batterie bei konstanter Spannung gehalten. Unmittelbar nach jeder Ruheperiode wird die ODER-Logik 17 und folglich auch die Torschaltung 18 angesteuert, so daß der Wandler 19 Ausgangssignalc an den Eingang des Niveaudetektors 20 liefert. Wenn der Batterie-Ladestrom, dessen Größe durch das Ausgangssignal am Wandler 19 simuliert wird, groß ist, liefert der Niveaudetektor 20 ein kontinuierliches Ausgangssignal über das ODER-Gatter 10 an den Oszillator 11 und bewirkt damit ein Aufladen mit voller Ladeleistung, bis die nächste Ruheperiode einsetzt, woraufhin dieser Ablauf wiederholt wird.

Wenn sich jedoch einmal ein kleines Ausgangssignal am Wandler 19 einstellt, oder wenn im Zähler 7 als Zählergebnis die letzte Stufe mit der Wertigkeit »256« erreicht wird, wird ein Signal an einen Eingang des ODER-Gatters 21 gegeben, so daß der Pulsgeber 6 in einem Stadium mit positivem Ausgangspotential angehalten wird, wodurch auch das Zählen unterbrochen und der Niveaudetektor 20 mit niedrigem Ausgangspotential festgelegt wird, so daß der Oszillator It fortan unter Einfluß des Spannungsdetektors 5, über den Wandler 14 und die Synchronisiereinrichtung 15, betrieben wird, bis die Batterie 2 (s. Fig. 1) abgeschaltet wird. Dann wird der Zähler 7 wie bisher auf seine Anfangsstellung zurückgeschaltet

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung einer Steuerschaltung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Niveaudetektor 20 durch einen Komparator 20' ersetzt werden, und eine zusätzliche Torschaltung 27 liefert ein Eingangssignal für einer Analog-Speicher 28, der seinerseits ein Referenzsigna! an den Komperator 20' liefert.

Während die zuvor gerade beschriebene Ausführungsform das Ende eines jeweiligen Abfragezyklus und deshalb auch das Ende einer jeweiligen Aufladung mit voller Ladeleistung bestimmt, nämlich durch Vergleich des Batterie-Ladestroms mit einem vorgegebenen festen Wert, vergleicht die in F i g. 3 alternativ angegebene Schaltung den Wert des Ladestroms für jeden Zyklus mit demjenigen Wert, der beim vorangegangenen Zyklus ermittelt und im Analogspeicher 28 festgehalten wurde. Diese VcKleichsvorgänge sind abgeschlossen, wenn die Difierenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten geringer geworden ist, als ein vorgegebener kleiner Prozentwert.

Merkmale der bisher beschriebenen Schaltanordnungen können auch in Kombination miteinander angewandt werden.

Die in Fig.4 dargestellte Schaltanordnung weist für entsprechende Bauelemente gemäß F i g. 2 und 3 übereinstimmende Bezugszeichen auf.

Zu Beginn des Ladevorgangs ist die Batteriespannung niedrig, und folglich erscheint kein Ausgangssignal am Spannungsdetektor 5. Der Pulsgeber 6 arbeitet nicht, und die Ausgänge der einzelnen Stufen des Zählers 7 stehen auf ihrem Anfangswert, weisen also Nullpotential auf. Wie in F i g. 4 dargestellt, sind die Ausgänge der ersten drei Stufen des Zählers 7 (insbesondere, im Fall des binär aufgebauten Zählers, die Stufen mit den Wertigkeiten »2«, »4«, und »8«) an eine erste UND-Logik 29 und eine zweite UND-Logik 30 angeschlossen. Der Ausgang der ersten UND-Logik 29 ist an einen Eingang eines ODER-Gatters 31 und der Ausgang der letzteren an den Eingang einer lnverterstufe 32 angeschlossen.

Unter den momentan betrachteten Umständen, also ohne Eingangssignal an der Inverterstufe 32, liefert letztere ein Ausgangssignal an einen elektronischen Schalter 33 und schaltet diesen durch, womit ein Vollwellenoszillator 34 auf Erdpotential gelegt und damit angehalten wird, was wiederum bewirkt, daß der Oszillator 12 kontinuierlich arbeitet. Über die Ausgangsleitung 4'wird somit das Ladegerät 1 (s. Fig. 1)fiir Betrieb mit üblicher Ladecharakteristik angesteuert.

Wenn die Batteriespannung einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 2,35 Volt je Zelle, erreicht, was in dem in Fig.5 dargestellten Diagramm als Punkt A angegeben ist, liefert der Spannungsdetektor 5 ein Ausgangssignal, welches bewirkt, daß der Pulsgeber 6 startet und damit Zählimpulse an die Stufen des Zählers 7 liefert, dessen Zählzyklus somit beginnt.

Wenn der Pulsgeber 6 so viele Zählimpulse in den Zähler 7 eingegeben hat, daß dessen Stufen mit der Wertigkeit »2«, »4« und »8« jede an ihrem Ausgang ein L-Signal aufweisen, liefert die UND-Logik 29 ein Ausgangssignal, das am Ausgang der Inverterstufe 32 als Null-Signal erscheint, und die bisherige Ansteuerung des Schalters 33 wird aufgehoben. Der Vollwellenoszillator 34 ist damit freigegeben, und der Oszillator 12 wird für konstanten Pufferbetrieb angesteuert, wobei die Ausgangsleistung, wie bisher beschrieben, mittels des Spannungs-Tastverhältnis-Wandlers 14 eingestellt wird.

Gleichzeitig werden die Ausgangssignale der Stufen mit den Wertigkeiten »2«, »4« und »8« des Zählers 7 zusammen mit einem Signal vom Pulsgeber 6 auf die Eingänge der UND-Logik 30 geschaltet. Die UND-Logik 30 liefert somit ein Signal an einen Zeitschaltkreis 35 für Vorgabe des Abfragezyklus für eine diskontinuierliche Oberprüfung des Ladestroms, um festzustellen, ob der Ladeprozeß abgeschlossen ist.

Ein Ausgangssignal vom Zeitschaltkreis 35 schließt einen Schalter 36, über den der Wert des Ladestroms χ in einem Komparator 37 mit dem zuvor abgefragten Wert >■ (vgl. Fig. 6). der in einem Speicher 38 festgehalten ist, verglichen wird. Wenn die Differenz zwischen diesen beiden Hingangssignalen α und ν des Komparator 37 einen vorgegebenen Wert überschreitet, bedeutet dieses, daß der Ladevorgang noch nicht vollständig abgeschlossen ist, und der Komparator 37 gibt noch kein Ausgangssignal ab.

Wenn der Schalter 36 geöffnet ist, ist auch ein Schalter 39 geöffnet und ein Schalter40 geschlossen. Ein Verstärker 41 erhält auf seinen Eingang ein Signal, das den Ladestrom / repräsentiert, und das Ausgangssignal des Verstärkers 41, das einerseits als aktuelle Vergleichsgröße χ auf den einen Eingang des Komparators 37 geschaltet ist, wird andererseits zugleich in den Speicher 38 gegeben, um von dort aus für den nächsten Vergleichsvorgang als Bezugsgröße y aus dem vorangegangenen Vergleichsvorgang zur Verfügung zu stehen. Daraufhin wird der Schaller 40 wieder geöffnet, der Schalter 39 geschlossen und das nun im Speicher 38 enthaltene Abfrageergebnis über den Ladestrom für den nächsten Vergleich bereitgehalten.

Am Ende eines Zählzyklus, der durch den Zähler 7 bestimmt ist, schalten die Ausgänge der beiden UND-Logiken 29 und 30 auf Nullsignal zurück. Der Schalter 33 stoppt den Oszillator 12, und die Steuerschaltung ist für eine erneute Zeitspanne in den Zustand für normale Ladung zurückgekehrt, die bestimmt ist durch die Zeit, die vergeht, bis die Stufen der Wertigkeiten »2«, »4« und »8« des Zählers 7 sämtlich wieder ein Ausgangssignal aufweisen, woraufhin der soeben beschriebene Prüfzyklus wiederholt wird.

Wenn uie Differenz zwischen dem soeben neu abgefragten momentanen Lade-Stromwcrl χ und dem im vorangegangenen Prüfzyklus abgefragten Stromwert y geringer ist als ein vorgegebener Wert, was anzeigt, daß der Ladeprozeß beendet ist, liefert der Komparator 37 ein Ausgangssignal an einen Unterbrecher 42. Das Signal am Ausgang des Unterbrechers 42 wird durch eine Inverterstufe 43 invertiert und hält fortan beständig den Schalter 33 in der offenen Stellung, wodurch der Vollwellenoszillator 34 und entsprechend der Oszillator 12 zum kontinuierlichen Nachladen im konstanten Pufferbetrieb freigegeben werden.

Bei diesem Punkt, der als Punkt B in das Diagramm Fig.5 eingetragen ist, bewirkt das Signal von der Inverterstufe 43 eine Änderung der Ansprechspani.^ng des Spannungsdetektors 5, wodurch das Spannungsniveau beim weiteren Pufferbetrieb geringfügig absinkt.

Um die Batterie bei voller Ladung zu erhalten und sicherzustellen, daß die Zellenspannungen gleich sind, wenn die Batteriespannung auf das neue niedrigere Niveau der Ansprechspannung des Spannungsdetektors 5 absinkt, wird über einen Zeitschaltkreis 44 ein Signal an den Oszillator 12 gegeben, der dann die Batterie für eine kurze Zeit mit voller Ladeleistung lädt, z. B. zwei Minuten lang, entsprechend der Vorgabe durch den Zeitschaltkreis 44. Nach Vollendung dieser zusätzlichen Ladung ist es der Batterie wieder gestattet auf das niedrigere Spannungsniveau des Spannungsdetektors 5 abzusinken, bis dieser Vorgang wiederholt wird.

Diese Prozedur des Aufrechterhaltens des Volladezustandes der Batterie setzt sich fort, bis die Batterie abgeschaltet wird.

Bei allen Ausführungsformen, die vorstehend für die

Steuerschaltung beschrieben wurden, kann nach anfänglichem Erreichen einer Batteriespannung von z. B. 2,35 Volt je Zelle auf einen niedrigeren Ladestrom umgeschaltet werden, etwa indem das Startsignal für den Pulsgeber 6 auf den Wandler 14 gegeben wird, so daß der Zyklus mit maximaler Leistung von 100% auf beispielsweise 70% reduziert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Laden einer aufladbaren Batterie mit einer bei Erreichen einer vorbestimmten Ladespannung selbsttätig beendbaren Stark-Ladestufe und mit einer Erhaltungs-Ladestufe, in deren Verlauf der Ladestrom periodisch ermittelt wird, bei dem die Stark-Ladestufe eingeschaltet wird, wenn der ermittelte Ladestrom einen bestimmten Vergleichswert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichswert jeweils der bei der vorangegangenen Messung erhaltene gespeicherte Ladestromwert dient.

2. Schaltungsanordnung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Batterie-Ladegerät, das im Ladestromkreis der Batterie eins elektrische Schaltstufe aufweist, deren elektrischer Eingang mit dem elektrischen Ausgang eines Schalters über einen Schwellwertschalter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ladeleistung einstellende Steuergerät mit einem von einem Spannungsdetektor (5) gestarteten Zeitglied (Zähler 7) zum Umschalten der Ladeleistung des Ladegeräts (1) spätestens nach einer vorgegebenen Zeitspanne auf einen niedrigeren Wert verbunden ist, sowie mit einer periodisch eingeschalteten Meßeinrichtung (Wandler 19) zum Ermitteln des von der Batterie (2) nach dem Umschalten aufgenommenen Ladestroms und mit einem Speicner (38), in dem ein Signal entsprechend dem Ladestrom enthalten ist, der beim vorangegangenen Abfragen des Ladestroms ermittelt wurde und nun an einen Komparator (37) als Vergleichsgröße (Y) mit dem momentan abgefragten Ladestrom (X) geschaltet ist, dessen Ausgangssignal fortan die Ladeleistung des Ladegeräts (!) bestimmt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Tastverhältnis-Wandler (14) als Steuerelement für die Erhaltungsladung mit geringer Ladeleistung.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zeitglied (Zähler 7) ein Zeitschaltkreis (35) für den Abfragezyklus nachgeschaltet ist, der periodisch den Komparator (37) und den Speicher (38) ansteuert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (Zähler 7) nach einer vorgegebenen Zeitspanne vorübergehend von Erhaltungsladen auf Starkladen zurückschaltet.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparator (37) angesteuerte Steuerungslogik für wiederholtes Starkladen vorgesehen ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine während des Crhaltungsladens angesteuerte Inverterstufe (43) zum Absenken der Ansprechspannung des Spannungsdetektors (5) vorgesehen ist.