DE2351559A1

DE2351559A1 - Verfahren zur steuerung einer batterieladeanordnung sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2351559A1
Application number: DE19732351559
Authority: DE
Inventors: Ronald E Long
Original assignee: Lester Electrical of Nebraska Inc
Current assignee: Lester Electrical of Nebraska Inc
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2203199A1; DE2351559C3; GB1414359A; JPS5333133B2; FR2203199B1; DE2351559B2; JPS4973635A; US3794905A

Description

. BESELERSTRASSE * . '

DR. J.-O. FRHR. von UEXKÜLL ,

DR. ULRICH GRAF SiTOLBERG . - DIPL-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

Lester Electrical of Nebraska, Inc. 2351559

(Prio: 17. Oktober 1972

625 West "A" Street Lincoln, Nebr./V.St.A.

US 298 344 - 1C32O) Hamburg, 12. Oktober 1973

Verfahren zur Steuerung einer Batterieladeanordnung sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Batterieladeanordnung sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. .

Es sind bereits ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung des Betriebs einer Batterieladeanordnung bekannt (US-PS 3 424 969)* bei denen ein Zähler der Spannung der zu ladenden Batterie folgt und seinen Zählerstand mit Erhöhung der Batterie-Spannung vergrößert, während ein Zeitgeber Steuersignale erzeugt, wenn die Zeitspanne zwischen Zählungen des Zählers gewisse, vorbestimmte Kriterien erfüllen. Eine Schaltung, die den Zähler der Spannung der Batterie folgen läßt, enthält einen Analog/Digital-Umsetzer, der den Zählerstand des Zählers in ein Analogsignal umwandelt, sowie einen Vergleicher, der das Signal von einem Digital/Analog-Umsetzer mit

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der Spannung der Batterie vergleicht, so daß der Zählerstand der Batteriespannung in kleinen Schritten folgt.

Bei einer bekannten Art dieser Anordnungen zur Steuerung von Batterieladeanordnungen ist der Zähler ein Schrittschalter, der von Stellung zu Stellung schaltet. Der Zeitgeber setzt einen bistabilen Schalter, wenn der Zähler während einer längeren Zeitspanne als eine erste vorbestimmte Zeitspanne in einer ,Stellung bleibt, wodurch angezeigt wird, daß sich die Batteriespannung langsamer vergrößert als eine erste vorbestimmte Geschwindigkeit. Wenn der Schrittschalter in keiner der aufeinanderfolgenden Stellungen für eine zweite, vorbestimmte Zeitspanne verbleibt, nachdem der bistabile Schalter gesetzt wurde, ist dies eine Anzeige, daß sich die Batteriespannung schneller vergrößert als eine zweite vorbestimmte Geschwindigkeit, nachdem die Vergrößerung langsamer als die erste vorbestimmte Geschwindigkeit erfolgte, und die Ladespannung für die Batterie wird auf einen sehr geringen Wert oder auf Null verringert.

Diese bekannten Anordnungen haben verschiedene Nachteile.

Wenn zu Beginn eines Ladevorganges die Batterie nicht bis zu einer ausreichend niedrigen Batteriespannung entladen ist, beginnt die Ladung mit einer hohen Geschwindigkeit bzw. Rate der Spannungs änderung und wird bis zu einei· hohen Batterie-

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spannung fortgesetzt, bis dann ein Überspannungdetektor den Ladevorgang beendet. Der Ladevorgang wird nicht von der Steuerschaltung für die Ladeanordnung beendet, denn die Rate bzw. Geschwindigkeit der Änderung der Batteriespannung übersteigt die vorbestimmte Geschwindigkeit, da der bistabile Schalter nicht durch Peststellung einer niedrigen Änderungsgeschwindigkeit der Batteriespannung gesetzt wurde und dieser Schalter gesetzt werden muß, bevor die Steuerschaltung für die Ladeanordnung in der Lage ist, den Ladevorgang beim Auftreten einer hohen Änderungsgeschwindigkeit der Batteriespannung zu beenden. Ist die Batterie verhältnismäßig alt., so kann die Änderungsgeschwindigkeit der Batteriespannung während"des Ladens bei einer Spannung, die unterhalb der Einstellung der Überspannungsschutzschaltung liegt, sehr klein sein, wodurch die Ladung fortgesetzt wird, bis die Batterie durch Wärme und durch Gasentwicklung beschädigt wird.

Ferner haben die bekannten Steuereinrichtungen für Batterieladeanordnungen keine ausreichende Genauigkeit, um einen Ladevorgang am Ende eines Ladedurchlaufes genau zu beenden. Im günstigsten Fall sollte der Ladevorgang beendet werden, wenn die Batterie vollständig geladen ist. Wenn jedoch die Batterie kurz vor der vollen Ladung steht, ändert sich die Batteriespannung sehr langsam, so daß sich die Kurve des Ladestroms bzw. der Batteriespannung aufgetragen gegenüber der Zeit in

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dem Bereich nahe dem Ende eines Ladevorganges asymptotisch der Zeitachse nähert. Falls nicht die Steuereinrichtung in der Lage ist, die Spannungsänderungsgeschwindigkeit exakt zu bestimmen, kann die Beendigung des Ladevorganges für eine lange Zeitspanne in dem asymptotischen Bereich verschoben werden, wodurch die Batterie überhitzt wird. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, beenden die bekannten Steuereinrichtungen für Batterieladeanordnungen den Ladevorgang nicht im Bereich der geringen Änderungsgeschwindigkeit der Batteriespannung, sondern dann, wenn sich die Spannung schneller ändert und somit die Geschwindigkeit der Änderung leichter feststellbar ist.

Außerdem verwenden die bekannten Steuereinrichtungen für Batterieladeanordnungen die gleichen Zeitspannen für die Messung der Geschwindigkeit der Vergrößerung der Batteriespannung bei stark entladenen und bei geringfügig entladenen Batterien. Es läßt sich jedoch häufig durch Verwendung kürzerer Zeitspannen für nur geringfügig entladene Batterien als für stärker entladene Batterien eine schnellere Durchführung der Aufladung erreichen.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die eine genaue Steuerung der Ladung von Batterien ermöglichen,

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welche sich in unterschiedlichen Entladezuständen befinden und unterschiedliche Eigenschafts kurven haben, vrobei sowohl Verfahren als auch Anordnung verhältnismäßig billig sein sollen. . "

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Batterxeladeanordnung während einer regulären Aufladung unwirksam gemacht oder der Ladestrom zu einem Pufferstrom verringert, wenn die während einer Vergrößerung um eine Batteriespannungszunähme vergehende Zeitspanne eine voreingestellte maximale Zeitspanne überschreitet. Die voreingesteilte maximale Zeitspanne wird so gewählt, daß sie für Batterien mit einer verhältnismäßig hohen Anfangsspannung geringer ist» als für Batterien mit einer niedrigeren Anfangsspannung. Die Zeit, die die Batterie benötigt, um einen vorbestimmten Wert zu erreichen, wird als Maß für den Anfangszustand der Batterie verwendet.

Zur Durchführung dieses Verfahrens ist der Rückstelleingang eines Zeitgebers mit einem Analog/Digital-Umsetzer verbunden, und der Ausgang des Zeitgebers liegt an einem Schalter zur Deaktivierung der Batterxeladeanordnung oder zur Verringerung ihres Ladestroms zu einem sehr kleinen Reststrom. Der Analog/ Digital-Umsetzer verbindet den Ausgang eines Vergleichers mit der Rückstellklemme des Zeitgebers und hat einen MQS-Zähler, der mit einem Digital/Analog-Umsetzer verbunden ist,

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dessen Ausgang an einem Eingang des Vergleichers liegt, während der andere Eingang des Vergleichers an die Batterie angeschlossen werden kann. Der Zeitgeber kann ebenfalls ein MOS-Zähler sein. Eine Logikschaltung wählt verschiedene Ausgänge des Zeitgebers aus, um die Zeitspanne, nach deren Ablauf nach einem Digitalsignal die Batterieladeanordnung deaktiviert oder ihr Ladestrom verringert wird, zu ändern.

Somit haben die Anordnung und das Verfahren zur Steuerung einer Batterieladeanordnung gemäß der Erfindung verschiedene Vorteile.

So aktiviert die Steuerschaltung die Batterieladeanordnung, wenn die Rate bzw. Geschwindigkeit der Änderung der Spannung oder des Stroms sehr klein ist. Dies ist die günstigste Zeit für die Beendigung der Batterieaufladung und führt automatisch zu einer Kompensation von Unterschieden in der maximalen Spannung. Derartige Unterschiede treten von Batterie zu Batterie auf und ergeben sich auch durch das Alter und die Temperatur der Batterie.

Ferner wird die Beendigung des BatterieladeVorganges mit großer Genauigkeit durchgeführt, wozu eine Kombination von Faktoren beiträgt, von denen einer die Verwendung eines mehrstufigen MOS-Zählers als Zeitgeber ist. Durch Benutzung

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dieses Zählers in Zusammenhang mit anderen Halbleiterschaltungen läßt sich eine große Anzahl₃ beispielsweise 1024 Bezugswerte festlegen. Mit einem Spannungsregulierer in der Batterieladeanordnung, dessen Genauigkeit sich mit der Erhöhung der Batteriespannung vergrößert, liefert die große Anzahl der Bezugswerte nahe dem kritischen Endbereich des Aufladungsablaufes eine genaue Anzeige der Rate bzw. Geschwindigkeit der Änderung der Batteriespannung. Diese genaue Anzeige steuert die Abschaltzeit mit großer Präzision.

Durch Verwendung von Halbleiterschaltkreisen wird die gesamte Anordnung kompakt und wirtschaftlich. Die Schalteinheit für die Batterieladeanordnurig enthält einen verhältnismäßig billigen Transistor, da das Steuerrelais mit geringer Leistung gesteuert wird und ein Relais höherer Leistung zur Aktivierung und Deaktivierung der Batterieladeanordnung steuert.

Unter gewissen -Umständen wird außerdem die für einen Ladevorgang erforderliche Zeitspanne erheblich verringert, da die Steuerschaltung für die Batterieladeanordnung in zwei Betriebszuständen arbeiten kann, nämlich einem ersten Betriebszustand für stark entladene Batterien (entladener Betriebszustand) und einem zweiten Betriebszustand für wenig entladene Batterien (geladener Betriebszustand). Die Steueranordnung wählt automatisch den Betriebszustand gemäß dem Anfangszu-.stand, der Batterie bei Beginn des Ladevorganges.

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Mittels der gleichen Schaltung, die im wesentlichen zur Beendigung eines Ladevorganges während der Zeitspanne, in der die Geschwindigkeit der Änderung der Spannung gering ist, erreicht wird, kann auch auf wirtschaftlichste Weise ein überspannungsschutz und eine Winterspeicherung erreicht werden.

ff

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Steuerschaltung für eine Batterieladeanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Batteriespannungsverlauf über der Zeit, wobei die Kurven Aufladevorgänge gemäß der Erfindung bei stark entladenen Batterien darstellen.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Batteriespannung über der Zeit, wobei die Kurven Batterieaufladungen gemäß der Erfindung für geringfügig entladene Batterien darstellen.

Fig. k zeigt in einem Blockschaltbild eine Digital-Spannungsmeßschaltung zur Verwendung in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. "·

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Figo. 5 zeigt in einem Blockschaltbild einen Detektor für langsame Aufladung zur Verwendung in dem Ausführungsheispiel gemäß Fig. 1. . ·

Figo 6 zeigt in einem Blockschaltbild eine Logikschaltung für Ladewerte für das Aus-führungsbeispiel gemäß Fig.

Fig. 7 zeigt in einem Blockschaltbild einen Zeitbasiswähler für die Logikschaltung gemäß Fig» 6.

Fig» 8 zeigt eine Einschalt- und Aufbewahrungsschaltung für die Logikschaltung gemäß Fig„ 6» ·

Fig» 9 zeigt in einer Schaltungsanordnung einen Digitaldetektor für die Logikschaltung gemäß Figo 6»

Fig. 10 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung einer Batterieladeschalteinheit für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig, L

In Fig« 1 sind eine Steuerschaltung 10 für eine Batterieladeanordnungs eine Batterieladeanordnung 12 und eine Batterie Ik dargestellt_s die elektrisch miteinander verbunden sind» Die Steuerschaltung 10 tastet die Spannung der Batterie lh ab und deaktiviert in Abhängigkeit von" der festgestellten Spannung die Batterieladeanordnung 12 _s wenn die Batterie vollständig geladen ist.

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Die Batterieladeanordnung 12 enthält einen Spannungsregler, dessen Regelbereich zumindest in die Spannungsbereiche reicht_s in denen eine Batterie vollständig geladen ist oder kurz vor ■ der vollständigen Ladung steht ₃ so daß Spannungsänderungen, die der Batterie gelegentlich infolge Schwankungen der Netzspannung über den Spannungsregler zugeführt werden., nicht so groß sind ₃ daß sie zu einer negativen Abweichung nahe dem Endbereich des LadungsVorganges der Batterie führen= Um auf wirtschaftliehe Weise eine ausreichende Regelung zu erhalten ₃ weist die Batterieladeanordnung 12 einen Wandler auf _s der eine vormagnetisierte Spule enthält ₃ die die Leistungsmenge auf einen vorbestimmten Wert begrenzt _s die dem Ausgang, der Batterieladeanordnung als Gleichspannungsleistung zugeführt werden kann.

Um die Batterieladeanordnung 12 zu steuern_s enthält die Steuerschaltung 10 eine Digital-Spannungsmeßschaltung l6_s einen Detektor 18 für geringe Ladegeschwindigkeit ₃ eine Ladungswert -Logiks ehaltung 20 "und eine Batterieladesclialteinheit 22» Die Meßschaltung 16 ist mit der Batterie 1H verbunden_s um deren Spannung zu messen und um digitale Informationen bezüglich der Änderungen des Spannungswertes der Batterie beim Laden an den Detektor 18.und die Logikschaltung 20 zu geben ₉ die beide mit der Bat terielades ehalt einheit 22 verbunden sind.., um dieser unter unters-V ■""""> 5_<?.hen Umständen Signale zuzuführen*,

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die anzeigen, daß die Batterie vollständig geladen ist. Die Schalteinheit 22 verhindert in Abhängigkeit von diesen Signalen eine weitere Ladungszufuhr von der Batterieladeanordnung 12 zur Batterie Ik,

Um die Spannung der Batterie Ik zu messen _s wird der Digital-Spannungsmeßsehaltung 16 die Spannung der Batterie 1*1 über
eine Leitung 2k zugeführt, und sie gibt bei jeder Spannungserhöhung der Batterie I¹I über irgendeinen einer Reihe von
Spannungsbezugswerte Signale über eine Leitung 26 an den
Detektor 18 und bei Erreichen bestimmter Amplituden der
Spannung der Batterie Ik über eine Gruppe von Leitungen, die in Fig. 1 als einzelne Leitung 28 gezeigt ist₃ Signale an
die Logikschaltung 20.

Um eine Rate bzw. Geschwindigkeit der Aufladung der Batterie Ik festzustellen die so gering ist, daß sie die vollständige Ladung der Batterie anzeigt, erhält der Detektor 18 über die Leitung 26 Impulse und führt der Schalteinheit 22 immer dann über eine Leitung 30 ein Signal zu_s wenn nach einem Impuls
eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist_s bevor ein nachfolgender Impuls vom Detektor 18 zugeführt wird= Da der
Leitung 26 nur dann zwei aufeinanderfolgende Impulse zugeführt werden, wenn sich die Spannung der Batterie I²J um
mindestens einen Schritt zwischen einen Spannungsbezugswert

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und dem nächsten Spannungsbezugswert erhöht hat, nimmt die Rate bzw. Geschwindigkeit der Ladung der Batterie zu, wenn die Frequenz der Impulse auf der Leitung 26 zunimmt. Wenn die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen eine vorbestimmte Zeitspanne überschreitet, ändern sich die Spannung der Batterie und die der Batterie zugeführte Ladung ausreichend langsam, um anzuzeigen, daß die Batterie vollständig geladen ' ist.

Die Logikschaltung 20 empfängt Impulse auf irgendeiner von verschiedenen Leitungen von der Digital-Spannungsmeßschaltung 16 und gibt in Abhängigkeit von diesen Impulsen und in Abhängigkeit von intern erzeugten Logiksignalen Ausgangssignale entweder über die Leitung 32 an den Detektor 18 oder über die Leitungen J>k und 35 an die Schalteinheit 22, so daß verschiedene Funktionen durchgeführt werden.

Um die Batterieladeanordnung 12 zu aktivieren und zu deaktivieren, weist die Schalteinheit 22 Schalter auf, die in Abhängigkeit von über die Leitungen 30, 3^ und 35 empfangenen Signalen gesteuert werden. Die Steuerung über die Batterieladeanordnung ist durch die Leitung 36 angedeutet, die die Batterieladeanordnung 12 mit der Schalteinheit 22 verbindet. Außerdem gelangt an die Schalteinheit 22 über die Leitung die' Spannung der Batterie ik> die als Bezugsgröße für einige der Schaltvorgänge in der Schalteinheit 22 dient.

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Im Betrieb der Batterieladeanordnung 12 und der Steuerschaltung 10- wird die Batterie 14 mit normaler Geschwindigkeit geladen, die erheblich unterhalb der Geschwindigkeit eines sogenannten Schnelladevorgangs liegt * Die Art der Steuerung der Batterieladeanordnung durch die Steuerschaltung 10 zu Beginn des Ladevorganges hängt teilweise davon ab, ob die Batterie zu Beginn dieses Ladevorganges entladen oder geladen wird.

Die Figuren 2 und 3 zeigen in Diagrammen Spannungsverläufe über der Zeit, wobei in Fig« 2 drei Kurven 40_a 42 und 44 den üblichen Ladungsverlauf für eine entladene' Batterie und die beiden Kurven 46 und 48 gemäß Fig. 3 den typischen Ladungsverlauf für eine geladene Batterie zeigen.

Bei Beginn des Ladungsvorganges, etwa durch Einstecken eines Steckers der Batterieladeanordnung in eine entsprechende Steckdose an der Batterieeinheit ₃ wird der Batterie Energie zugeführt und dadurch die Steuerschaltung 10 aktiviert. Zu diesem.Zeitpunkt wählt die Steuerschaltung 10 den Betriebszustand des Detektors l8_o

Um den Betriebszustand des Detektors 18 zu wählen, prüft die Logikschaltung 20, ob die Batteriespannung innerhalb einer festgelegten Zeitspanne auf einen vorgewählten Wert ansteigt,

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der in einem bevorzugten Äusführungsbeispxel 41 V beträgt und durch die Linie 50 in den Figuren 2 und 3 angedeutet ist. Erfolgt ein Anstieg bis zur vorgewählten Spannung bevor die festgelegte Zeitspanne abläuft, so öffnet die Logiksehaltung 20 ein Gatter, das die Leitungen 32 und 33 verbindet,- wodurch der Detektor. 18 im Zustand für eine entladene Batterie arbextet. Ist die Batterie im entladenen Zustand, wie dies durch die Kurven für typische Batterieladungsvorgänge in Fig. 2 angedeutet ist, so erreicht die Batterxespannung den Punkt 52 auf der Kurve 50 innerhalb einer Zeitspanne von etwa 20 Sekundenj gelangt jedoch etwas später zur Kurve 50. Da die Kurve 50 nicht innerhalb etwa 20 Sekunden geschnitten wird, wird der Entladezustand gewählt ₉ bevor die Spannung den durch die Kurve 50 bezeichneten ufert erreicht hat.

Bevor die Batterxespannung die Kurve 50 erreicht hat_s gelangt sie zu einer durcii die Kurve 5^ in Fig. 2 dargestellten niedrigeren Spannung^ die in dem bevorzugten Äusführungsbeispxel 39,7 V beträgt. Bei dieser Spannung beginnt der Detektor 18 für langsame Geschwindigkeit der Änderung die Änderungsgeschwindigkeit der Spannung der Batterie zu ermitteln. Zu diesem Zeitpunkt hat die Batterxespannung bereits den anfänglichen Änderungsbereich niedriger Geschwindigkeit₃ der in der Kurve 44 bei 56 angedeutet ist, durchlaufen und arbeitet in einem Bereich nut hoher Geschwindigkeit der Änderung.

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Wenn später die Batterie nahezu vollständig geladen ist, erreicht die Batteriespannung einen Arbeitsbereich mit einer niedrigen Änderungsgeschwindigkeit, etwa den Bereich 57. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit unter die vorbestimate minimale Änderungsgeschwindigkeit in diesem Bereich absinkt, führt der Detektor 18 der Schalbeinheit 22 über die Leitung 30 ein Signal zu, wodurch die Schalteinheit 22 die Batterieladeanordnung 12 deaktiviert.

Befindet sich die Batterie 14 zu Beginn des Vorganges im geladenen Zustand, so steigt die Batteriespannung innerhalb einer geringeren als bei 52 angedeuteten Zeit über die Kurve 50 (Fig. 3) und erreicht diese Spannung ohne eine anfängliche niedrige Änderungsgeschwindigkeit der Spannung zu durchlaufen. Kurz nach der Zunahme der Batteriespannung über die Kurve ermittelt der Detektor 50 die Änderungsgeschwindigkeit der Spannung. Fällt sie unter einen vorbestimmten niedrigen Wert, wie dies im Bereich 57 der Kxirve 46 der Fall ist, so führt der Detektor 18 der Schalteinheit 22 über die Leitung 33 ₃ die Logikschaltung 20 und die Leitung 34 ein Signal zu, wodurch die Schalteinheit 22 die Batterieladeanordnung 12 deaktiviert.

Um einen Zustand mit niedriger Ladegeschwindigkeit festzustellen i führt die Digital-Spannungsneßschaltung 16 dem Detek-

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tor 18 bei jeder Spannungserhöhung der Batterie Ik um 0,012 V, wenn die Batteriespannung oberhalb von 38 "V liegt, ein Signal zu. Wenn die Zeit zwischen dem Empfang zweier aufeinander folgender Signale eine vorbestimmte Zeitspanne überschreitet, läßt der Detektor 18 die Schalteinheit 22 die Batterieladeanordnung 12 deaktivieren. Die vorbestimmte Zeitspanne, wird so gewählt, daß die Batterieladeanordnung 12 deaktiviert ist, wenn sich die Batteriespannung langsam erhöht, wie dies im Bereich 57 der Fall ist. Diese Zeitspanne wird kürzer gewählt, wenn die Batterie im geladenen Zustand arbeitet als wenn ein Betrieb im entladenen Zustand stattfindet, um eine schnellere Unterbrechung zu ermöglichen, wenn die Batterie zu Beginn des Ladevorganges geladen wird.

Die Digatal-Spannungsmeßschaltung 16, die in einem Blockschaltbild in Fig. 4 dargestellt ist, enthält einen Funktionsverstärker 55, der als Vergleicher dient, einen Digital/ Analog-Umsetzer 58* einen Zähler 60 und einen gleichstrom- . gesteuerten astabilen Multivibrator 62.

Um bei jeder Erhöhung der Batteriespannung über einen vorbestimmten Spannungsbezugswert Rückstellimpulse zu erzeugen, ist der Funktionsverstärker 55 mit einer Eingangsklemme 6l mit der Leitung 2h verbunden, um die Batteriespannung 1*1 zu empfangen und liegt mit der anderen Eingangsklemme 63 über

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einerLeitung 64 am Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers um eine Bezugsspannung aufzunehmen.

Die Spannungsbezugswerte sind diskrete Spannungsamplituden, die jeweils voneinander um einen vorbestimmten Spannungsschritt entfernt sind. Der Spannungsbezugswert zu irgendeinem Zeitpunkt ist- die letzte Batteriespannung einer dieser voneinander entfernten Schritte. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Spannungsschritt von 0,012 V gewählt, so daß der Abstand von einem Spannungsbezugswert zum nächsten immer 0,012 V beträgt. Mit einem Spannungsschritt von 0,012 V ergeben sich bei einem typischen Batterieladevorgang im bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 1024 Spannungsbezugswerte. Für andere Arten von Batterien, andere Anwendungsfälle und andere Ladezustände der Batterien können jedoch mehr oder weniger Spannungsbezugswerte vorhanden sein.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der besondere Vorteil der verhältnismäßig kleinen Spannungsschritte zwischen aufeinander folgenden Spannungsbezugswerten ausgenutzt. Durch Wahl verhältnismäßig kleiner Spannungsschritte wird die Genauigkeit des LadungsVorganges einer Batterie erheblich vergrößert.

Die Betriebsgenauigkeit wird erhöht, obwohl Netzspannungsschwankungen sich über mehr als einen Spannungsbezugswert

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erstreckende Absenkungen der Ausgangsspannung der Batterieladeanordnung erzeugen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel treten Schwankungen in der Ausgangsspannung der Batterieladeanordnung 12 bei niedrigen Batteriespannungen auf. Wenn die Batterie stärker geladen wird und ihre Spannung steigt, dann verbessert sich die Regelwirkung des in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendeten Spannungsreglers, so daß die der Batterie und der Steuerschaltung 10 zugeführten Spannungsschwankungen geringer werden. Bei niedrigen Batteriespanhun- gen beeinträchtigen Spannungsabsenkungen, die sich von Bezugswert zu Bezugswert erstrecken, den Betrieb der Steuerschaltung nicht wesentlich, obwohl dies bei höheren Spannungen der Fall ist, wo sie zu einer verfrühten Abschaltung der Batterieladeanordnung führen könnten. Spannungsabsenkungen erfolgen jedoch nicht bei verhältnismäßig hohen Spannungen, und bei diesen Spannungen ermöglichen die verhältnismäßig kleinen Spannungsschritte einen wirksameren Betrieb der Batterieladeanordnung in dem Bereich, in dem sich die Kurven für den Batterieladevorgang asymptotisch der Zeitachse nähern. Es hat sich somit gezeigt, daß bei Verwendung verhältnismäßig kleiner Spannungsschritte geringere Probleme auftreten und daß diese Probleme durch die erhöhte Genauigkeit bei Betrieb nahe dem vollständig geladenen Zustand bei weitem aufgewogen werden.

Erzeugung der Besug-swerte weist der Zähler 60 eine Anzahl

von Ausgangsklemmen auf, die beispieIsweise als Klemmen 72A-72H

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in Pig, *T dargestellt sind. Jede dieser Ausgangsklemmen ist . mit einem anderen Eingang' des Digital/Analog-Umsetzers 58 verbunden, so daß die Zählung des Zählers 60 den Digital/ Analog-Umwandler 58 Spannungswerte an den Eingang 63 des Vergleichers 55 geben läßt, die dem Zählerstand des Zählers 60 äquivalent sind. Der Zählerstand des Zählers 60 wird immer dann erhöht, wenn die Batteriespannung auf der Leitung 24 über den letzten der Leitung 64 zugeführten Bezugswert steigt, wodurch der Multivibrator 62 über die Leitung 66 aktiviert wird. Unter diesen Umständen erzeugt der Multivibrator 62 Impulse, die dem Zähler 60 über die Leitung 68 zugeführt werden und eine Erhöhung des Zählerstandes bewirken. Bei Erhöhung des Zählerstandes erhält man am Ausgang des Digital/Analog-Ümwandlers 58 neue Bezugswerte, bis die Spannung am Eingang gleich oder größer als die Spannung am Eingang 6l ist, worauf dann die Ausgangsspannung des Vergleichers 55 Null und der Multivibrator 62 gestoppt wird.

Die Ausgangsklemmen 72A-72H des Zählers 60 liefern eine Anzeige für den nächsthöheren Bezugswert bezüglich des Wertes, den die Batteriespannung während des Ladevorganges durchlaufen hat. Diese Ausgangssignale ergeben somit eine Anzeige für die Batterieladespannung, die für viele Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise zur Steuerung der inneren Logikschaltung in der Batterieiadeanordnung sowie der Steuerschal-

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tung 10. Es gibt beispielsweise drei Logikfunktionen, in denen die Signale eine Rolle spielen:

(1) die Erzeugung eines überspannungsSchutzes;

(2) die Wahl des Betriebszustandes der Batterieladeanordnung durch Unterscheidung zwischen einer geladenen und einer entladenen Batterie;

(3) den Start des Zeitgebermultivibrators, der den Zeitgeber im Detektor 18 für niedrige Änderungsgeschwindigkeit betätigt.

Zur Erzielung eines Überspannungsschutzes ist die Ausgangs-.klemme 72H des Zählers so geschaltet, daß sie nur bei extrem hoher Batteriespannung aktiviert wird, was durch den Anschluß der Leitung 28A erreicht ist, die ein Überspannungsschutzsignal liefert, das die Batterieladeanordnung 12 deaktiviert, wenn der Detektor für niedrige Ladegeschwindigkeit nicht die volle Aufladespannung anzeigt und die Spannung der Batterie auf einen unerwünscht hohen Wert steigt.

Um Logiksignale zu erhalten, die den Betriebszustand der Batterieladeanordnung zu Beginn des Ladevorgangs durch Unterscheidung zwischen entladener und geladener Batterie wählen, arbeitet der Rückstellimpuls auf d«er Leitung 26 vom Vergleicher 55 mit einem Impuls auf der Leitung 28A von der Ausgangsklemme 72P des Zählers 60 zusammen.

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Die Wahl des Betriebszustandes erfolgt in Abhängigkeit dieser beiden Signale in der Logikschaltung 20, die aus der Zeitfolge der Ausgangssignale vom Vergleicher 55 und von der . Klemme 72F feststellt, ob die Batterie geladen oder entladen ist.

Außerdem startet das Ausgangssignal an der Klemme 72E, die von einer Spannung aktiviert wird, welche unterhalb derjenigen liegt, die die Spannung an der Klemme 72F aktiviert, den Zeitgebermultivibrator, der die Zeitverzögerungsschaltung im Detektor 18 betreibt.

Der Zähler 60 ist ein binär kodierter MOS-Welligkeitszähler, der den Klemmen 72A-72H positive, statische Spannungen zuführt, wobei die Klemme 72A die Klemme niedrigster und die Klemme 72H die Klemme höchster Ordnung ist. Diese statischen Spannungen werden in Abhängigkeit von dem Zähler 60 über die Leitung 68 zugeführten Impulsen erzeugt.

Um dem- negativen Eingang des Differentialverstärkers 55 eine Spannung zuzuführen, die dem letzten, vom Zähler 60 gelieferten Bezugswert entspricht, weist der Digital/Analog-Wandler 58 eine Anzahl von Eingangsklemmen auf, von denen jede mit einer anderen Ausgangsklemme des Zählers 60 verbunden ist. Der Digital/Analog-Umset^er 58 erzeugt aus dem vom Zähler 60

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empfangenen digitalen Signal einen entsprechenden Spannungswert und führt diesen Spannungswert über die Leitung 6k der negativen Eingangskleiame des Differentialverstärkers 55 zu.

Der in Fig. 5 in einem Blockschaltbild dargestellte Detektor 18 für niedrige Ladegeschwindigkeit enthält einen Zeitgeberzähler 73 mit einer Rückstellklemme, die über die Leitung 26 mit einer Digital-Spannungsmeßschaltung 16 (Fig. 1) verbunden ist, eine über die Leitung 32 mit der Logikschaltung 20 (Fig. 1) verbundene Impulseingangsklemme, eine über die Leitung 33 mit der Logikschaltung 20 verbundene Ausgangsklemme für den ge- . ladenen Zustand und eine über die Leitung 30 mit der Seharteinheit 22 verbundene Ausgangsklemme für den entladenen Zustand.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Zeitgeberzähler 73 aus einem MOS-Zähler mit 1024 Stufen. Beim Zählen werden seiner Zählereingangsklemme über die Leitung 32 von der Logikschaltung 20 (Fig. 1) 0,42 Hz Impulse zugeführt, durch die er der Ausgangsklemme für geladenen Zustand einen Ausgangsimpuls, der Leitung 33 innerhalb von sechs Minuten nach Beginn einer Zählung einen Ausgangsimpuls und der Ausgangsklemme für entladenen Zustand und der Leitung 30 vierzig Minuten nach Beginn einer Zählung einen Impuls zuführt, falls nicht durch einen positiven "Impuls auf der Leitung 26 von der

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Digital-Spannungsmeßschaltung l6 eine Rückstellung erfolgt. Auf diese Weise mißt der Zähler 73 die Zeitspanne zwischen den Rückstellimpulsen und der Zeit, die zur Erhöhung der Batteriespannung um einen Spannungsbezugswert erforderlich ist.

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Im Betrieb des Detektors 18 wird der Zeitgeberzähler 73 zu Beginn eines Batterieladevorganges rückgestellt. Zu diesem Zeitpunkt gelangen keine Zählimpulse über die Leitung 32 an den Eingang des Zählers 73- Dadurch wird vermieden, daß der Zähler 73 eine Zählung beginnt, während die der Digital-Spannungsmeßsehaltung 16 (Pig. 1) von der Batterie zugeführte Spannung zu Beginn des LadungsVorganges mit niedriger Änderungsgeschwindigkeit ansteigt, so daß eine frühe Beendigung des Ladungs vor gange s verhindert wird.

Wenn die Batteriespannung einen vorbestimmten Spannungsbezugswert durchläuft, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 39 ₃7 V beträgt, so aktiviert der Zähler 60 die Aus- ' gangsklemme 72E, die der Zeitgebersteuerschaltung in der Logikschalt.ung 20 eine Ausgangsspannung zuführt. Die Logikschaltung gibt 0,42 Hz Impulse über die Leitung 32 an den Eingang des Zählers 72, wodurch dieser zählt. Bei jeder Zählung des Zählers 60 wird" der Leitung 24 ein Bezugswert der Batteriespannung zügeführte und über die Leitung 26 gelangt

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ein positiver Rückstellimpuls an die Rückstellklemme' des Zeitgeberzählers 73 ₃ wodurch dieser rückgestellt wird.

Nach Ablauf von sechs Minuten nach einem dem Zeitgeberzähler 73 zugeführten Rückstellimpuls gelangt an die Ausgangsklemme für den geladenen Zustand, die über die Leitung 33 mit einer bei einem Zählerstand von 26 zu aktivierenden Stufe verbun- ■ den ist, ein Ausgangssignal. Dieser Impuls xiird der Logikschaltung 20 zugeführt und bei Betrieb der Steuerschaltung 10 im geladenen Zustand zur Schalteinheit 22 getaktet, um die Batterieladeanordnung 12 zu deaktivieren. Der Impuls wird gesperrt, wenn die Steuerschaltung für die Batterieladeanordnung im entladenen Zustand arbeitet.

Arbeitet die Steuerschaltung für die Batterieladeanordnung im Zustand für entladene Batterien, so liefert der Zähler 22 vierzig Minuten nach dem letzten Rückstellimpuls, wenn also ein Zählerstand von 1024 erreicht ist, einen Impuls an die Ausgangsklemme für entladenen Zustand, die mit der Leitung 30 verbunden ist. Dieser liückstellimpuls gelangt zur Deaktivierung der Batterieladeanordnung 12 an die Schalteinheit 22.

Fig. 6 zeigt in einem Blockschaltbild die Logikschaltung 20 für die Bezugswerte, die einen Zeitbasiswähler 82, eine Überspannungsschutzschaltung 84, eine Zeitgebersteuerschaltung 86,

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tine Einschalt ■* Und Aufbewahrungsschaltung 88, eine Steuerschal^- tühg 90 TüJ? die Leistungsuhterbrechung und einen Digitäldetektor iÖ3 aufweist.

Zur Wähl der Zeitbasis für die Ermittlung einer niedrigen Geschwindigkeit der Aufladung ist der Zeitbäsiswähle? 82 über 'die Leitung 28 G mit der Ausgangsklemme 72F des Zählers 60, über; die Leitung 26 mit dem Ausgang des Yergleichers 55, über die Leitung 33 mit der Ausgängsklemme für geladenen Be·*- trieb des Zeitgeberzählers 73 und über die Leitung ^H mit der Schalteinheit 22 verbunden» Die Logikschältung im Zeitbäsis-* wähler 82 vergleicht die zeitliche Folge der Signale von der Aüsgangskiemme 72F und vom Vergleicher 5,5 und bestimmt &uf~ gTund dieses Vergleiches innerhalb von 20 Sekunden derjenigen Zeitspanne, in der die Steuerschaltung 10 für die Bätterieladeänordnung angelassen wiM, ob sich die Batterie Ik im geladenen oder entladenen Zustand befindet und wählt die geeignete Zeitbasis für,den jeweiligen Zustand»

Eine Batterie, die-zu Beginn des Ladevorganges geladen ist, wird mittels des Zeitbasiswählers 82 .festgestellt., da der Zähler 60 direkt bis zur oder gegebenenfalls über die Ausgangs~ klemme 72F zählt, ohne daß der Vergleicher 55 ein Spannungssignal von Null an die Leitung 26 abgibt» Eine Batterie, die zu Beginn des Ladevorgangejs entladen ist, wird vom Zeitbasis·⁴

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wähler 82 dadurch festgestellt, daß die Ausgangsspännung des Digital/Analog-Umsetzers 58 (Fig. 4) gleich der Batteriespannung bei einem Spannungsbezugs wert ist, der* einem Ausgangssignal des Zählers 60 entspricht, der niedriger ist, als die Ausgangsklemme 72F, wodurch im Vergleicher 55 vor Aktivierung der Leitung 28C eine Ausgangsspannung von null erzeugt wird, die anzeigt, daß die Batterie 14 entladen ist.

Befindet sich die Batterie 14 im geladenen Zustand, so werden der Leitung 53 vom Detektor 18 (Fig. 1) für niedrige Änderungsgeschwindigkeit zugeführte Signale zur Leitung 34 getaktet, die sie zur geeigneten Zeit zur Deaktivierung der Batterieladeanordnuhg 12 an die Schalteinheit 22 weiterleitet. Befindet sich die Batterie 14 im entladenen Zustand, so werden diese Signale gesperrt, so daß der Zeitgeberzähier 73 bis zur Ausgangsklemme für den entladenen Zustand zählt, bevor er ein Signal an die Schalteinheit 22 gibt, damit diese die Batterieladeanordnung 12 am Ende eines Ladevorganges deaktiviert.

Fig. 7 zeigt eine Lögiksehaltung des Zeitbasiswählers 82 mit einer vom Vergleicher 55 (Pig* 4) kommenden Eingangsleitung 26, einer vom Zähler 60 kommenden Eingangsleitung 28C und einer Ausgangsleitung 34, die mit der Schalteinheit 22 für

die Batterieladeanordnung verbunden ist»

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Der Zeitbasiswähler 82 enthält ein Nicht-Oder-Gatter 104, das mit anderen Elementen eine Verriegelung bildet, die einen ersten und einen zweiten Verriegelungseingang und einen Verriegelungsausgang hat und mit den folgenden Elementen zusammenarbeitet:

(1) einem Inverter 106; .

(2) einem Filter 107J

(3) einem Nicht-Oder-Gatter 108 mit zwei Eingängen;

(4) einem Inverter 110;

wobei die Leitung 26, der Inverter 106, das Filter 107, ein„ Eingang des Nicht-Oder-Gatters 108, der Inverter 110 und der erste Verriegelungseingang in der angegebenen Folge in Reihe geschaltet sind, während der Ausgang des Inverters 110 mit dem anderen Eingang des Nicht-Oder-Gatters 108 verbunden ist. Die Verriegelung arbeitet ferner mit folgenden Elementen zusammen:

(5) einem Nicht-Oder-Gatter 112, das die Leitung 28C über das Nicht-Oder-Gatter 112 mit dem zweiten Verriegelungseingang verbindet, während der andere Eingang des Nicht-Oder-

. Gatters 112 am Ausgang des Nicht-Oder-Gatters 104 liegt;

(6) einem Mictit-Oder-Gatter 114 mit zwei Eingängen;

(7) einem Inverter Il6, wobei der Verriegelungsausgang, ein Eingang des Nicht-Oder-Gätters 114 und der Inverter 116 in der angegebenen Folge in Reihe geschaltet sind und der Ausgang des Inverters 416 an den anderen Eingang des Nicht-

. Oder-Gatters 114 ,angeschlossen ist.

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Eine Leitung 92 liegt an einem Eingang des zwei Eingänge aufweisenden Und-Gatters 93, dessen anderer Eingang mit der Leitung 34 verbunden ist.

Wenn im Betrieb des Zeitbasiswählers 82 die Batterie 14 zu Beginn eines Ladevorganges geladen ist, wird der Leitung 28C ein Signal zugeführt, bevor ein Signal an die Leitung 26 gelangt. Das Signal auf der Leitung 28C bewirkt die Zufuhr eines positiven Signals über die Nicht-Und-Gatter 112 und 104 zum N'ieht-Und-Gatter 114, wobei dieses durch eine Signalrückkopplung von Inverter 116 verriegelt wird. In diesem verriegelten Zustand wird dem Und-Gatter 93 dauernd eine positive Spannung zugeführt, so daß es für ein Signal geöffnet bleibt, das der Leitung 33 vom Zeitgeber 73 (Pig· 5) zugeführt wird, nachdem der Zeitgeber 73 etwa 5 Minuten gezählt hat.

Wenn die Batterie 14 im Betrieb des Zeitbasiswählers 82 zu Beginn des Ladevorgangs im entladenen'Zustand ist, wird der Leitung 26 ein negatives Signal zugeführt, bevor ein positives Signal auf die Leitung 28C gelangt. Das Signal auf der Leitung 26 wird über das Nicht-Oder-Gatter 108 und den Inverter 110 dem ersten Verriegelungseingang des Nicht-Oder-Gatters 104 zugeführt, wobei das Nicht-Oder-Gatter 108 durch die Rückkopplung vom Inverter 110 verriegelt ist, um das Nicht-Oder-

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•Gaiter 104 mit einer Ausgangsspannung von nail zu verriegeln» Bei einer derartigen Ausgangsspannung von null vom Nieht-Oder-Gatter 104 führt die verriegelung, die das Kicht-Oder-Gatter 114 und den Inverter 116 enthält₃ der Leitung 92 eine Spannung von null zu, wodurch verhindert wird, daß das Und-Gat-ter 93 öffnet , wenn der Zähler 73 über die Ausgangsklemme für den geladenen Zustand der Leitung 33 ein Signal zuführt.

Um zu verhindern., daß der Leitung 26 ein eine öffnung des Und-Gatters 93 verhindernder EinsehaltStromstoß zugeführt wird, wenn die Steuerschaltung 10 für die Batterieladeänordnung aktiviert wird, ist zwischen den Inverter 106 und das Nicht-Oder-Gatter 108 ein Filter 107 in Reihe geschaltet, das diesen Einsehaltstromstoß unterdrückt.

Unter gewissen Umständen, etwa wenn die Batterie einen großen Innenwiderstand hat, kann sich die Batteriespannung auf einen unerwünschten Wert erhöhen, ohne daß die Batterieladeanordnung 12 deaktiviert wird. Um dies zu vermeiden, ist an die Leitung 28a, die durch den Zähler 60 aktiviert wird, wenn die Batterie 50 eine Spannung von 50 V aufweist, die überspannungsschutz schalt ung 84 angeschlossen. Empfängt diese eine positive Spannung von der Leitung 28A, so liefert sie über die Leitung 35 ein Signal zur Schalteinheit 22, um die 'Batterieladeanordnung 12. zn deaktivieren. In dem bevorzugten

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Ausführungsbeispiel sind die Leitungen 28A und 35 direkt miteinander verbunden.

Um dem Detektor 18 über die Leitung 32 die 1,72 Hz Zählimpulse zuzuführen, ist ein Eingang der Zeitgebersteuerschaltung mit der Leitung 28B des Zählers 60 und ein anderer Eingang über die Leitung 101 mit dem Ausgang der Steuerschaltung für die Leistungsunterbrechung verbunden. Die Leitung 28B empfängt einen Impuls von der Klemme 72E des Zählers 60, wenn die Batteriespannung einen Wert von 39»7 V erreicht hat, und in Abhängigkeit von diesem Impuls und einem Signal von der Steuerschaltung 90 wird ein getakteter Multivibrator aktiviert, der die 1,72 Hz Impulse dem Zeitgeberzähler 73 des Detektors 18 über die Leitung 32 zuführt.

Gelegentlich soll eine Batterie für längere Zeiten aufbewahrt werden. So bleiben beispielsweise die Batterien von sogenannten Golfcarts während der Wintermonate in kälteren Gegenden unbenutzt. Während dieser Zeit der Aufbewahrung ist es erwünscht, eine vollständige Entladung der Batterien zu verhindern.

Damit sich die Batterien bei Aufbewahrung während längerer Zeitspannen nicht vollständig entladen, hat die Einschalt- und Aufbewanrungsschaltixng 88 einen mit den Ausgang der.Batterie

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über eine Leitung 94 verbundenen ersten Eingang, einen über ' die Leitung 26 mit dem Vergleicher verbundenen zweiten Eingang sowie einen Ausgang, der über eine Leitung 96 an der · Schalteinheit liegt, um die Batterieladeanordnung 12 zu aktivieren. Zu diesem Zweck enthält die Schaltung 88 einen Schalter_s der die Leitung. 96 aktiviert, wenn die Batteriespannung unter einen vorbestimmten Wert fällt, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 37 V liegt.

Fig. 8 zeigt eine Logikschaltung der Einschalt- und Aufbewahrungsschaltung 88, wobei der erste Eingang über die Leitung 26 mit dem Vergleicher 55 (5¹Ig. 4) verbunden ist, und ein zweiter Eingang liegt an der Leitung 94 und damit an einem Teil der Batteriespannung. Die Leitung 94 empfängt eine Abtastung der Batteriespannung, die über einem hohen Widerstand (nicht gezeigt) liegt, so daß sich kein nennenswerter Abfluß der Energie der Batterie ergibt, wenn die Batterieladeanord-* nung 12 deaktiviert ist. Der Ausgang der Schaltung 88 ist über die Leitung 96 mit der Sehalteinheit 22 verbunden, um die "Batterieladeanordnung 12 zu aktivieren, wenn die Batteriespannung unter 37 V fällt.

Ist die Batterieladeanordnung 12 mit der Batterie 14 verbunden, so beginnt die Steuerschaltung 10 einen Ladevorgang.

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Damit die Batterieladeanordnung 12 von der Schalteinheit aktiviert werden kann, enthält die Schaltung 88 ein erstes Nicht-Und-Gatter 118, ein zweites Nicht-Und-Gatter 120, einen Inverter 122 und einen Inverter 124, und der Ausgang des Nicht-Und-Gatters 118 liegt an einem der beiden Eingänge des Nicht-Und-Gatters 120, der Ausgang des Nicht-Und-Gatters' 120 an einem der beiden Eingänge des Nicht-Und-Gatters 118 und dem Eingang des Inverters 112, der Ausgang des Inverters' 122 an der Leitung 9,6 und der Ausgang des Inverters 124 an dem anderen Eingang des Nicht-Und-Gatters 120. Die Leitung 26 liegt an Eingang des Inverters 124 und die Leitung 94 am anderen Eingang des Nicht-Und-Gatters 118.

Liegt die Bätterxespannung oberhalb von 37 v", so ist auf der Leitung 94 ein positives Signal und auf der Leitung 96 eine Spannung von null vorhanden, wobei das positive Signal am Ausgang des Nicht-Und-Gatters 120 und damit an dem. anderen Eingang des Nicht-Und-Gatters 118 und am Eingang des Inverters 122 ansteht. Somit wird der Schalteinheit 22 über die Leitung 96 eine Spannung von null zugeführt.

Wenn die Batteriespannung unter 37 V fällt, sinkt die Spannung auf der Leitung 94, wodurch das Ausgangssignal des an einem

Eingang des Nicht-Und^Gatters 120 liegenden Nicht-Und-Gatters 118 von der Spannung null auf eine positive Spannung umschaltet.

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Da die Batterieladeanordnung 12 deaktiviert und die Spannung auf der Leitung 26 null ist, gelangt eine positive Spannung an den anderen der beiden Eingänge des Nicht-Und-Gatters 120, so daft an beiden Eingängen dieses Gatters eine positive Spannung liegt, wodurch sein Ausgangssignal auf die Spannung null umschaltet. Durch dieses Ausgangssignal wird der Ausgang des Nicht-Und-Gatters 118 auf einer positiven Ausgangsspannung verriegelt, und"über die Leitung 96 gelangt eine positive Spannung an die Schalteinheit 22, wodurch die Batterieladeanordnung 12 aktiviert wird.

Um die Schaltung 88 zu entriegeln, wenn die Batteriespannung 38 V erreicht hat, wird ein Rückstellimpuls auf der Leitung 26 im Inverter 124 invertiert, damit einem der beiden Eingangsklemmen des Nicht-Und-Gatters 120 eine Spannung von null zugeführt und damit eine Rückkehr des Ausgangssignals auf eine positive Spannung und Rückstellung der gesamten Schaltung durch Zufuhr einer positiven Spannung zu einem der Eingänge des Nicht-Und-Gatters II8 und einer Spannung von null zur Leitung 96 bewirkt wird. Selbstverständlich beendet die Rückstellung der Schaltung 88 nicht den Betrieb der Batterieladeanordnung, da diese jetzt von der Digital-Spannungsmeßschaltung 16 gesteuert wird.

In der Praxis werden Batterien im allgemeinen so stark benutzt, daß sie entladen sind, oder sie werden bei einfacher Bewegung

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von einem Aufbewahrungsort zum anderen nur geringfügig entladen. Daraus ergibt sich, daß der Grenzwert zwischen dem geladenen Betriebszustand und dem entladenen Beti-iebszustand bei einer verhältnismäßig hohen Batteriespannung liegen sollte. Dies ist jedoch aus zwei Gründen nicht praktisch, nämlich (1) einige alte Batterien oder Batterien bei hohen Temperaturen haben eine wesentlich geringere Spannung bei vollständiger Ladung als neue Batterien bei niedriger Temperatur, so daß der Grenzwert über der Spannung einiger vollständig geladener Batterien liegen würde, und (2) die Verwendung eines Binärzählers für den Zähler 60 der Digital-Spannungsmeßschaltung 16 ist erwünscht und diese Art von Zähler läßt sich ni.cht leicht an einen hohen Grenzwert zwischen geladenem und entladenem Zustand anpassen.

Wenn eine geladene Batterie im entladenen Zustand aufgeladen werden würde, da der Grenzwert zwischen geladenem und entladenem Betriebszustand oberhalb der Spannung der vollständig geladenen Batterie liegt, so würde der Ladevorgang erst nach HO Minuten enden, selbst wenn er nur zur Prüfung des Batteriezustandes begonnen worden wäre. Außerdem ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der Batterieladeanordnung ein Hochleistungstransformator vorgesehen, der eine unerwünschte Erwärmung und überhöhte Gasbildung während der 40-minütigen Aufladung der vollständig geladenen Batterie hervorrufen würde.

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Außerdem sind die meisten, kommerziell erhältlichen Zähler, die als Zähler 60 in der Digital-Spannungsmeßschaltung 16 verwendet werden können, Binärzähler, und derartige Zähler haben keine Ausgangsanschlüsse, die ohne teure Dekodierer zur Abtastung einer hohen Grenzspannung dienen könnten.

Wenn die Energiezufuhr ausfällt, können Teile der Steuerschaltung IO zurückgestellt werden, um dadurch wesentliche Informationen zu löschen. Ist beispielsweise die Batterie auf eine Spannung von mehr als 4l V aufgeladen worden, so wäre zu erwarten, daß die Steuerschaltung nach dem erneuten Anlaufen.im aufgeladenen Betriebszustand arbeiten würde, was unerwünscht ist, da der Ladevorgang bei einer größeren Änderungsgeschwindigkeit der Batteriespannung enden würde als beim Betrieb im entladenen Zustand. Ist andererseits eine Schaltung vorgesehen, die die Informationen in den MOS-Zählern festhält, so behalten diese ihren Zählerstand bei, doch die Batteriespannung wird fallen, so daß eine üngenauigkeit entsteht. Wird die Spannungsquelle von der Batterieladeanordnung abgetrennt, so führt die Abschaltsteuerung der Zeitgebersteuerschaltung 86 über die Leitung IQl und dem Zähler 60 über die Leitung 102 eine logische 0 zu, wodurch die beiden Zähler bei Unterbrechung der Energiezufuhr rückgestellt werden. Dadurch wird die Zeitgebersteuerschaltung rückgestellt und eine Zählung verhindert. Der Zähler 60 ist rückgestellt und stellt dadurch den Zähler 73 mittels einer

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über die Leitung 102 von der Schaltung 90 zugeführten logischen 0 zurück, wenn die Wechselspannung wieder angeschlossen wird. Selbstverständlich empfangen die Zähler 60 und 73 Energie von der Batterie 14 und sind nicht stromlos, wenn die Wechselspannung abgetrennt ist. Wenn somit die Wechselspannung erneut angelegt wird, beginnt die Steuerschaltung 10 wieder zu arbeiten, jedoch sind die Betriebszustände bereits gewählt.

Der Digitaldetektor 103 enthält drei Eingänge, von denen einer über die Leitung 26 mit dem Vergleicher 55 j einer über die Leitung 30 mit dem Ausgang der Klemme für entladenen Betriebszustand des Zeitgebers 73 und einer über die Leitung 96 mit dem Ausgang der Schaltung 88 verbunden.

Der Digitaldetektor 103 empfängt ein Signal vom. Zeitgeberzähler 73, wenn die Geschwindigkeit der Änderung der Batteriespannung so gering ist, daß dies eine Anzeige für die vollständige Ladung der Batterie darstellt. In Abhängigkeit von diesem Signal und anderen von der Schaltung empfangenen Anzeigen gibt der Digitaldetektor 103 ein Signal auf die Leitung 104, unreine Deaktivierung der Batterieladeänordriung 12 zu bewirken.

* ■■

Um eine vorzeitige Zufuhr eines Signals zur Leitung 104 zu verhindern, wenn die Ausgangsklemme des ZeitgeberZählers 73

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mit de?-höchsten-Ordnung frei einem niedrigeren Zählerstand aktiviert wird, etwa bei einer■Zählung bis zur Hälfte, so daß dann der Zeitgeberzähler ohne Erreichung einer vollständigen Zählung von 40 Minuten zurückgestellt werden, würde, empfängt die Leitung 26 eine Spannung vom Veirgleicher 55 > ein Ausgangs signal auf der Leitung 10¹I verhindert, wenn dem Zeitgeberzähler 73 vom Vergleieher 55 ein Rückstellimpuls zugeführt wird.

Damit· Schwingungen zwischen dem Digita!detektor und den von ihm gesteuerten Schaltungen beim Einschalten der. Schaltungen., vermieden werden, führt die Leitung 96 dem Digitaldetektor eine Spannung: von den gesteuerten Schaltungen zu, wodurch der Schaltvorgang beschleunigt wird. ;

Fig." 9 zeigt in einer Logikschaltung den Digitaldetektor 103 > dessen erste Eingangsklemme über die Leitung 30 Impulse vom Detektor 18, dessen zweite Eingangsklemme über die Leitung 26 Eingangsimpulse und dessen dritte Eingangs klemme über die Leitung 96 Einsehaltimpulse von der Schaltung 88 empfängt. Der Ausgang des Digitaldetektors 103 ist über-'die Leitung 104 mit der Schalteinheit 22 verbunden.

Der Digitaldetektor 103 ermittelt einen vorbestimmten Zählerstand eines Mnärzählers und gibt .bei Erreichen dieses Zähler-

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Standes ein entsprechendes Signal ab. Dieses Signal wird bei „ , keinem niedrigeren Zählerstand erzeugt, selbst wenn der Aus-. gang höchster Ordnung des für die Erreichung des vorbestimmten Zählerstandes verwendeten Binärzählers sowohl bei dem vorbestimmten Zählerstand als auch bei einem niedrigeren _.. Zählerstand unterhalb des vorbestimmten Zählerstandes einen binären 1 Impuls empfängt, in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Signal, das die Erreichung des vorbestimmten Zählerstandes anzeigt» außerdem durch Verwendung nur einer Stufe des Zählers erzeugt, wobei diese Stufe die Stufe höchster Ordnung für den vorbestimmten Zählerstand ist.

Zusätzlich zur Ermittlung des vorbestimmten Zählerstandes eines Binär Zählers weist der Digitaldetektor 103 eine Schaltung auf» die die Stabilisierung der Steuerschaltung für die Batterieladeanordnung unterstützt. Diese Steuerschaltung 10 muß stabilisiert werden* da bei Beginn der Abschaltung der Schalteinheit 22 die Spannung an ihrem Eingang infolge des verminderten Stromflusses durch die Schalter an ihrem Eingang zunimmt, wodurch die Gefahr besteht, daß die Schalteinheit wieder einschaltet. Dadurch können bei einigen Eingangsspannüngen für die Sehalteinhext 22 Schwingungen"entstehen. Der Digitaldetektor 103 enthält eine Schaltung, die das Sehalten der Schalteinheit 22 beschleunigt, um diese Schwingungen zu verhindern. '.,..-".-

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Um auf der Leitung 30 eine binäre 1 zu ermitteln und der mit der Schaiteinheit 22 verbundenen Leitung 10-4" eine binäre 1 zuzuführen, weist der Digitaldetektor 103 einen Kondensator I26 auf, dessen einer Anschluß mit der Leitung 30 und dessen anderer Anschluß mit dem Eingang eines Inverters IS^'WrWtinde ist. An den Ausgang des Inverters 128 ist die -Leitung 104 angeschlossen. ^Γ""~ ""- -■■■■■·"."

Um-zu verhindern, daß der Inverter 128 Impulse zu Zeitpunkten empfängt,, zu denen der Ausgang höchster Ordnung, der mit der Leitung 30 verbunden ist, vor Erreichen des vollen Zählerstandes eine binäre 1 empfängt, ist eine Diode I30 mit ihrer Anode über die Leitung 26 mit dem Ausgang des Vergleichers 55 verbunden, und ihre kathode liegt am Eingang des Inverters 128. Die hohe Spannung vom Ausgang des Vergleichers 55 hält die Spannung am Eingang des Inverters 128 auf einem hohen Wert, bis das Ausgangs signal des Vergleichers 55 zu einer Rückstellimpulszeit abfällt. - ■■--- —-

Wenn die Ausgangs spannung des Vergleichers 50 zur Rückstell^· impulszeit abfällt, während der Ausgang mit der höchsten Ordnung des Zählers 73 aktiviert ist, Wird der Impuls vom Inver^ ter 128 invertiert und der Leitung"10*1 zugeführt. Dies geschieht nur zu dem Zeitpunkt, zu dem im Zeitgeberzähler 73 ein voller Zählerstand erhalten wurde.

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- 110 -

Um eine Schwingung zwischen der gesteuerten Schaltung, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus der Schalteinheit 22 besteht, und dem Zähler zu verhindern, ist eine zweite Diode 132 vorgesehen, deren Anode mit der gesteuerten Schaltung und deren Kathode mit dem Eingang des Inverters 128 verbunden ist, der ein RückKopplungssignal liefert, um ein dpr ~ Leitung 104 zugeführtes Signal schneller ansteigen zu lassen und damit die Schalteinheit 22 mit zur Vermeidung von Schwingungen ausreichender Geschwindigkeit zu schalten.

Im Betrieb des Digitaldetektors 103 empfängt die Leitung Ausgangssignale von der Klemme für entladenen Betriebszustand des Zeitgeberzählers 73 (Fig. 5)> wenn dieser von einem Zählerstand von 0 zum Zählerstand der letzten Stufe zählt. Wurde der Zeitgeberzähler 73 nicht zuvor rückgestellt, so wird bei halbem Zählerstand der Leitung 30 von der Klemme für entladenen Betriebszustand ein Signal zugeführt, das keinen vollen Zählerstand des Zeitgeberzählers 73 anzeigt, da die Ausgangsklemme der höchsten Ordnung auch als ein Bit der niedrigeren Zählerstände benutzt wird. Wird der Zeitgeberzähler 73 zwischen diesem halben Zählerstand und einem abschließenden Zählerstand rückgestellt, so wird der Inverter 128 nicht zur Lieferung eines positiven Ausgangsimpulses aktiviert, da ihm. vom Vergleicher 55 über die Leitung 26 und in Durchlaßrichtung der ZHode 130 ein positives Rückstellsignal zugeführt wird.

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Tritt während der vollen· 40 Minuten kein Rückstellimpuls auf, so wird der Klemme 30 für entladenen Betriebszustand ein negativer Impuls zugeführt, wodurch ein negativem Eingangsimpüls für die Eingangsklemme des Inverters 128 und ein positiver Ausgangsimpuls auf der Leitung 104 entsteht.

Ist die Batterieladeanordnung aktiviert, so ist die Spannung am Eingang des Inverters 128 niedrig und benotigt eine Zeitspanne zum Ansteigen, während der sie die Schalteinheit 22 zur Deaktivierung der Batterieladeanordnung 12 veranlassen könnte. Dieser Vorgang würde sich bei jeder Aktivierung der Batterieladeanordnung wiederholen und es würden Schwingungen entstehen. Über die Leitung 96 wird jedoch dem Eingang des - · Inverters 128- von der Schaltung 88 eine Spannung zugeführt,' die einen schnelleren SchaltVorgang bewirkt, so daß die Schalt einheit 22 über die Schwingungszustände hinausgetrieben' und eine Stabilisierung erreicht wird;.

In Fig. 10 ist schematis'ch eine Schaltungsanordnung der Schalt einheit 22 für die Batterieladeanordnung gezeigt, die eiri Relais 134 zur Energiesteuerung, einen von Hand zu betätigenden Sehalter 136/ ein Steuerrelais 138 und einen Hauptlogikschalter 142 enthält.

,Die Batterieladeanordnung XZ vdrd bei Empfang eines positiven Signals auf einer von drei Leitungen deaktiviert und zwar der

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Leitung 35 von der überspannungs schutzschaltung 84,. der. Leitung 104 vom Digitaldetektor 103 am Ende eines Ladevorganges im entladenen Betriebszustand und der Leitung 34 von dem Zeitbasiswähler 82 am Ende des Ladevorgangs im geladenen Betriebszustand.

Um die Batterieladeanordnung 12 zu deaktivieren, wenn über irgendeine der Leitungen 35, 104 oder 34 ein Signal empfangen wird,, weist der Hauptlogikschalter 142 einen npn-Transistor l44 auf, dessen Basis mit jeder der Leitungen 34, 104 und 35 über jeweils einen Widerstand 146-, 143 bzw. 150 verbunden ist, so daß eine Oder-Schaltung aus Widerständen und einem Transistor gebildet wird. Um dem Kollektor des Transistors Spannung zuzuführen, ist er über eine Widerstandssehaltung 152 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden.

Zur Steuerung des Relais 134 in Abhängigkeit von Signalen des Hauptlogikschalters 142 weist das Steuerrelais 138 eine von einer Wicklung 156 überbrückte Wicklung 154 auf, die mit einem Ende am Kollektor eines npn-Transistors 158 liegt, dessen Emitter über eine Diode l60 an die negative Spannung der Batterie gelegt ist. Das andere Ende der Relaiswicklung 154 ist mit dem Emitter des Transistors 144, einer positiven Spannungsquelle 145 und einem Pol des Kondensators 162 verbunden, dessen anderer PeI an den Kollektor des Transistors -

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144 angeschlossen ist. Die Kathode einer Zener-Diode 164 liegt am Kollektor des Transistors 144 und einem Anschluß des Kondensators l62j während ihre Anode mit der Basis des Transistors 158 verbunden ist.

Um die Batterieladeanordnung 12 ζμ aktivieren oder zu deaktivieren, enthält die Relaisschaltung 134 eine von einer Diode 168 überbrückte Wicklung 166, deren eines Ende über ein Paar vom Steuerrelais 138 gesteuerter Arbeitskontakte mit einer positiven Spannüngsquelle I7I verbindbar ist. Einer der Arbeitskontakte 174 und das andere Ende der Wicklung I66 liegen an der Anode einer Diode 172. Ein Kontakt des Relais ist mit einem festen Kontakt des von Hand zu betätigenden Schalters 136 und mit einer'positiven Spannungsquelle verbunden, während der andere feste Kontakt des Schalters 136 am anderen Ende der Wicklung I66 liegt und diese beiden Kontakte durch Herunterdrücken des bewegbaren Kontaktes des von Hand zu betätigenden Schalters verbunden werden können. Die Kathode der Diode 172 ist,mit der Widerstandsschaltung 152 und einer Energiesammelleitung für die Steuerschaltung 10 für die Batterieentladeanordnung verbunden₃ und die Anode der Diode 160 liegt an einer anderen Sammelleitung für die Steuerschaltung 10. Bei Erregung der Wicklung 166 sehließen die.Kontakte 175 des Relais 134, um die Batterieladeanordnung zu aktivieren.

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Die Betriebsweise der Schalteinheit 22 ist gleich, wenn der Leitung 35 ein Überspannungsschutzimpuls zugeführt wird, wenn die Leitung 104 vom Digitaldetektor 103 ein Signal erhält oder wenn auf der Leitung 34 ein Signal vom Zeitbasiswähler 82 erscheint. In jedem Fall deaktiviert die Schalteinheit 22 die Batterieladeanordnung 12 (Pig. I), indem sie zunächst das Steuerrelais 138 stromlos macht und als Folge davon die Erregung des Energierelais 134 unterbricht.

Um bei jeder Zufuhr eines positiven Signals zu einer der Leitungsn 35j 104, 34 das Steuerrelais 138 stromlos zu machen, wird der Transistor 14*1 von dem über die Basis-Emitter-Strecke fließenden Strom in den leitenden Zustand getrieben, was zu einem Spannungsabfall an der Kathode der Zener-Diode 164 auf die Größe der Spannungsquelle 145 und damit zu einem Sperren der Zenerdiode führt. Befindet sich die Zenerdiode 164 im nichtleitenden Zustand, so wird der Transistor I58 in seinen nichtleitenden Zustand gebracht und das Relais 138 wird stromlos.

Ist das Steuerrelais I38 stromlos, so sind seine Arbeitskontakte 174 geöffnet und damit der Stromkreis für die Wicklung 166 des Relais 134 unterbrochen. Dies hat z\ir Folge, daß die Arbeitskontakte des Relais 134 geöffnet sind und damit die Batterieladeanordnung 12 deaktiviert ist,

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Durch diesen Aufbau kann die Aktivierung und Deaktivierung der Batterieladeanordnung 12 mit verhältnismäßig geringer Energie gesteuert werden und somit können die. Transistoren 144 und 158 in der Schalteinheit. 22 verhältnismäßig billig sein.

Obwohl die Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht auf dieses beschränkt, sondern es sind weitere Abwandlungen und Änderungen möglichj die alle unter ,die Erfindung fallen.

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-t

Claims

[ 1.)Verfahren zur Steuerung einer Batterieladeanöx'dnung durrfi Messung der zxfischen Zunahmen der Batteriesp'annuhg ver- ^: gehenden Zeit und Verringerung des Ladestroms j wenn die Geschwindigkeit der Ladungsänderung einen durch die ge-'■· messene Zeit angezeigten, eingestellten Wert erreicht, ^; dadurch gekennzeichnet,- daß die Batterieladeanördnung während einer regulären Aufladung unviirksam gemacht oder der Ladestrom^zu einem Pufferstrom verringert wird, wenn die während einer-Vergrößerung um eine Batteriespannüngszunahme vergehende Zeitspanne eine voreingestellte, maximale Zeitspanne überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der anfängliche Ladungszustand der Batterie! bestimmt und die voreingestellte, maximale Zeitspanne für Batterien mit verhältnismäßig hoher anfänglicher Ladung geringer eingestellt wird, als für Batterien mit niedrigerer anfänglicher Ladung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Anstieg der Batteriespannung auf einen voreingestellten Wert erforderliche Zeit zur Messung des anfänglichen Ladungszustandes der Batterie verwendet wird.

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4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3> mit einem Schalter zur Deaktivierung der Batterieladeanordnung oder zur Verringerung des Ladestroms zu einem Pufferstrom, der vom.Äusgangssignal eines Zeitgebers gesteuert ist, welcher die Zeitperioden zwischen aufeinanderfolgenden digitalen Signalen von einem Analog/Digital-Umsetzer mißt, der zur Messung der Ausgangsspannung der Batterie vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (18; 73) ^eil* Zähler ist, dessen Rückstelleingang mit dem Analog/Digital-^Umsetzer (l6) verbunden ist und dessen einer Eingang am Schalter (22) liegt.
5. Anordnung nach Anspruch ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Umsetzer (1.6) den Ausgang eines Vergleichers (55) mit der Rückstellkleiame des Zeitgebers (18; 73) verbindet und einen MOS-Zähler (60) aufweist und daß der Ausgang des Digital/Analog-Ümsetzers (58) mit einem Eingang (63) des Vergleichers (55) verbunden und der andere Eingang (61) des Vergleichers (55) mit einer Batterie (14) verbindbar ist*
6. Anordnung nach Anspruch U oder 5, dadurch gekennzeichnet·, daß der Zeitgeber (18) einen ersten Ausgang (33) und einen zweiten Ausgang (30) hat> die mit dem Schalter in Verbindung stehen, wobei mindestens ein Ausgang (33) über eine

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den Ausgang wählende Logikschaltung (82) mit dem Vergleicher (55) und mit dem Zähler (60) verbunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung ein Gatter (93) aufweist, dessen Ausgang mit dem Schalter .(22), dessen einer Eingang mit dem ' ersten Eingang (33) des Zeitgebers (18; 73) und dessen anderer Eingang mit dem Stellausgang einer Verriegelung (106, 107, 108, 110, 104, 112) verbunden ist, deren Stelleingang mit einer Ausgangsleitung (28C) des Zählers (60) und deren Rückstelleingang über eine Leitung (26) mit dem Vergleicher (55) verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitung (28C) des Zählers, die mit dem Stelleingang der Verriegelung verbunden ist, auf eine Batteriespannung anspricht, die sich in einem Spannungsänderungsbereich (50) der Kennlinie (Fig. 2 und 3) der Batterie (1*0 oberhalb eines anfänglichen Änderungsbereiches (56) befindet.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8_a dadurch gekennzeichnet, daß eine Äusgangsleitung (28B) am Triggereingang .eines Impulsgenerators (86) liegt, der dem Zeitgeber .(18; 73) Zählimpulse zuführt, wobei- die Ausgangs-

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leitung (28B) auf eine Batteriespannung anspricht, die in einem Spannungsänderungsberexch. (54) der Kennlinie (Fig. 2 und 3) der Batterie (14) oberhalb eines anfänglichen Bereiches (56) langsamer Änderungen liegt.

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