DE2351559C3

DE2351559C3 - Geregelte Batterieladeanordnung

Info

Publication number: DE2351559C3
Application number: DE2351559A
Authority: DE
Inventors: Ronald E. Redlands Calif. Long (V.St.A.)
Original assignee: Lester Electrical Of Nebraska Inc Lincoln Nebr (vsta)
Current assignee: Lester Electrical Of Nebraska Inc Lincoln Nebr (vsta)
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1979-10-04
Also published as: JPS4973635A; JPS5333133B2; US3794905A; FR2203199A1; GB1414359A; DE2351559B2; FR2203199B1; DE2351559A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batterieladean- ^w Ordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist eine Batterieladeanordnung bekannt (US-PS 24 969), bei der ein Zähler der Spannung der zu ladenden Batterie folgt und seinen Zählerstand mit Erhöhung der Batteriespannung vergrößert, während '' ein .7-eitgeber Steuersignale erzeugt, wenn die Zeitspannen zwischen Zählungen des Zählers gewisse, vorbestimmte Kriterien erfüllen. Eine Schaltung, die den Zähler der Spannung der Batterie folgen läßt, enthält einen Analog/Digital-Wandler, der den Zählerstand des ^f'° Zähiers in ein Analogsignal umwandelt, sowie einen Vergleicher, der das Signal von einem Digital/Analog-Wandler mit der Spannung der Batterie vergleicht, so daß der Zählerstand der Batteriespannung in kleinen Schritten folgt.

Bei dieser bekannten Anordnung ist der Zähler ein Schrittschalter, der von Stellung zu Stellung schaltet. Der Zeitgeber setzt einen bistabilen Schalter, wenn der

b^r> 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

Aus der FR-PS 15 30 629 ist ferner eine im wesentlichen mit Relais und mit einer Zeitschaltuhr aufgebaute Batterieladeanordnung bekannt, bei der das Ein- und Ausschalten der Aufladevorgänge im wesentlichen auf mechanische Weise durch die relaisgesteuerte Zeitschaltuhr erfolgt

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 Spannungsänderung und wird bis zn einer hohen Batteriespannung fortgesetzt, bis dann ein Oberspannungsdetektor 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 Feststellung 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 y.ie 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 Geschwindigkeit 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 dem Bereich nahe dem Ende eines Ladevorganges asymptotisch einer Parallelen zu der Zeitachse nähen. 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 VergröBerung 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, eine Batterieladeanordnung zu schaffen, mit der eine genaue Steuerung der Ladung von in unterschiedlichen Entladezuständen befindlichen Batterien ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Dadurch wird eine Aktivierung der Steuerschaltung der Bauerieladevorrichtung erreicht, wenn die Rate bzw. Geschwindigkeit der Änderung der Spannung oder des Stromes 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 ist die Beendigung eines Batterieladevorganges mit großer Genauigkeit durchführbar, wozu zweckmäßigerweise ein MOS-Zähler als Zeitgeber verwendet wird. Durch Verwendung eines derartigen Zählers in Zusammenhang mit anderen Halbleiterschaltungen lassen sich eine große Anzahl, beispielsweise 1024 Bezugswerte, festlegen. Mit einem Spannungsregler in der Batterieiadeanordnung, 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. Die Abschaltzeit ist durch diese genaue Anzeige mit großer Präzision steuerbar.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in ihrem kompakten und wirtschaftlichen Aufbau. Außerdem ist der in dei Schalteinheit vorgesehene Transistor verhältnismäßig billig, da das Steuerrelais mit einer geringen Leistung gesteuert wird und ein Relais höherer Leistung zur Aktivierung und -Deaktivierung der Batterieiadeanordnung ansteuert.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einem Blockschaltbild 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;

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

Fi g. 4 zeigt in einem Blockschaltbild eine Analog/Digital-Wandlerschaltung zur Verwendung in dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1;

F i g. 5 zeigt in einem Blockschaltbild einen Zeitgeber für langsame Aufladung zur Verwendung in dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I;

F i g. 6 zeigt in einem R'ackschaltbild eine Logikschaltung für Ladewerte für das Ausführungsbeispiel gemäß F ί g. 1;

Fi g, 7 zeigt in einem Blockschaltbild einen Zeitbasiswähler für die Logikschaltung gemäß F i g. 6;

Fig.8 zeigt eine Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung für die Logikschaltung gemäß F i g. 6;

Fig.9 zeigt in einer Schaltungsanordnung einen Digitaldetektor für die Logikschaltung gemäß Fig. 6;

Fig. 10 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung einer Batterieladeschalteinhett für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. I.

In Fig. 1 sind eine Steuerschaltung 10 für eine Batterieiadeanordnung, ein Batterie-Ladegerät 12 und eine Batterie 14 dargestellt, die elektrisch miteinander verbunden sind. Die Steuerschaltung 10 tastet die Spannung der Batterie 14 ab und deaktiviert in Abhängigkeit von der festgestellten Spannung das Ladegerät 12, wenn die Batterie 14 vollständig geladen ist.

Das Ladegerät 12 enthält einen Spannungsregler, dessen Regelbereich zumindest in die Spannungsbereiche reicht, in denen eine Batterie vollständig geladen ist oder kurz vor der vollständigen Ladung steht, so daß Spannungsänderungen, die der Batterie gelegentlich infolge Schwankungen der Netzspannung über den Spannungsregler zugeführt werden, nicht so groß sind, daß sie zu einer negativen Abweichung nahe dem Endbereich des Ladevorganges der Batterie führen. Um auf wirtschaftliche Weise eine ausreichende Regelung zu erhilten, weist das Ladegerät 12 einen Wandler auf, jo der eine vormagnetisierte Spule enthält, die die Leistungsmenge auf einen vorbestimmten Wert begrenzt, die dem Ausgang des Ladegerätes als Gleichspannungsleistung zugeführt werden kann.

Um das Ladegerät 12 zu steuern, enthält die J) Steuerschaltung 10 eine Analog/Digital-Wandlerschaltung 16, einen Zeitgeber 18 für geringe Ladegeschwindigkeii, eine Ladungswert-Logikschaltung 20 und einen Ladeschalter 22. Die Wandlerschaltung 16 ist mit der Batterie 14 verbunden, um deren Spannung zu messen -ι«» und um digitale Informationen bezüglich der Änderungen des Spannungswertes der Batterie beim Laden an den Zeitgeber 18 und die Logikschaltung 20 zu geben, die beide mit dem Ladeschalter 22 verbunden sind, um dieser unter unterschiedlichen Umständen Signale )"> zuzuführen, die anzeigen, daß die Batterie vollständig geladen ist. Der Ladeschalter 22 verhindert in Abhängigkeil von diesen Signalen eine weitere Ladungszufuhr von dem Ladegerät 12 zur Batterie 14.

Um die Spannung der Batterie 14 zu messen, wird der

Vi Analog/Digital-Wandlerschaltung 16 die Spannung der Batterie 14 über eine Leitung 24 zugeführt, und sie gibt bei jeder Spannungserhöhung der Batterie 14 übtr irgendeinen einer Reihe von Spannungsbezugswerten Signale über eine Leitung 26 an den Zeitgeber 18 und

~>^r> bei Erreichen bestimmter Amplituden der Spannung der Batterie 14 über eine Gruppe von Leitungen, die in F i g. 1 als einzelne Leitung 28 gezeigt ist. Signale an die Logikschaltung 20.

Um eine Rate Hzw. Geschwindigkeit der Aufladung

hi der Batterie 14 festzustellen, die so gering ist, daß sie den Volladezustand der Batterie anzeigt, erhält der Zeitgeber 18 über die Leitung 26 Impulse 'jnd führt dem Ladeschalter 22 immer dann über eine Leitung 30 ein Signal zu, wenn nach einem Impuls eine vorbestimmte

»■"> Zeitspanne abgelaufen ist, bevor ein nachfolgender Impuls vom Zeitgeber 18 zugeführt wird. Da der Leitung 26 nur dann zwei aufeinanderfolgende Impulse zugeführt werden, wenn sich die Spannung der Batterie

14 um mindestens einen Schritt zwischen einem Spannungswert und dem nächsten Spannungswert erhöht hat, nimmt die Rate der Spannungssteigerung der Batterie zu, wenn die Frequenz der Impulse auf der Leitung 26 zunimmt. Wenn die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen eine vorbestimmte Zeitspanne überschreitet, ändert sich die der Batterie zugeführte Ladungsmenge ausreichend langsam, was bedeutet, daß die Batterie vollständig geladen ist.

Die Logikschaltung 20 empfängt Impulse auf irgendeiner von verschiedenen Leitungen von der Analog/Digital-Wandlerschaltung 16 und gibt in Abhängigkeit von diesen Impulsen und in Abhängigkeit von intern erzeugten Logiksignalen Ausgangssignale entweder über die Leitung 32 an den Zeitgeber 18 oder über die Leitungen 34 und 35 an den Ladeschalter 22, so daß verschiedene Funktionen durchgeführt werden.

Um das Ladegerät 12 zu aktivieren und zu deaktivieren, weist der Ladeschalter 22Trennsteiien auf. die in Abhängigkeit von über die Leitungen 30, 34 und 35 empfangenen Signalen gesteuert werden. Die Steuerung des Ladegerätes 12 ist durch die Leitung 36 angedeutet, die es mit dem Ladeschalter 22 verbindet. Außerdem gelangt an den Ladeschalter 22 über die Leitung 38 die Spannung der Batterie 14, die als Bezugsgröße für einige der Schaltvorgänge im Ladeschalter 22 dient.

Im Betrieb des Ladegeräts 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 ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in Diagrammen Spannungsverläufe über der Zeit, wobei ir F i g. 2 drei Kurven 40, 42 und 44 den üblichen Ladungsverlauf für eine entladene Batterie und die beiden Kurven 46 und 48 gemäß F i g. 3 den typischen Ladungsverlauf für eine teilgeladene Batterie zeigen.

Rpi Rptrinn Hpc I aHpvriroanopc ptti73 ijiirnU Eins'.ck-

ken eines Steckers des Ladegeräts in eine entsprechende Steckdose an der Batterie, wird der Batterie Energie zugeführt und dadurch die Steuerschaltung 10 aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt wählt die Steuerschaltung 10 den Betriebszustand des Zeitgebers 18.

Um den Betriebszustand des Zeitgebers 18 zu wählen, prüft die Logikschaltung 20, ob die Batteriespannung innerhalb einer festgelegten Zeitspanne auf einen vorgewählten Wer¹, ansteigt, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 41 V beträgt und durch die Linie 50 in den F i g. 2 und 3 angedeutet ist. Erfolgt ein Anstieg bis zur vorgewählten Spannung, bevor die festgelegte Zeitspanne abläuft, so öffnet die Logikschaltung 20 ein Gatter, das die Leitungen 32 und 33 verbindet, wodurch der Zeitgeber 18 im Zustand für eine stark entladene Batterie arbeitet. Ist die Batterie im stark entladenen Zustand, wie dies durch die Kurven für typische Batterieladevorgänge in Fig. 2 angedeutet ist, so erreicht die Batteriespannung den Punkt 52 auf der Linie 50 innerhalb einer Zeitspanne von etwa 20 Sekunden nicht, gelangt jedoch etwas später zur Linie 50. Da die Linie 50 nicht innerhalb etwa 20 Sekunden geschnitten wird, so wird der Zeitgeber für entladenen Zustand angewählt, bevor die Spannung den durch die Linie 50 bezeichneten Wert erreicht hat.

Bevor die Batteriespannung die Linie 50 erreicht hat.

gelangt sie zu einer durch die Linie 54 in Fig.: dargestellten niedrigeren Spannung, die in den bevorzugten Ausführungsbeispiel 39,7 V beträgt. Be dieser Spannung beginnt der Zeitgeber 18 für langsam« Geschwindigkeit der Änderung die Änderungsge schwindigkeit der Spannung der Batterie zu ermitteln Zu diesem Zeitpunkt hat die Batteriespannung bereit: den anfänglichen Änderungsbereich niedriger Ge schwindigkeit, der in der Kurve 44 bei 56 angedeutet ist durchlaufen und arbeitet in einem Bereich mit hohe: Geschwindigkeit der Änderung.

Wenn später die Batterie nahezu vollständig gelader ist. erreicht die Batteriespannung einen Arbeitsbereich mit einer niedrigen Änderungsgeschwindigkeit, etw; den Bereich 57. Wenn die Änderungsgeschwindigkei unter die vorbestimmte minimale Änderungsgeschwin digkeit in diesem Bereich absinkt, führt der Zeitgeber Ii dem Ladeschalter 22 über die Leitung 30 ein Signal zu wodurch der Ladeschalter 22 des Ladegerätes V, deaktiviert.

Befindet sich die Batterie 14 zu Beginn des Vorgänge: im ieilgeladenen Zustand, so steigt die Batteriespan nung innerhalb einer geringeren als bei 52 angedeuteter Zeit über die Linie 50 (Fig. 3) und erreicht diest Spannung, ohne eine anfängliche niedrige Änderungs geschwindigkeit der Spannung zu durchlaufen. Kur; nach der Zunahme der Batteriespannung über die Linie 50 hinaus ermittelt der Zeitgeber 18 die Änderungsge schwindigkeit der Spannung. Fällt sie unter einer vorbestimmten niedrigen Wert, wie dies im Bereich 5> der Kurve 46 der FaI; ist, so führt der Zeitgeber 18 derr Ladeschalter 22 über die Leitung 33, die Logikschaltung 20 und die Leitung 34 ein Signa! zu, wodurch dei Ladeschalter 22 das Ladegerät 12 deaktiviert.

Um einen Zustand mit niedriger Ladegeschwindigkei festzustellen, führt die Analog/Digital-Wandlerschal tung 16 dem Zeitgeber 18 bei jeder Spannungserhöhung der Batterie 14 um 0,012 V, wenn die Batteriespannung oberhalb von 38 V liegt, ein Signal zu. Wenn die Zeil zwischen dem Empfang zweier aufeinander folgende! Signale eine vorbestimmte Zeitspanne überschreitet

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Ladegerätes 12 deaktivieren. Die vorbestimmte Zeit spanne wird so gewählt, daß das Ladegerät K ' · deaktiviert ist. wenn sich die Batteriespannung langsarr erhöht, wie dies im Bereich 57 der Fall ist. Diese Zeitspanne wird kürzer gewählt, wenn sich die Batterie im geladenen Zustand befindet als wenn sie sich irr entladenen Zustand befindet, um eine schnellere Unterbrechung zu ermöglichen als bei entladener Batterien.

Die Analog/Digital-Wandlerschaltung 16. die ir einem Blockschaltbild in Fig.4 dargestellt ist, enthäli einen Fiinktionwprstärkpr der a!« Vprglpirher W client einen Digital/Analog-Umsetzer 58, einen Zähler 60 und einen gleichstromgesteuerten astabilen Multivibrator 62.

Um bei jeder Erhöhung der Batteriespannung übet

einen vorbestimmten Spannungswert Rückstellimpulse

^; zu erzeugen, ist der Vergleicher 55 mit einer Eingangsklemme 61 der Leitung 24 verbunden, um die Batteriespannung 14 zu empfangen und liegt mit der anderen Eingangsklemme 63 einer Leitung 64 am Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers 58, um eine

*■·'■ Bezugsspannung aufzunehmen.

Die Spannungsbezugswerte sind diskrete Spannungsamplituden, die jeweils voneinander um einen vorbestimmten Spannungsschritt entfernt sind. Der Span-

nungsbezugswert 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 Spannunpsschritt von 0,012 V ergeben sich bei einem typischen Ratterieladevorgang 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 AusfUhrungsbcispiel wird der besondere Vorteil der verhältnismäßig kleinen Span- π nungsschritte zwischen aufeinander folgenden Spannungsbezugswerten ausgenutzt. Durch Wahl verhältnismäßig kleiner Spannungsschritle wird die Genauigkeit des Ladungsvorganges einer Batterie erheblich vergrößert.

Die Betriebsgenauigkeit wird erhöht, obwohl Netzspannungsschwankungen sich über mehr als einen Spannungsbezugswert erstreckende Absenkungen der Ausgangsspannung des Ladegeräts 12 erzeugen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel treten Schwankungen in der Ausgangsspannung des Ladegeräts 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 aaß die der Batterie und der Steuerschaltung 10 zugeführten Spannungsschwankungen geringer werden. Bei niedrigen Batteriespannungen beeinträchtigen Spannungsabsenkungen, die sich von Bezugswert zu Bezugswert erstrecken, den Betrieb der Steuerschallung 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

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. so

Zur Erzeugung der Bezugswerte weist der Zähler 60 eine Anzahl von Ausgangsklemmen auf, die beispielsweise als Klemmen 72/4—72Hm F i g. 4 dargestellt sind lede dieser Ausgangsklemmen ist mit einem anderer. Eingang des Digital/Analog-Umsetzers 58 verbunden, so daß die Zählung des Zählers 60 den Digital/Analog-Umsetzer 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-Umsetzers 58 neue Bezugswerte, bis die Spannung am Eingang 63 gleich oder größer als die Spannung am Eingang 61 ist, worauf dann die Ausgangsspannung des Vergleichers 55 Null und der Multivibrator 60 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 Batterieladeanordnung sowie der Steuerschaltung 10. Es gibt beispielsweise drei Logikfunktionen, in denen die Signale eine Rolle spielen:

(1) die Erzeugung eines Überspannungsschutzes;

(2) die Wahl des Betriebszustandes des Ladegerätes durch Unterscheidung zwischen einer geladenen

UIlU UlIlCl dlliaUtMICM LidllCI ICi

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

Zur Erzielung eines Überspannungsschutzes ist die Ausgangsklemme 72/Vdes Zählers so geschaltet, daß sie nur bei extrem hoher Batteriespannung aktiviert wird, was durch den Anschluß der Leitung 2SA erreicht ist, die ein Überspannungsschutzsignal liefert, das das Ladegerät 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 des Ladegerätes zu Beginn des Ladevorgangs durch Unterscheidung zwischen entladener und geladener Batterie wählen, arbeitet der Rückstellimpuls auf der Leitung 26 vom Vergleicher 55 mit einem Impuls auf der Leitung 28/4 von der Ausgangsklemme 72Fdes Zählers 60 zusammen.

Die Wahl des Betriebszustandes erfolgt in Abhängigkeit dieser beiden Signale in der Logikschaltung 20, die aus der Zeitfolge der Ausgangssignale vom Vergleicher jj Uhu VUIi uci Kiciiiiiic /2r icMäiciii, uü uic Dauerte 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 Zeitgeber 18 betreibt.

Der Zähler 60 ist ein binär kodierter MOS-Welligkeitszähler, der den Klemmen 72A—72H positive, statische Spannungen zuführt, wobei die Klemme 72/4 die Klemme niedrigster ürid die Klemme 72H die Klemme höchster Ordnung ist. Diese statischen

wurden in

ZsHicr 60

über die Leitung 68 zugeführten impulsen erzeugt.

Um dem negativen Eingang des Vergleichers 55 eine Spannung zuzuführen, die dem letzten, vom Zähler 60 gelieferten Bezugswert entspricht, weist der Digital/ Analog-Umsetzer 58 eine Anzahl von Eingangsklemmen auf, von denen jede mit einer anderen Ausgangsklemme des Zählers 60 verbunden ist. Der Digital/Analog-Umsetzer 58 erzeugt aus dem vom Zähler 60 empfangenen digitalen Signal einen entsprechenden Spannungswert und führt ihn über die Leitung 64 der negativen Eingangsklemme des Vergleichers 55 zu.

Der in Fig.5 in einem Blockschaltbild dargestellte Zeitgeber 18 für niedrige Ladegeschwindigkeit enthält einen Zeitgeberzähler 73 mit einer Rückstellklemme, die

über die Leitung 26 mit einer Analog/Digital-Wandlerschaltung 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 Ausgangsklemne für den geladenen Zustand und eine über die Leitung 30 mit dem Ladeschalter 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. I) 0,42-Hz-lmpulse 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 i.inH der Leitun*⁷ 30 vier?.;™ Minden "sch Bczinn ciricr Zählung einen Impuls zuführt, falls nicht durch einen positiven Impuls auf der Leitung 26 von der Analog/Digital-Wandlerschaltung 16 eine Rückstellung erfolgt.

Auf diese Weise mißt der Zeitgeberzähler 73 die Zeitspanne zwischen den Rückstellimpulsen und der Zeit, die zur Erhöhung der Batteriespannung um einen Spannungsbezugswert erforderlich ist.

Im Betrieb des Zeitgebers 18 wird der Zeitgeberzähler 73 zu Beginn eines Batterieladevorganges rückgestellt. Zu diesem Zeitpunkt gelangen keine Zählimpulse über die Leitung 32 an den Eingang des Zeitgeberzählers 73. Dadurch wird vermieden, daß der Zeitgeberzähler 73 eine Zählung beginnt, während die der Analog/Digital-Wandlerschaltung 16 (Fig. 1) von der Batterie zugeführte Spannung zu Beginn des Ladevorganges mit niedriger Änderungsgeschwindigkeit ansteigt, so daß eine frühe Beendigung des Ladevorganges verhindert wird.

Wenn die Batteriespannung einen vorbestimmten Spannungsbezugswert durchläuft, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 39,7 V beträgt, so aktiviert der Zähler 60 die Ausgangsk'cmme 72£ die der Zeiteebersteuerschaltung in der Logikschaltung 20 eine Ausgangsspannung zuführt. Die Logikschaltung gibt 0,42-Hz-lmpulse 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 zugeführt, und über die Leitung 26 gelangt ein positiver Rückstellimpuls an die Rückstellklemme des Zeitgeberzählers 73, wodurch dieser rückgestellt wird.

Nach Ablauf von sechs Minuten nach einem dem Zeitgefaerzähler 73 zugeführten Rückstellimpuls gelangt an die Ausgangskiemme für den geladenen Zustand, die über die Leitung 33 mit einer bei einem Zählerstand von 26 zu aktivierenden Stufe verbunden ist, ein Ausgangssignal. Dieser Impuls wird der Logikschaltung 20 zugeführt und bei Betrieb der Steuerschaltung 10 im geladenen Zustand zum Ladeschalter 22 getaktet, um das Ladegerät 12 zu deaktivieren. Der Impuls wird gesperrt, wenn die Steuerschaltung für das Ladegerät im entladenen Zustand arbeitet.

Arbeitet die Steuerschaltung 10 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 Rückstellimpuls gelangt zur Deaktivierung des Ladegeräts 12 an den Ladeschalter 22.

Fi g. 6 zeigt in einem Blockschaltbild die Logikschaltung 20 für die Bezugswerte, die einen Zeitbasiswähler 82, eine Überspannungsschutzschaltung 84, eine Zeitgebersteuerschaltung 86, eine Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88, eine Steuerschaltung 90 für die Leistungsunterbrechung und einen Digitaldetektor 103 aufweist.

Zur Wahl der Zeitbasis für die Ermittlung einer niedrigen Geschwindigkeit der Aufladung ist der Zeitbasiswähler 82 über die Leitung 28C mit der Ausgangskiemme 72Fdes Zählers 60, über die Leitung mit dem Ausgang des Vergleichers 55, über die Leitung 33 mit der Ausgangsklemme für geladenen Betrieb des Zeitgeberzählers 73 und über die Leitung 34 mit dti;i Ladeschalter 22 verbunden. Die Logikschaltung im Zeitbasiswähler 82 vergleicht die zeitliche Folge der Signale von der AusgangskierniVic 72F und vum Vergleicher 55 und bestimmt auf Grund dieses Vergleiches innerhalb von 20 Sekunden derjenigen Zeitspanne, in der die Steuerschaltung 10 für das Ladegerät angelassen wird, ob sich die Batterie 14 im geladenen oder entladenen Zustand befindet und wählt die geeignete Zeitbasis für den jeweiligen Zustand.

Der Zustand einer Batterie, die zu Beginn des Ladevorganges teilgeladen ist, wird mittels des Zeitbasiswählers 82 festgestellt, da der Zähler 60 direkt bis zur oder gegebenenfalls über die Ausgangsklemme 72F zählt, ohne daß der Vergleicher 55 ein Spannungssignal von Null an die Leitung 26 abgibt. Der Zustand einer Batterie, die zu Beginn des Ladevorganges entladen ist, wird vom Zeitbasiswähler 82 dadurch festgestellt, daß die Ausgangsspannung des Digital/Analog-Umsetzers 58 (Fig.4) gleich der Batteriespannung bei einem Spannungsbezugswert 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

■to von Null erzeugt wird, die anzeigt, daß die Batterie 14 entladen ist.

Befindet sich die Batterie 14 im pplaHenpn 7ii«tanrl sn werden der Leitung 33 vom Zeitgeber 18 (Fig. 1) für niedrige Änderungsgeschwindigkeit zugeführte Signale zur Leitung 34 getaktet, die sie zur geeigneten Zeit zur Deaktivierung des Ladegeräts 12 an den Ladeschalter 22 weiterleitet. Befindet sich die Batterie 14 im entladenen Zustand, so werden diese Signale gesperrt, so daß der Zeitgeberzähler 73 bis zur Ausgangsklemme

so für den entladenen Zustand zählt, bevor er ein Signal an den Ladeschalter 22 gibt, damit dieser das Ladegerät 12 am Ende eines Ladevorganges deaktiviert.

F i g. 7 zeigt eine Logikschaltung des Zeitbasiswählers 82 mit einer vom Vergleicher 55 (F i g. 4) kommenden Eingangsleitung 26, einer vom Zähler 60 kommenden Eingangsleitting 28C und einer Ausgangsleitung 34, die mit dem Ladeschalter 22 verbunden ist

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;
(?) einem Filter 107;

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

(4) einem Inverter 110;

wobei die Leitung 26, der Inverter 106, das Filter 107, ein

in

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 Nicht-Oder-Gatter 114 mit zwei Eingängen;

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

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 28Cein 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 10·? zum Nicht-Und-Gatter 114, wobei dieses durch eine Sigr;alrückkopplung von jo 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 Zeitgeberzähler 73 (Fig. 5) zugeführt wird, nachdem der Zeitgeberzähler 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 Nirht-OHpr-Ciattpr Ii)R ιιηΗ H<?n |nuprtpr 1JO 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-Gatter 104 mit einer Ausgangsspannung von Null zu verriegeln. Bei einer derartigen Ausgangsspannung von Null vom Nicht-Oder-Gatter 104 führt die Verriegelung, die das Nicht-Oder-Gatter 114 und den Inverter 116 enthält, der Leitung 92 eine Spannung von Null zu, wodurch verhindert wird, daß das Und-Gatter 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 Einschaltstromstoß zugeführt wird, wenn die Steuerschaltung 10 aktiviert wird, ist zwischen den Inverter 106 und das Nicht-Oder-Gatter 108 ein Filter 107 in Reihe geschaltet, das diesen Einschaltstromstoß unterdrückt.

Unter gewissen Umständen, etwa wenn die Batterie einen großen Innenwiderstand hat, kann sich die Batteriespannung auf einen unerwünschten Wert erhöhen, ohne daß das Ladegerät 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 Überspannungsschutzschaltung 84 angeschlossen. Empfängt diese eine positive Spannung von der Leitung 28a, so liefert sie über die Leitung 35 ein Signal zum Ladeschalter 22, um das Ladegerät 12 zu deaktivieren. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Leitungen 28/4 und 35 direkt miteinander verbunden.

Um dem Zeitgeber 18 über die Leitung 32 die 1,72-Hz-Zählimpulse zuzuführen, ist ein Eingang der Zeitgebersteuerschaltung 86 mit der Leitung 28fl des Zählers 60 und ein anderer Eingang über die Leitung 101 mit dem Ausgang der Steuerschaltung 90 für die Leistungsunterbrechung verbunden. Die Leitung 28S 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 Zeitgebers 18 über die Leitung 32 zuführt.

Geiegeiiiiiui soü 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 erwünsc'it, eine vollständige Entladung der Batterien zu verhindern.

Damit sich die Batterien bei Aufbewahrung während längerer Zeitspannen nicht vollständig entladen, hat die Einschalt- und Ladungserhailtungsschaltung 88 einen mit dem Ausgang der Batterie 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 dem Ladeschalter liegt, um das Ladegerät 12 zu aktivieren. Zu diesem Zweck enthält die Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88 einen Schalter, 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 Ladungserhaltungsschaltung 88, wobei der erste Eingang über die Leitung 26< mit dem Vergleicher 55

der Leitung 94 und damit an einem 7 -MI der Batteriespannung. Die Leitung 94 empfängt eine Abtastung der Batteriespanriung, die über einem hohen Widerstand (nicht gezeigt) liegt, so daß sich kein nennenswerter Abfluß der Energie der Batterie ergibt, wenn das Ladegerät 12 deaktiviert ist. Der Ausgang der Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88 ist über die Leitung % mit dem Ladeschalter 22 verbunden, um das Ladegerät 12 zu aktivieren, wenn die Batteriespannung unter 37 V fällt.

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

Damit das Ladegerät 12 von dem Ladeschalter 22 aktiviert werden kann, enthält die Einschalt- und Ladungserhaitungsschaltung 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 uer 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 % und der Ausgang des Inverters 124 an dem anderen Eingang des Nicht-Und-Gatters 120. Die Leitung 26 liegt am Eingang des Inverters 124 und die Leitung 94 am anderen Eingang des Nicht-Und-Gatters

Liegt die Batteriespannung 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 dem Ladeschalter 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

Da das Ladegerät 12 deaktiviert und die Spannung auf der Leitung 26 Null ist, gelangt eine positive Spannung zn den anderen der beiden Eingänge des Nicht-Und-Gatters 120, so daß an beiden Eingängen dieses Gatters eine positive Spannung liegt, wodurch sein Ausgangssignal auf die Spannung Null umschaltet Durch dieses Ausgangssigna! wird der Ausgang des Nicht-Und-Gatters 118 auf einer positiven Ausgangsspannung verriegelt, und über die Leitung 96 gelangt eine positive Spannung an den Ladeschalter 22, wodurch das ladegerät 12 aktiviert wird.

Um die Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88 zu entriegeln, wenn die Batteriespannung 38 V erreicht hat, wird ein Rückstellimpuls auf der Leitung 26 im Inverter 124 invertiert, damit einer 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 118 und einer Spannung von Null zur Leitung 96 bewirkt wird. Selbstverständlich beendet die Rückstellung der Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88 nicht den Betrieb des Ladegerätes, da dieses jetzt von der Analog/Digital-Wandlerschaltung 16 gesteuert wird.

In der Praxis werden Batterien im allgemeinen so stark benutzt, daß sie entladen sind, oder sie werden beim bloßen Transport von einem Aufbewahrungsort zum anderen nur geringfügig entladen. Daraus ergibt sich, daß der Bereich zwischen dem geladenen Betriebszustand und dem entladenen Betriebszustand bei einer verhältnismäßig hohen Batteriespannung liegen sollte. Dies ist jedoch aus zwei Gründen nicht immer der Fall, weil nämlich manche alte Batterie oder bei hoher Temperatur betriebene Batterie eine wesentlich geringere Spannung bei vollständiger Ladung hat als eine neue Batterie bei niedriger Temperatur, so daß der Bereich über der Spannung bestimmter vollständig geladener Batterien liegen würde und weil die Verwendung eines Binärzählers für den Zähler 60 der Analog/Digital-Wandlerschaltung 16 erwünscht ist, und diese Art von Zähler läßt sich nicht leicht an einen weiten Bereich zwischen geladenem und entladenem Zustand anpassen.

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

Außerdem sind die meisten, kommerziell erhältlichen Zähler, die als Zähler 60 in der Analog/Digital-Wandlerschaltung 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 10 zurückgestellt werden, um dadurch wesentliche Informationen zu löschen. Ist beispielsweise die Batterie auf eine Spannung von mehr als 41 V aufgeladen worden, so wäre zu erwarten, daß die Steuerschaltung nach dem erneuten Anlaufen im Batteriezustand für eine aufgeladene Batterie arbeiter würde, was unerwünscht ist, da der Ladevorgang bei einer größeren Änderungsgeschwindigkeit der Batteriespannung enden würde als beim Betriebszustand für eine entladene Batterie. Ist andererseits eine Schaltung vorgesehen, die die Informationen in den MOS-Zählem festhält so behalten diese ihren Zählerstand bei, doch die Batteriespannung wird fallen, so daß eine Ungenauigkeit entsteht Wird die Spannungsquelle von dem Ladegerät abgetrennt, so führt die Abschaltsteuerung 90 der Zeitgebersteuerschaltung 86 über die Leitung 101 und dem Zähler 60 über die Leitung 102 eine logische C zu, wodurch die beiden Zähler bei Unterbrechung dei 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 über die Leitung 102 von der Schaltung 90 zugeführten logischen 0 zurück

-!5 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, einer über die Leitung 30 mit dem Ausgang der Klemme für entladenen Zustand des Zeitgebers 73 und einer über die Leitung 96 mit dem Ausgang der Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88 verbunden ist.

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, um eine Deaktivierung des Ladegerätes 12 zu bewirken.

Um eine vorzeitige Zufuhr eines Signals zur Leitung

104 zu verhindern, wenn die Ausgangsklemme des Zeitgeberzählers 73 mit der höchsten Ordnung bei 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 Vergleicher 55, die ein Aussgangssignal auf der Leitung 104 verhindert, wenn dem Zeitgeberzähler 73 vom Vergleicher 55 ein Rückstellimpuls zugeführt wird.

Damit die Pendelungen zwischen dem Digitaldetektor und den von ihm gesteuerten Schaltungen beim

Einschalten der Schaltungen vermieden werden, föhn 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 Zeitgeber 18, dessen zweite Eingangsklemme Ober die Leitung 26 Eingangsimpulse und dessen dritte Eingangsklemme über die Leitung % Einschaltimpulse von der Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88 empfängt Der Ausgang des Digitaldetektors 103 ist über die Leitung 104 mit dem Ladeschalter 22 verbunden.

Der Digitaldetektor 103 ermittelt einen vorbestimmten Zählerstand eines Binärzählers und gibt bei Erreichen dieses Zählerstandes ein entsprechendes Signal ab. Dieses Signal wird bei keinem niedrigeren Zählerstand erzeugt, selbst wenn der Ausgang 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 Binärzählers weist der Digitaldetektor 103 eine Schaltung auf, die die Stabilisierung der Steuerschaltung für das Ladegerät unterstützt Diese Steuerschaltung 10 muß stabilisiert werden, da bei Beginn der Abschaltung des Ladeschalters 22 die Spannung an ihrem Eingang infolge des verminderten Stromflusses durch die Schalter an ihrem Eingang zunimmt, wodurch die Gefahr besteht, daß der Ladeschalter 22 wieder einschaltet. Dadurch können bei einigen Eingangsspannungen für den Ladeschalter 22 Pendelungen entstehen. Der Digitaldetektor 103 enthält eine Schaltung, die das Schalten des Ladeschalters 22 beschleunigt, um diese Pendelungen zu verhindern.

Um auf der Leitung 30 eine binäre 1 zu ermitteln und der mit dem Ladeschalter 22 verbundenen Leitung 104 eine binäre I zuzuführen, weist der Digitaldetektor 103 einen Kondensator 126 auf, dessen einer Anschluß mit der Leitung 30 und dessen anderer Anschluß mit dem Eingang eines Inverters 128 verbunden ist An den Ausgang des Inverters 128 ist die Leitung 104 angeschlossen.

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 130 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 Ausgangssignal des Vergleichers 55 zu einer Rückstellimpulszeit abfällt.

Wenn die Ausgangsspannung des Vergleichers 55 zur Rückstellimpulszeit abfällt, während der Ausgang mit der höchsten Ordnung des Zählers 73 aktiviert ist, wird der Impuls vom Inverter 128 invertiert und der Leitung 104 zugeführt. Dies geschieht nur zu dem Zeitpunkt, zu dem im Zeitgeberzähler 73 ein voller Zählerstand erhalten wurde.

Um eine Pendelung zwischen der gesteuerten Schaltung, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus dem Ladeschalter 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 der

ίο Leitung 104 zugeführtes Signal schneller ansteigen zu lassen und damit den Ladeschalter 22 mit zur Vermeidung von Pendelungen ausreichender Geschwindigkeit zu schalten.

Im Betrieb des Digitaldetektors 103 empfängt die

Leitung 30 Ausgangssignale von der Klemme des Zeitgeberzählers 72 (Fig.5) für den Betriebszustand einer entladenen Batterie, wenn dieser von einem Zählerstand von 0 zum Zählerstand der letzten Stufe zählt Wurde der Zeitgeberzähler 73 nicht zuvor rückgesteüt, so wird bei halbem Zählerstand der Leitung 30 von der Klemme für den Betriebszustand einer entladenen Batterie 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 Diode 130 ein positives Rückstellsignal zugeführt wird.

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

Ist das Ladegerät aktiviert so ist die Spannung am Eingang des Inverters 128 niedrig und benötigt eine Zeitspanne zum Ansteigen, während der sie den Ladeschalter 22 zur Deaktivierung des Ladegerätes 12 veranlassen könnte. Dieser Vorgang würde sich bei jeder Aktivierung des Ladegerätes wiederholen, und es wurden Pendelungen entstehen. Über die Leitung 96 wird jedoch dem Eingang des Inverters 128 von der Einschalt- und Ladungserhaltungsschaltung 88 eine Spannung zugeführt, die einen schnelleren Schaltvorgang bewirkt so daß der Ladeschalter 22 über die Pendelungszustände hinausgetrieben und eine Stabiliso sierung erreicht wird.

in Fig. tO ist schematisch eine Schaltungsanordnung des Ladeschalters 22 für die Batterieladeanordnung gezeigt die ein Relais 134 zur Energiesteuerung, einen von Hand zu betätigenden Schalter 136, ein Steuerrelais 138 und einen Hauptlogikschalter 142 enthält.

Das Ladegerät 12 wird bei Empfang eines positiven Signals auf einer von drei Leitungen deaktiviert, und zwar der Leitung 35 von der Überspannungsschutzschaltung 84, der Leitung 104 vom Digitaldetektor 103 am Ende eines Lädevorgänges im entladenen Betriebszustand und der Leitung 34 von dem Zeitbasiswähler 82 am Ende des Ladevorganges im beladenen Betriebszustand. Um das Ladegerät 12 zu deaktivieren, wenn über irgendeine der Leitungen 35, 104 oder 34 ein Signal empfangen wird, weist der Hauptlogikschalter 142 einen npn-Transistor 144 auf, dessen Basis mit jeder der Leitungen 34,104 und 35 über jeweils einen Widerstand

Ϊ7

146, 148 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 Widerstandsschaltung 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 160 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 Pol an den Kollektor des Transistors 144 angeschlossen ist. Die Kathode einer Zener-Diode 164 liegt am Kollektor des Transistors 144 und einem Anschluß des Kondensators 162, während ihre Anode mit der Basis des Transistors 158 verbunden ist

Um das Ladegerät 12 zu aktivieren oder zu deaktivieren, enthält das Relais 134 eine von einer Diode 168 überbrückte Wicklung 166, deren eines Ende über ein Paar vom Steuerrelais 138 gesteuerter Arbeitskontakte mit einer positiven Spannungsquelle 171 verbindbar ist Einer der Arbeitskontakte 174 und das andere Ende der Wicklung 166 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 faste Kontakt des Schalters 136 am anderen Ende der Wicklung 166 liegt ">nd 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 das Ladegerät verbunden, und die Anode der Diode 160 liegt an einer anderen Sammelleitung für die Steuerschaltung 10. Bei Erregung der Wicklung 166 schließen die Kontakle 175 des Relais 134, um das Ladegerät zu aktivieren.

Die Betriebsweise des Ladeschalters 22 ist gleichartig, wenn der Leitung 35 ein Überspannungsschutzimpuls zugeführt wird, wenn die Leitung 104 vom Digitaidetektor 103 ein Signal erhält oder wenn auf der Leitung 34 ein Signal vom Zeitbasiswähler 82 erscheint In jedem Fall deaktiviert der Ladeschalter 22 das Ladegerät 12 (Fig. 1), indem er zunächst das Steuerrelais 138 stromlos macht und als Folge davon die Erregung des Relais 134 unterbricht

Uin bei jeder Zufuhr eines positiven Signals zu einer der Leitungen 35,104,34 das Steuerrelais 138 stromlos zu machen, wird der Transistor 144 von dem über die Basis-Emitter-Strecke fließenden Strom in den Ieitenden Zustand getrieben, was zu einem Spannungsabfall an der Kathode der Zener-Diode 164 auf die Größe der Spannungsqueiie 145 und damit zu einem Sperren der Zenerdiode führt Befindet sich die Zenerdiode 164 im nichtleitenden Zustand, so wird der Transistor 158 in seinen nicht-leitenden Zustand gebracht, und das Steuerrelais 138 wird stromlos.

Ist das Steuerrelais 138 stromlos, so sind seine Arbeitskontakte 174 geöffnet und damit der Stromkreis für die Wicklung 166 des Relais 134 unterbrochen. Dies hat zur Folge, daß die Arbeitskontakte des Relais 134 geöffnet sind und damit das Ladegerät 12 deaktiviert ist.

Durch diesen Aufbau kann die Aktivierung und

Deaktivierung des Ladegeräts 12 mit verhältnismäßig geringer Energie gesteuert werden, und somit können die Transistoren 144 und 158 in dem Ladeschalter 22 verhältnismäßig billig sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geregelte Batterieladeanordnung etwa konstanter Speisespannung, bei der mit Hilfe eines "> Analog/Digital-Wandlers eine Umwandlung der Batteriespannung in Impulse erfolgt, deren zeitlicher Abstand der Batteriespannung entspricht und wobei ein Zeitgeber zur Messung der Zeitdauer bis zum Eintreffen des jeweils nächsten Impulses und zur "· Steuerung eines Ladeschalters für das Umschalten der Batterieladeanordnung zur Verringerung des Ladestroms auf Pufferstrom dient, sobald die Zeitspanne für einen Spannungserhöhungsschritt einen vorgegebenen Zeitspannen-Maximalwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (18) ein Zeitgeberzähler (73) ist, dessen Rückstellklemme über eine erste Leitung (26) mit der Analog/Digital-Wandlerschaltung (l-ö) in Verbinduüfe steht und dessen erste Ausgangsklemme über eine zweite Leitung (30) mit dem Ladeschalter (22) verbunden ist, und daß in der Analog/Digital-Wandlerschaltung (16) ein Zähler (60) über mehrere Ausgänge an einen Digital/Analog-Wandler (58) angeschlossen ist, wobei Ausgänge des Zählers (60) « zur zusätzlichen Regelung des Batterieladegerätes (12) zu den Zeiten, an denen die Batteriespannung bestimmte vorgegebene Werte erreicht, mit verschiedenen Steuerleitungen (28Λ—28Q verbunden sind, die über eine Logikschaltung (20) mit dem ^!" Ladeschalter (22) in Verbindung stehen.

2. Batterieladeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ausgangsklemme des Zeitgebers\18) über eine dritte Leitung (33) mit einem Eingang eines h. der Logikschaltung ^y> (20) vorgesehenen UND-Gatters (93) in Verbindung steht, dessen anderer Eingang über eine logische Schaltung (104—116) an eine der Steuerleitungen (28Q vom Zähler (60) sowie an die erste Leitung (26) vom Ausgang eines die Batteriespannung und das ^w Signal vom Digital/Analog-Wandler (58) vergleichenden Differentialverstärkers (55) angeschlossen ist, so daß das UND-Gatter (93) bei Aktivierung der Steuerleitung (28Q vor der Erregung der Ausgangsleitung (26) des Differentialverstärkers (55)öffnet. ⁴'