DE2351601A1 - Batterieladegeraet - Google Patents

Description

Df. H. Xohlsr. 0!,11.-,V₂. S. £zinhsTi\ ' ? ? R" 1 R Π 1 η <η

. PBtontenwäue. ZoOiDUi 9,ίΟ. 73

Hamburg 60 - KönigstraBe 28 *

No. 38 7233
2

¥ 26030/73 ^ρ°·

WESIINGHOÜSE BRAKE AND SIGNAL COMPAlTY LIMITED

London, (England )- .

Batterieladegerät

Die Erfindung "betrifft ein Batterieladegerät, Nach der Erfindung ist eine Steuerschaltung für die Batterieladung vorgesehen, in der der Ladezustand der Batterie durch Messungen abgeschätzt wird, während der Ladestrom der Batterie unterbrochen ist, und die eine Einrichtung zum seitlichen Bestimmen einer Zeitperiode während einer Unterbrechung, eine Einrichtung zum Registrieren der Batteriespannung am Ende einer solchen Periode, eine Einrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit einer Batteriespannung, die während einer früheren Unterbrechung des Ladestroms registriert wurde, und eine Einrichtung enthält, die entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs den danach der angeschlossenen Batterie zugeführten Ladestrom weiterfließen läßt, sperrt oder verändert.

Die Batteriespannung kann auf analoge oder digitale Veise registriert werden. Die analoge Registrierung kann durch Ladung eines Kondensators erreicht werden. Die digitale Re-

40 9817/0886

gistrierung kann dadurch erreicht werden, daß die Frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators gesteuert wird, wobei die Anzahl oder die Frequenz der Schwingungen aufgezeichnet wird. Die früher registrierte Batteriespannung kann während derselben Unterbrechung registriert werden wie die später registrierte Batteriespannung oder während einer anderen, früheren Unterbrechung des Ladestroms.

Die Unterbrechung kann zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen einer Serie von Impulsen gebildet werden, und die Batteriespannung kann am Anfang und am Ende eines Zwischenraums registriert werden, der am Snde einer Zeitperiode beginnt, um die Veränderung der Spannung zu messen.

Die Impulse der Impulsfolge können gleiche Dsuer haben und zeitlich gleichmäßig verteilt sein. Die Amplitude des Stroms, der während aufeinanderfolgender Impulse fließt, kann entsprechend einer vorgegebenen Funktion verändert werden.

Die Zwischenräume, in denen die Veränderung der Batteriespannung gemessen wird, können alle gleich und zeitlich gleichmäßig verteilt sein nach dem Ende des jeweiligen Impulses der Serie. In diesem Fall kann die in zwei Zwischenräumen gemessene Veränderung verglichen werden. Die Veränderung in einem Zwischenraum kann dadurch gemessen werden, daß die Batteriespannung am Anfang und am Ende des Zwischenraums einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt wird und die entstehenden Frequenzen verglichen werden. Die Frequenzen kön-

409817/0886

nen dadurch verglichen werden, daß ein Zähler in derselben Zeitperiode mit den Frequenzen jeweils in entgegengesetzte Richtungen gezählt wird, so daJ3 die sich ergebende Zähl-Stellung die Veränderung der Spannung angibt. Durch Wiederholung der Zählung während eines der gleichen und zeitlich gleich verteilten aufeinanderfolgenden Zwischenräume und Verknüpfen der Zählungen in dem Zähler kann der Unterschied in der Veränderung in jedem Zwischenraum abgeschätzt werden.

Das Ladegerät kann eine Einrichtung enthalten, die auf die Differenz zwischen den Veränderungen in jedem dieser Intervalle anspricht und einen ausgewählten Wert erreicht, um die Portsetzung der Impulsfolge zu verhindern.

Die Aufeinanderfolge von Impulsen und Zwischenräumen kann durch eine Polgesteuerung.zeitlich gesteuert werden, die eine Zählanordnung enthält, die eine erste Zählung von einem Ursprung an zählt, um die Länge eines solchen Impulses darzustellen, und der eine zweite Zählung zusätzlich zu der ersten, an deren Ende das Intervall beginnt, zählt, und eine dritte Zählung zusätzlich zu der zweiten zählt, um das Intervall darzustellen. Die Steuerung kann auf die erste Zählung ansprechen, um das "Fließen des Ladestroms zu verhindern und sie kann auf eine vierte Zählung zusätzlich zu der dritten ansprechen, um das Fließen des Ladestroms wieder zu ermöglichen. Der Zähler kann eine fünfte Zählung zwischen der dritten und der vierten ausführen, aufgrund der die auf die In-

4098 17/0886

derung der Batteriespannung ansprechende Einrichtung arbeitet, um den Fluß des Ladestroms nach der vierten Zählung wieder zu ermöglichen oder zu sperren.

Wenn die Änderung der Batteriespannung in aufeinanderfolgenden Intervallen verglichen wird, kann die fünfte Zählung in dem ersten von zwei aufeinanderfolgenden Intervallen unterdrückt werden.

läach der Erfindung wird auch ein Batterieladegerät zum Anschluß an eine Wechselspannung angegeben, die einen Gleichrichter, eine Drossel und einen gesteuerten Halbgleichrichter in einem Ladestromweg und eine Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels des SCR zum Steuern des Stroms in diesem Stromweg enthält.

Die Mittel zum Verändern des Zündwinkels können auf einen Stromregler ansprechen, der den Ladestrom (I) so einstellt, daß er mit dem Bezugswert übereinstimmt. Der Bezugswert kann entweder konstant sein oder entsprechend einer vorgegebenen Punktion verändert werden. Diese Punktion kann abhängig sein von der Batteriespannung (U) über der Zeit, so daß I β (b-U)/C ist, wobei b und C Konstante sind. Sie Funktion kann eine schrittweise Annäherung an diese Gleichung sein.

Die Mittel zum Verändern des Zündwinkels können auch durch ein Signal der Polgesteuerung ansprechen, das anzeigt, ob der Ladestrom fließen soll oder nicht.

409817/0886 - 5 -

Die Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels kann auch darauf ansprechen, daß eine Batterie mit dem Ladegerät verbunden ist, um das Zuführen des Stroms zur Batterie um eine Zeitperiode zu verzögern.

Entsprechend der Erfindung wird such ein Batterieladegerät angegeben, in dem der Ausgangsstrom durch eine Einrichtung gesteuert wird, die auf die Größe der Batteriespannung anspricht und ein Steuersignal erzeugt, das entsprechend einer vorgegebenen Beziehung den Ausgangsstrom darstellt, und wobei das Ladegerät entsprechend einer der zu ladenden Batterie angepaßten Beziehung eingerichtet ist, in^dem ein elektrisches Schaltungselement modifiziert wird, um ein Steuersignal zu erzeugen. Die Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals kann ein Operationsverstärker sein, der ein die Batteriespannung darstellendes Signal erhält, um ein Signal zu erzeugen, das die geeignete Größe des Stromes darstellt, wobei dieses Signal wiederum einem Operationsverstärker zugeführt wird, der den Ausgangsstrom bei einem vorgegebenen Maximalwert steuert, um diesen Strom unterhalb des maximalen Wertes zu halten.

Entsprechend der Erfindung wird auch ein Batterieladegerät angegeben, bei dem der Ausgangsstrom durch einen Operationsverstärker gesteuert wird, dessen Eingangsschaltkreis Schaltungselemente enthält, deren Wert durch eine vorgegebene Beziehung zwischen dem Ladestrom (I) und der Zellenspannung (U) der zu ladenden Batterie bestimmt sind.

I. '

Die Beziehung kann die Form I = (b - U)/c haben, wobei b der vorgegebene Wert von I bei IT =0 ist und c das Verhält-

4098 17/088 6

— 6 —

nis von I zu U ist, und in diesem Falle siad die Schaltungselemente Widerstände, bei denen der Wert des einen Widerstands b und der Wert des anderen Widerstands c "bei geeigneten Eingangssignalen darstellt. <

Der Eingangs s chaltkr ei s kann Signale erhalten, die den maximalen Wert des Ladestroms, den tatsächlichen Wert des Ladestroms und ein modifizierendes, τοπ der Zelleaspannurig abhängiges Signal darstellen.

Diese Signale können den entsprechenden Widerständen zugeführt werden, und das modifizierende Signal kann über Widerstände zugeführt werden, deren Wert bei ausgewählten Werten der Zellenspannung umgeschaltet wird.

Das Batterieladegerät kann in zwei Stufen der Ladung arbeiten, wobei in der ersten Stufe' ein konstanter Strom bis zu einem Drittel der Kapazität in Amperestunden zugeführt wird, bis ein Meßfühler anzeigt, daß ein Gasen auftritt, wonach die zweite Stufe beginnt, in welcher der Strom impulsweise zugeführt wird, wobei die Amplitude der Impulse entsprechend der Bstteriespannung zu jeder Zeit gesteuert wird, um ein übermäßiges Laden zu verhindern, und in welcher zweiten Stufe die Veränderung der Batteriespannung in dem Zwischenraum zwischen den Impulsen gemessen wird, um den Ladezustand der Batterie zu schätzen und dadurch das Ende der zweiten Stufe zu 'bestimmen.

Das Batterieladegerät kann in drei Stiafea arbeiten, wobei die dritte nach der zweiten Stufe beginnt und die Batterie dabei

4098 17/0886

mm 7 -m

■ - 7"-

in einer weiteren Reihe von Impulsen geladen wird, wobei jeder Impuls kürzer als die der zweiten Stufe ist und die Impulse durch Zeitperioden getrennt sind, !Während denen die

Batteriespannung "bis auf einen ausgewählten ¥ert absinken kann, wonach der nächste Impuls beginnt.

Die Zeitperiode kann so gewählt sein, daß die registerierte Spannung einem konstanten unterschied zustrebt, während die Batterie geladen wird, oder sie kann kürzer sein, so daß die registrierte Spannung einen steigenden Unterschied zeigt, während die Batterie geladen wird« Im letzteren Pail kann die auf das Ergebnis des Yergleichs ansprechende Einrichtung den Lade strom -verringern, wenn der Unterschied einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dieser vorgegebene Wert kann so sein, daß er anzeigt, daß ein Gasen in der Batterie auftritt· Der Unterschied kann zwischen den registrierten Werten der Batteriespannungsabnahme liegen«, Ein weiterer Vergleich kann zwischen dem Unterschied der Spannungsabnahme in gleichen Zwischenräumen während aufeinanderfolgenden Unterbrechungen vorgenommen werden. Der Wert des Unterschieds in den gleichen Zwischenräumen oder eine Punktion davon kann einem Eingang einer Schaltung zugeführt werden, die eine arithmetische Funktion durchführt und bei der ein anderer Eingang den maximalen Wert des Ladestroms darstellt, um diesen maximalen Wert entsprechend dem geschätzten Ladezustand zu modifizieren.

Die Einrichtung kann die Schätzung dadurch ausführen, daß der Wert der Batteriespannung mit dem in einer früheren Unterbrechung verglichen wird. Die Modifikation kann so sein, daß

409817/0886

der Ladestrom auf Full reduziert wird, um die Ladung zu beenden, wenn der Wert nicht größer ist als der in der vorhergehenden Unterbrechung. Der Vergleich kann durch einen analogen Differenzverstärker ausgeführt werden, der den Wert der Batteriespannung unter Steuerung der Polgesteuerung abtastet. Die Folgesteuerung kann einen Zähler enthalten, der Impulse von einem 2 - Geschwindigkeiten-Oszillator erhält, wobei die höhere Geschwindigkeit die Dauer der Unterbrechung, die Abtastung und das Arbeiten des Differenzverstärkers steuert.

Wenn die Batteriespannung als Analogwert registriert wird, kann sie als Ladung eines Kondensators gespeichert werden, und der Vergleich einer registrierten Spannung mit einer früher registrierten Spannung kann durch eine Abtasteinrichtung durchgeführt werden, die auf den Energiefluß zu oder von dem Speicherkondensator anspricht und der Ladestrom kann modifiziert werden, wenn der Energiefluß unterhalb eines vorgegebenen Pegels liegt.

Der Kondensator kann mit der Batteriespannung oder einer davon abhängigen Spannung verbunden sein und dadurch während eines zeitlich gesteuerten Zwischenraums an ausgewählten Punkten in der Unterbrechung geladen werden. Die Abtasteinrichtung kann ein Verstärker sein, der auf die in dem Widerstand, durch den der Kondensatorladestrom fließt, erzeugte Spannung anspricht.

Die Schaltung kann eine Polgesteuerung mit einem Zähler enthalten, der Impulse zum Erzeugen eines Zeitsignals erhält, um

409817/0886

"⁹~ 23516D1.

die Unterbrechung der ladung, die Auswahl des Punktes in der Unterbrechung für den zeitlich gesteuerten Zwischenraum und den Wiederbeginn der Ladung zu bewirken. Der Zwischenraum kann durch ein besonderes Zeitelement, das monostabil sein kann, zeitlich gesteuert werden. Die der Folgesteuerung zugeführten Impulse können zwei Geschwindigkeiten haben.

; ι . ■ Das durch die Abtasteinrichtung erzeugte Ausgangssignal zum Modifizieren des Stromes kann den erneuten Beginn der Ladung dadurch verändern, daß das Arbeiten des Zählers gesperrt wird, und es kann auch einen Schaltkontakt ansteuern, um die Geschwindigkeit, mit der die Impulse dem Zähler zugeführt werden, zu ändern.

Die Schaltung kann auch Vergleicher enthalten, die auf den Wert der Ausgangsspannung des Ladegeräts und die entsprechenden Bezugswerte ansprechen. Bin erster Vergleicher kann das Arbeiten des Schaltkontaktes verändern, bis ein vorgewählter Wert der Ausgangsspannung und damit der Batteriespannung erreicht ist. Ein zweiter Vergleicher kann ein Ausgangssignal liefern, um den Ladestrom zu verändern, solange die Ausgangsspannung über einem Wert liegt, bei dem ein Gasen auftritt. Die Schaltung kann eine Einrichtung enthalten, die einen gesteuerten Übergang in dem Betrieb des zweiten Vergleichers erzeugt. Die Einrichtung zum Erzeugen des gesteuerten Übergangs kann eine Einrichtung zum zeitlichen Steuern des stabilisierenden Zwischenraums, einen programmierbaren Schaltkontakt,

409817/0886 - 10 -

der durch den zweiten Vergleicher am Beginn des stabilisierenden Zwischenraums vorbereitet wird, um an deren Ende die Ladung wieder einzuleiten, und eine Einrichtung enthalten, die den Kondensator auf die Batteriespannung oder eine davon abhängige Spannung am Ende des stabilisierenden Zwischenraums auflädt, um einen korrigierten Bezugswert für die nachfolgenrden Schätzungen des Ladezustands der Batterie zu erzeugen.

Die Schaltung kann eine. Schutzeinrichtung enthalten, die in !Tätigkeit tritt, wenn die Abfühleinrichtung versucht, den Schaltkontakt zu betätigen, während der erste Vergleicher gesperrt ist, um die Ladung zu unterbrechen und die Folgesteuerung zu veranlassen, ein Signal zu erzeugen, das die Unterbrechung zeitlich steuert und danach die Ladung wieder beginnt.

Wenn der Schaltkontakt durch das Arbeiten der Abfühleinrichtung betätigt wird und der Zähler gesperrt ist, kann der erste Vergleicher darauf ansprechen, daß die Batteriespannung auf einen vorgewählten Wert abfällt, um die Ladung unter Steuerung des Zählers zu beginnen, der Impulse mit der schnelleren der beiden Geschwindigkeiten erhält, um.einen Zwischenraum zeitlich zu steuern, nachdem die Ladung wieder beendet und der Zähler gesperrt wird. Der Kondensator des Schätzschaltkreises kann mit der Batteriespannung über ein Relais verbunden werden.

Das Relais kann ein Reed-Relais sein, und die Kontakte und der Kondensator können in Reihe geschaltet zusammen umkapselt sein, so daß die miteinander verbundenen Anschlüsse vollstän-

409817/0 886 -11-

dig innerhalb der Umkapslung liegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung v/erden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Bs zeigens

Pig. 1 ein Blockschaltbild eines Batterieladegeräts,

Fig. 2 eine Kurve zur Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung nach Pig. 1,

Pig. 3 ein ausführlicher dargestelltes Schaltbild eines Teils nach Pig. 1,

Pig. 4 eine Kurve zur Beschreibung der Arbeitsweise der Einrichtung nach Pig. 3»

Pig.'5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform einer ^adestromsteuerung,

Pig«, 6 ein Blockschaltbild einer Ladungsbeendigungssteuerung,

Pig. 7 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung eines Batterieladegeräts, ■ ' " - "

Pig. 8 ein ausführlicher dargestelltes Schaltbild der Einrichtung nach Pig. 7»

Pig. 9 eine Anzahl von Kurven, die die Abnahme der Batteriespannung nach einer Unterbrechung der Ladung darstellen.

Pig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Batterieladegeräts nach der Erfindung. Der eigentliche Ladeschaltkreis erstreckt sich von dem Wechselspannungsanschluß, der normalerweise mit einer Wechselspannungsleitung verbunden ist, über die Kontakte des. Schalters S 1 und 2 gesteuerter Halbleitergleichrichter SOR, die zum Steuern des Stromflusses in beiden Richtungen·engeord~_;

409817/0886

-12-

? *3 R 1 R Π 1 net sind, zur Primärwicklung eines Transformators τ 1. jDie Sekundärwicklung des Transformators T 1 ist mit einer Glättungsdrossel L 1 und mit den diagonal gegenüberliegenden Anschlüssen eines JDiodenbrückengleichrichters D verbunden. Die anderen diagonal gegenüberliegenden Anschlüsse der Brücke D sind mit einem Anschluß für die zu ladende Batterie über einen Strommeßwiderstand Sh 1 verbunden. Der Meßwiderstand ist mit Anschlüssen A und B verbunden, so daß der Ladestrom I^^ ^mit einer geeigneten Einrichtung gemessen werden kann. Ein weiterer Anschluß C ist so vorgesehen, daß eine andere geeignete, mit den Anschlüssen GB verbundene Einrichtung die Spannung über der Batterie U^m messen kann. Die Batterie ist mit BAIT bezeichnet. Ein Zündpunktsteuerkreis FAC, der in einer später zu beschreibenden Weise betrieben wird, steuert den Phasenwinkel der Leitung der gesteuerten Gleichrichter SCR, so daß damit der Strom I_s*mm und damit die Stärke der Batterieladung gesteuert wird. Ss ist klar, daß der Strom Ij.«» und die Spannung υ_ΒΑΤιρ durch Steuern des Zündwinkels verändert werden kann, um die Geschwindigkeit der Ladung zu steuern.

Es ist nun zweckmäßig, die Arbeitsweise des Batterieladegeräts zu beschreiben. Eine normal entladene Batterie, die mit dem Ladegerät verbunden wird, wird in drei bestimmten Stufen geladen. In der ersten Hauptstufe erfolgt die Ladung mit einem konstanten Strom Lg, der entweder durch den maximalen Strom, den das Ladegerät liefern kann, oder durch den maximalen Strom bestimmt wird, der für die Batterie bezüglich ihrer Lebens-

- 13 A09817/0886

~ 13 -

dauer usw. zulässig ist. Es können natürlich auch andere Werte für den Strom I-g verwendet werden,- wie für den Fachmann ohne weiteres klar ist. Ferner "braucht die Hauptphase nicht aus einem konstanten Strom zu bestehen«, Z.B. kann während dieser Phase eine konstante Leistung von einer Quelle geliefert werden. Wenn die Energieversorgung eine begrenzte Kapazität hat, etwa eine 13 Α-Steckdose, kann die minimale Ladungsdauer err.eicht werden. Während der Hauptstufe wird die Batteriezellenspannung ständig überwacht, und wenn ein Wert, der charakteristisch für das Einsetzen der Gasentwicklung in der zu ladenden Batterie ist, erreicht wird, wird die Hauptladung beendet. Für eine Blei-Säure-Batterie ist dieser typische Wert 2,35 T/Zelle.

In diesem Punkt beginnt die abnehmende Ladungsstufe. Während dieser Stufe wird der Strom mit steigender Batteriespannung vermindert entsprechend einer vorgegebenen Ladungsyerminderung. Während der Terminderungsstufe wird die Ladung in Intervallen unterbrochen und die Batteriespannung gemessen, um den Ladungszustand der Batterie abzuschätzen. Eine spezielle Methode der Abschätzung wird im einzelnen anschließend beschrieben. Wenn festgestellt wird, durch welche Methode auch immer, daß die Batterie voll geladen ist, wird die Verminderungsstufe ihrerseits beendet und die letzte, die Bereit-schaftsstufe, beginnt. In der Bereit-schaftsstufe wird die Batterie mit einem Wert des Stroms geladen, der kleiner ist als ig, wobei dieser Wert konstant sein oder verändert werden kann entsprechend der Yerminderungscharakteristik oder einer anderen gewünschten Funk-

409817/0886 " ¹* "

tion während Zeitperioden in der Größenordnung von einer oder mehreren Minuten« Die Ladung wird am Ende geder Periode beendet und die Batteriespannung wird überitfacht, so daß, wenn sie unter einen vorgegebenen Pegel fällt, die Ladung wieder beginnen kann. Diese BereitSchaftsstufe besteht, bis die Batterie von dem Ladegerät abgeklemmt wird« Das Ladegerät enthält selbstverständlich noch verschiedene Schutzschaltungen und andere Hilfsgeräte, die später genauer beschrieben werden.

An dieser Stelle soll auf einen wichtigen Unterschied zwischen dem oben geschriebenen Ladegerät und den bisher bekannten hingewiesen werden. In bekannten Ladegeräten für Blei- Säure-Fahrzeugbatterien wird der Strom in dem Primärkreis durch einen elektromagnetischen Schalter ein- und ausgeschaltet und der Stromfluß von dem Sekundärkreis durch den Gleichrichter in die Batterie wird durch eine Drossel in dem Sekundärkreis gesteuert, die entsprechend der zu ladenden Batterie und der erforderlichen Geschwindigkeit der ladung dimensioniert ist. Es ist bekannt, in solchen Ladegeräten eine Drossel mit Anzapfungen an der Stelle einzufügen, wo in Pig. 1 die Drossel L 1 liegt, so daß eine sogenannte abnehmende Ladung erreicht wird. Die Drossel kann im Primärkreis oder im Sekundärkreis liegen. Eine abnehmende Ladung ist eine solche, bei der die Ladespannung mit steigender Batteriespannung während der Ladung ansteigt, um eine bestimmte Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom zu jeder Zeit zu erreichen. Diese Beziehung kann durch die Gleichung I^r^ = ^""¹¹BATT^^c S^eS^el5en sein, wo b und c konstant sind, Hit einer einzigen Drossel oder auch

409817/0886

--15 -

mit einer angezapften Drossel kann der gewünschte Erfolg jedoch nur erreicht werden für einen "bestimmten Wert der Eingangsspannung and einer bestimmten Batterie«, Bei Änderungen in der Eingangsspannung und Änderungen in dem Batterieaustand während ihrer lebensdauer kann das ladegerät nicht mit seinem maximalen Wirkungsgrad betrieben werden« Es sei auch bemerkt, daß in bekannten Ladegeräten=, in denen eine Perm, von gepulstem Strom verwendet wlzd^ der Strom durch einen elektromechanischen Schalter im Primärkreis ein-= und ausgeschaltet wird, wobei alle die vroblbekazmten. Machteile von, elektromechanischen Einrichtungen bei häufiger starker Belastung auftreten. Aus der 3?ig„ 1 kann entnommen werden, daß die gesteuerte Gleichrichteranordnung SCR in. dem Primärkreis des ladekreises aufgenommen ist» Die Drossel L· 1 ist entsprechend dem maximalen Strom dimensioniert, den das Ladegerät liefern kann, während der gesteuerte Gleichrichter SCR als verlustarmes Steuerglied und Schalter arbeitet„ das bei geeigneter Steuerung des Zündwinkels irgend eine von vielen Charakteristiken nur durch Änderung von Schaltkreiskonstanten erzeugen kann und auch den Ladestrom ein- und ausschalten kann, ohne daß die mit den früher verwendeten elektromechanischen Eontakten verbundene Abnutzung und Beschädigung auftritt. Solche Charakteristiken können eine schrittweise Annäherung einer gradlinigen Abnahme enthalten. Ein einfacher Schalter S 1 ist in der dargestellten Anordnung nur aus Gründen des elektrischen Schutzes vorgesehen·

Die Schaltung nach. Fig. 1 wird anschließend im einzelnen im Ladebetrieb beschrieben. Es wird angenommen, daß das Ladege-

409817/0886

- 16 -

rät mit einer geeigneten elektrischen Stromversorgung verbunden ist und daß durch eine geeignete, vorzugsweise mechanische Einrichtung der Schalter S 1 geschlossen wurde. Die Leitung Ι_ΒΑΪΪ = O führt ein Signal, das das Leiten von SCR verhindert, und da keine Batterie mit den Anschlüssen des Ladegeräts verbunden ist, entsteht auch keine Spannung über den Anschlüssen B und C. Alle logischen Schaltkreise werden in diesem Zustand auf einen Startzustand gebracht. Das Spannungssignal UgJJT, das durch die Schaltung Vaja erzeugt wird, .ist daher kleiner als 1,5 ToIt pro Zelle des Typs der Batterie, für den das Ladegerät entworfen ist. Entsprechend erzeugt der Schaltkreis in dem Batteriezellen-Spannungsabtaster VS, der mit 1,5 bezeichnet ist, ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß die Zellenspannung kleiner als 1,5 ist, um das Arbeiten der Folgesteuerung SC zu verhindern und um ein Sperrsignal auf der Leitung I-RAmm = 0 zu erzeugen. Die Polgesteuerung SC ist im einzelnen in Fig. 3 dargestellt. Dieses Signal sperrt das Arbeiten der Zündwinkelsteuerschaltung FAC und verhindert, daß die gesteuerten Gleichrichter SCR irgendwelchen Strom leiten, aber es löst den Schalter S 1 durch das Arbeiten des Schaltkreises I0j<att\ nicht aus, der das Gerät gegen einen Ausfall der Gleichrichter SCR schützt und abschaltet, wenn kein Strom fließt.

Wenn nun eine Batterie an das Ladegerät angeschlossen wird, führt der Schaltkreis Vg₁Q. deren Spannung den Zellspannungs-

- 17 409817/0886

fühlern VS zu, deren Blöcke mit 2,9, 2,35, 2_?2 und 1,5 bezeichnet sind, und dies sind die Werte der entsprechenden Zellenspannungen, auf die die Fühler ansprechen. Es wird zunächst angenommen, daß die Batterie normal entladen ist und daß die Zellenspannung daher, kleiner als 2,2 Volt pro Zelle ist, aber mehr als 1,5 Volt pro Zelle. Andere Pälle werden später beschrieben. Entsprechend verschwindet die Sperrung, die durch den 1,5 Volt pro Zelle-Detektor erzeugt wurde, und die Leitung IgAmm = 0 sperrt nicht mehr das Arbeiten der Zündwinkelsteuerung EAC. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß alle die verschiedenen erwähnten Einheiten von einer Stromversorgungseinheit PSU gespeist werden, die über einen !Dransformator T 2 mit der Hauptversorgungsleitung nach den Kontakten des Schalters S 1 verbunden ist.

Die Zündwinkelsteuerung wird nach dem Entfernen der Sperrung auf der Leitung Ig,»™ = O nicht sox"ort zum Arbeiten gebracht. Die mit SD bezeichnet Startverzögerungsschaltung verzögert das Arbeiten der Zündwinkelsteuerschaltung um etwa eine Sekunde, um den verschiedenen später beschriebenen Sehutζschaltungen zu ermöglichen, falls erforderlich zu arbeiten. Die Verzögerung erlaubt außerdem das richtige Einstecken das Batteriesteckers. Wenn am Ende der Verzögerung alles in Ordnung ist, wird die Zündwinkelsteuerschaltung angesteuert, um der Batterie einen Strom zuzuführen. Der tatsächliche Zündwinkel wild durch die Zündwinkelsteuerschaltung gesteuert, die durch den mit Iqqw bezeichneten Block dargestellt ist. Die durch diesen Block dargestellte Schaltung enthält einen Operationsverstärker in

4 0 9817/0886

- 18 -

einer Rückkopplungssehleife? dem die analogen Steuereingänge zugeführt werden. In Pig» 1 sind drei Eingänge dargestellt. Einer von diesen ist noch durch das Arbeiten des mit IJiHIBII 1 bezeichneten Blocks gesperrt„ Einer der anderen beiden Eingänge ist ein Ladungsstrom-Bezugsslgnäl» das von dem mit I-g bezeichneten Schaltkreis abgeleitet wird, und der andere Eingang stellt den tatsächlichen Strom dar, der der Batterie zugeführt wird und der durch die Spannung über den Anschlüssen A und B des Strommeßwiderstands Sh 1 gemessen und dem Schaltkreis IßQlf über die Stromsignalschaltmg Igvg, zugeführt wird. Die Zeitkonstanten des Operationsverstärkers sind so gewählt, daß die Zündwinkelsteuerung so eingestellt wird, daß sich ein Stromfluß unter der Steuerung des Operationsverstärkers bis zu dem durch I_B gegebenen Wert von dem liullwert an aufbaut, der durch das Arbeiten der Verzögerung 3D erzeugt wurde. Die (Haupt)-Fnase ist nun wirksam und der Hauptstrom wird nun mit einem konstanten Strom aufrechterhalten, der durch den Hersteller der Einrichtung gewählt wurde und der durch den Bezugswert Ig dargestellt wird, auch wenn die Hauptversorgungsspannung sich ändert oder andere Bedingungen sich ändern. Der Bezugswert wird von einer stabilisierten Spannung von der Versorgungseinheit PSU abgeleitet und wird daher nicht durch Veränderungen der Hauptversorgungsspannung beeinflußt. Die Haupt-.ladung kann daher mit größter Wirksamkeit stattfinden.

Während der Hauptstufe der ladung steigt die Batteriespannung an. Die von der Schaltung Vg₁Q. erzeugte Spannung pro Zelle

- 19 -

40981 7/Ö886

erreicht möglicherweise den Wert entsprechend 2,35 ToIt pro Zelle, und bei diesem ¥ert spricht der entsprechende Erkennungsschalfkxeis an. Dieses Ansprechen entfernt die Sperrung des Schaltkreises IMIBIE 1 an dem dritten Eingang des Schaltkreises I_C0Er und bringt die Folgesteuerung SG₉ einen Taktimpulsgenerstor. CL mit einem programmierbaren Unijunction- !Cransistor, einen spannungsgesteuerten Oszillator TGO, einen Zeitgeberschaltereis 100OmS zum Bestimmen, einer Periode von 1000ms und einen Detektorschaltkreis DS2 zum Arbeiten. Der Eakt QJj kann mit einer von. zwei Geschwindigkeiten durch Steuerung des Detektorsehaltkreises 3ΈΤ betrieben werden_s der auf das Arbeiten des Torwarts- Rüekwärts-Zählers H anspricht, der die Anzahl der τοη dem gesteuerten Oszillator TCO in der lOOOms-Zeitperiode des Zeitgebers erzeugten Zyklen zählt. Die Frequenz des Oszillators TGO wird durch den tatsächlichen Wert der Spannung pro Zelle bestimmt? die durch das τοη dem Schaltkreis Tg₁^ erzeugte positive Signal U₂EIi ^^aTS^^®^-^ wird. Wenn, der 2,35 ToIt pro Zelle-fühler anspricht, wird die Polgesteuerung SG zurückgesetzt und der lakt CL beginnt. Der !Dakt läuft mit einer Geschwindigkeit von etwa einem kurzen Impuls in jeweils 8 Sekunden. Die Folgesteuerung zählt diese Impulse bis zu einem Wert von 128, das sind etwa 15 Minuten. Beim Erreichen der Zählstellung 128 erzeugt die Folgesteuerung ein Signal auf der Leitung Ι_ΒΑΪΪ =0, um das Arbeiten dear Zündwinkelsteuerung durch Steuerung des Schaltkreises^I^u zu beenden und damit den der Batterie tatsächlich zugeführten Strom abzuschalten. Die Folgesteuerung fährt fort, Taktimpulse zu zählen.

τ 20 409817/0886

Nachdem der ladestrom abgeschaltet worden ist, erzeugt die Schaltung Vg₁^ ein Spannungssignal tf_ZEI(j das die tatsächliche Batteriespannung pro Zelle im Leerlauf darstellt. Dieses Signal wird dem fepannungsgesteuerten Oszillator zugeführt, der eine Frequenz um einen Wert von etwa 5 KHz erzeugt mit einem Frequenzhub von etwa 2 KHz/Volt. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators ist daher eine Frequenz, die die tatsächliche Batteriespannung pro Zelle im Leerlauf darstellt. Der Zeitgeber 100OmS kann durch die Polgesteuerung zum Arbeiten gebracht werden, so daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators VCO dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler M" zugeführt wird.

Wie vorstehend beschrieben, fährt die Folgesteuerung SC fort, die Taktimpulse nach der 128. Zählstellung zu zählen. Zu bestimmten Punkten während dieser fortlaufenden Zählung veranlaßt die Folgesteuerung das Arbeiten des Vorwärts-Rückwärts-Zählers N". Jeder von vier Zählvorgängen im Zähler N stellt die Batteriezellenspannung zu einem besonderen Zeitpunkt dar, der durch die Folgesteuerung SC bestimmt ist. Die Zellenspannung wird durch die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten Oszillators dargestellt, die ein Tor passieren, das für eine durch den Zeitgeber 100OmS bestimmte Zeitdauer geöffnet wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Vorwärts-Rückwärts-Zähler in zwei gleichen Punkten in jedem der zwei aufeinanderfolgenden Zyklen der Folgesteuerung betrieben. In jedem Zyklus wird der Zähler bis zur Zählstellung 123 und 134 betrieben. Da jeder Zählschritt in der Folgesteuerung bei dieser Betriebsweise etwa 8 Sekunden darstellt, ist zu erkennen, daß die

409817/0886 - 21 -

erste Messung der Batteriezellenspannung etwa 30 Sekunden nach dem Beenden des Ladestroms und die zweite Messung etwa 16 Sekunden nach der ersten erfolgt« In dem ersten Zyklus bei einem Paar von Zyklen, während dem die Batteriespannung geschätzt wird, wird der Zähler Ms zur Zählstellung 132 hochgezählt und dann wieder bis zur Zählstellung 134 zurückgezählt. Wie unter Bezugnahme auf Pig. 4 zu erkennen ist, ist die Spannung bei der Zählstellung 134 ein wenig kleiner als die bei der Zählstellung 132, und entsprechend bleibt eine kleine Zählung in der Vorwärtsrichtung nach dem Zählvorgang bis zur Zählstellung 134 der Polgesteuerung übrig. In dem zweiten Zyklus bei dem Paar von Zyklen der Folgesteuerung erfolgt die Zählung auf 132 wieder in der Eüekwärtsrichtung und die letzte Zählung auf 134 in dem zweiten Zyklus erfolgt in Vorwärtsrichtung» Es ist zu erkennen, daß die Zählung in dem zweiten Zyklus bei der restlichen Zählstellung des ersten Zyklus beginnt und daß die erste, größere Zählung in der Rückwärtsrichtung erfolgt. Wenn daher der Unterschied zwischen der Batteriespannung bei der Zählstellung 132 und 134 in beiden Zyklen des Paares von Zyklen gleich ist, kehrt der Torwarts- Rückwärts-Zähler praktisch auf den ITullwert zurück. Falls die Batterie jedoch noch nicht einen ladungszustand erreicht hat, bei welcher die Verminderungsstufe beendet werden muß, besteht ein unterschied zwischen den Zählungen in dem ersten und dem zweiten der Zyklen, und der zweite Zyklus bringt den Vorwärts- Rückwärts-Zähler nicht in den ungefähren Ifullzustand zur rück.

- 22 4098 17/0886

Der allgemeine Zählvorgang_f wie er vorstehend näher beschrieben wurde, kann wie folgend dargestellt werden. Die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten Oszillators, die während des Betriebes des Zeitgebers am Beginn und am Ende des konstanten Zwischenraums erfolgen, der eine konstante Zeitperiode nach dem Ende des Ladestroms auftritt, werden entsprechend mit A und B bezeichnet» Die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten Oszillators ifährend des ersten der !seiden Zyklen der Folgesteuerung sind. A^ und B^, während die In dem zweiten Zyklus der Folgesteuerung-A₉ und B₅, sind. Durch das Arbeiten der Sore an dem Eingang des Vorwärts-Rüekwärts-Zähler N wird der algebraische Wert dieser Anzahlen von Zyklen. + A^, - B-, - Ap + Β«. Am Ende der beiden Zyklen der Folgesteuerung SO ist die Zählstellung in dem Zähler H" (A^- B^ - A₂ + B₂). Wenn der Wert dieser Zählstellung Mull - 1 ist, wird der Unterschied der Batteriespannung während gleicher Intervalle in dem Paar von Zyklen der Folgesteuerung für die Zwecke dieser Schätzung als konstant angenommen. Die Unsicherheit von - 1 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt eine Unsicherheit von 0,5 Millivolt pro Zelle dar.

Es wird nun wieder auf Fig. 1 Bezug genommen. In dem "bevorzugten Ausführungsbeispiel erzeugt die Folgesteuerung SC ein Ausgangssignal bei der Zählstellung 132, das den Zeitgeber 100OmS veranlaßt, das lor GL während der Dauer der Operation des Zeitgebers aufzusteuern, so daß die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators VCO, die dur.ch die Zellenspanmmg gegeben ist, den Toren UP und DlT zugeführt werden kann, die die

409817/0886

- 23 -

Frequenz den entsprechenden Eingängen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers N zuführen .Das Flip-Flop F 1 spricht auf die Folge von zeitbestimmenden Signalen "bei verschiedenen Zählstellungen der Folgesteuerung SC an_s um die geeignete Zählfolge für den Vorwärts-Rückwärts-ZähXer durch Freigabe und Sperren der Tore UP und DlT zu erzeugen. Bei jedem Zyklus in dem Paar von Zyklen erzeugt die Folgesteuerung eine Zählung "bei der Zählstellung 135» die einen Steuereingang des Tores freigibt, der den Detektor DST bildet. Ein weiterer Eingang des Tores ist jedoch gesperrt während des ersten der beiden Zyklen durch das Flipflop F 1, das, wie oben erwähnt, auch die Richtung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers Έ steuert. Bei dem zweiten Zyklus in dem Paar von Zyklen wird daher das Tor DET freigegeben, um die Zählstellung in dem Zähler N zu schätzen. Wenn diese Hull -1 ist, veranlaßt das Ausgangssignal des Detektor-Tors DET, das dem zweiten Flipflop Έ 2 zugeführt wird, daß dieses Flipflop dem Täktimpulsgenerator Oi ein Signal zuführt, um die Geschwindigkeit der erzeugten Impulse zu erhöhen, die der Folgesteuerung SC zugeführt werden. Dieser Wechsel in der Geschwindigkeit der Taktimpulserzeugung zeigt das Ende der Verminderungsstufe in dem Betrieb des Ladegeräts an.

Falls bei der Zählstellung 135 der Detektor DET nicht feststellt, daß der inhalt des Zählers Ή anzeigt, daß die Verminderungsstufe beendet werden soll, dann wird bei der Zählerstellung 136, wenn das Flipflop F 2 nicht umgeschaltet wurde, der Zähler der Folgesteuerung zurückgesetzt, so daß ein weiteres Paar von

- 24 409817/0886

Zyklen des Betriebes der Folgesteuerung veranlaßt wird, und die Taktimpulse des laktimpulsgenerators CL werden wieder mit der langsamen Geschwindigkeit während einer Periode von 128 Zählungen gezählt, während der der Ladestrom zu der Batterie unter Steuerung durch die Zündwinkelsteuerung PAC fließen kann, um einen Stromfluß zu ermöglichen, der durch den kombinierten Betrieb der Stromsteuerung Iqqu ^un<^ die Verminderungssteuerung bestimmt ist, wie ebenfalls in Pig. 1 gezeigt ist.

Ein wesentliches Merkmal der oben beschriebenen Ladungsverminderungsstufe ist, daß der Batteriezustand, der gemessen wird, um das Ausmaß der Ladung zu schätzen, die Leerlaufspannung der Batterie einige Sekunden nach der Beendigung einer Ladung ist. Es ist festgestellt worden, daß die Leerlaufspannung der Batterie während der ersten Sekunden nach der Beendigung einer Ladung schnell abfällt, danach dann aber langsamer abfällt. Durch Messen der Abnahmegeschwindigkeit in dem langsameren Bereich der Abnahmechärakteristik kann eine zuverlässigere Schätzung des Ladezustsnds der Batterie durchgeführt werden, auch wenn Unterschiede in dem Ladestrom unmittelbar vor dem Ende der Ladung vorhanden waren.

Zusätzlich zu der Schätzung der Batterieladung, wie vorstehend während der Ladungsverminderungsstufe erwähnt wurde, ist es selbstverständlich erforderlich, den tatsächlichen, der Batterie während dieser Stufe zugeführten Strom zu steuern. In Pig. 2 ist die Kurve U/I mit der gewünschten Ladungscharakteristik

409817/0886

- 25

dargestellt. Die Linie parallel zur Spannungsachse stellt den konstanten Strom der Hauptstufe dar. Die schräg abfallenden Linien stellen die Abnahmecharakteristik dar. Eine Linie ist gestrichelt fortgesetzt und schneidet die Stromachse beim Wert Ijjq» Dieser Stromwert ist sehr viel größer als jeder Strom, der der Batterie während der Ladung zugeführt werden kann, ohne diese zu zerstören, aber er ist ein zweckmäßiger Parameter zum Bestimmen einer geeigneten Ladungscharakteristik. Durch das Anlegen von Spannungen, die den zwei Größen I_UQ und der Spannung U-oAmm über der Batterie analog sind, an einen Operationsverstärker ist es möglich»· ein& Funktion zu erzeugen, die die Abnahmecharakteristik darstellt. Diese Operation wird vorschriftsmäßig in den mit TAPER und 1^₀ bezeichneten Blöcke in Fig. 1 durchgeführt.

Der Wert I™ wird als Bezugsspannung durch einen Spannungsteiler erzeugt, der an dem stabilisierten Ausgang der Stromversorgungseinheit PSU angeschlossen ist. Wenn für eine andere Batterie" eine andere Abnahme und damit ein anderer Wert für IjJ₀, erforderlich: ist, kann der Spannungsteiler entsprechend geändert werden.

Der Ausgang des Operationsverstärkers wird über den Schaltkreis IBHIBIiD 1 während der Abnahmestufe der Stromsteuerung zugeführt. Durch Verwendung des negativen Werts der Zellspan nung U₂EL ist es dem Abnahmeschaltkreis nicht möglich, den Batterieladestrom über den durch den Block I^ gegebenen Lade

409817/0886 - 26 -

wert zu erhöhen. Die Zeitkonstanten des Operationsverstärkers der Abnahmesteuerung sind wesentlich langer als die des Operationsverstärkers Innw» ^s0 daß, währen! der letztere den Wert des Stroms im wesentlichen kurzzeitig konstant hält, die Abnahmesteuerung eine Langzeit abnähme des Stroms zu einem niedrigeren Wert hin erzeugt, der durch die Abnahmecharakteristili erforderlich ist. Durch die Wahl eines anderen Wertes für 1™ bzw. Itjq» und eines geeigneten Ladungswertes I-n kann eine andere Batterietype geladen werden. Dieser Wechsel erfolgt nur durch das Verändern von Werten von Bauteilen, um den Betrieb des Operationsverstärkers au ändern.

In der dritten, der Bereitschaftsstufe, wird das Ladegerät unter der Steuerung des beschleunigten Paktes OL und dem 2,2 YoIt pro Zelle -Detektor betrieben. Der Zähler zählt wieder wie vorher bis auf 128 Impulse hoch, aber dies erfordert nun zwei Minuten, und während dieser Zeit wird die Batterie vorzugsweise durch Steuerung der Abnahmeschaltung über den Schaltkreis Iqq^ geladen. Am Ende dieser Zeit wird die Ladung beendet und es erfolgt keine weitere ladung, bis der 2,2 Volt pro Zelle -Schaltkreis anzeigt, daß die Zellenspannung unter diesen Wert gefallen ist. An diesem Punkt startet die Folgesteuerung erneut den Takt für eine weitere zwei Minuten Ladeperiode unter Steuerung durch den Abnahmesahaltkreis. Wie oben erlätert, kann die Bereitschaftsstufe beliebig lange andauern.

Die Zündwinkelsteuerschaltung J¹AC wird vorzugsweise mit einer genauen Wiedergabe der Eingangskurvenform über einen besonderen

409817/0886

- 27 -

Transformator T, versorgt, um Fehler im Zündwinkel infolge Phasenverschiebung im Transformator bei Belastung zu vermeiden.

Es sind zwei Schutzschaltungen vorgesehen, von denen die eine Schaltung ϊΟ^αττ,. bereits vorher erwähnt wurde. Diese Schaltung löst den Kontakt S 1 aus, wenn die Schaltung Igjg. anzeigt, daß ein Strom fließt, obwohl die Leitung -kg^ipgi - O anzeigt, daß kein Strom fließen soll. Dieser Zustand kann • entstehen, wenn die gesteuerten Gleichrichter SCR versagen und nicht abschalten. Die andere Schutzschaltung i&« mit SHAPE bezeichnet und spricht auf den Strom un die Batteriespannung während der Abnahmestufe an, um sicherzustellen, daß die gewünschte Abnahmecharakteristik nicht überschritten wird. Wenn der Strom den Wert überschreitet , der durch die Abnahme charakteristik I^r^ = ("ο-ϋ-^^,^/ο gegeben ist, wobei b und c Konstanten sind, wird der Kontakt S 1 ebenfalls ausgelöst, um das Ladegerät von der Energieversorgung abzutrennen." Wenn die Batteriespannung pro Zelle außerhalb des Bereichs von 2,9 bis 1_S5 ToIt liegt, spricht kein Meßfühler an und kein Strom fließt, jedoch der Schalter S 1 bleibt geschlossen.

Wenn eine teilweise geladene Batterie mit dem Ladegerät verbunden wird, wobei der Kontakt S 1 geschlossen ist, spricht der entsprechende Spannungsfühler an_s um die jeweilige Ladungsstufe einzuleiten. Es ist klar, daß die Batterie sehneil

- 28 4 0 9-8-1 7/0*886

die Bereitschaftsstufe erreichen kann, wenn sie "beim Anschließen "bereits nahezu vollständig geladen war, d.h. über 2,35 Volt pro Zelle.

Die Hauptladestufe findet nicht statt und die Abnahme stufe erreicht schnell den Punkt, an dem der Zähler N am Ende eines Zyklus im wesentlichen UuIl enthält. Die verschiedenen Schaltungsblöcke, auf die bei der Beschreibung der Pig. 1 Bezug genommen wurde, werden nun näher beschrieben. Jeder der Zellspannungsdetektoren, nämlich für 1,8, 2,2, 2,35 und 2,9 ToIt pro Zelle» enthält einen Operationsverstärker, der so geschaltet ist, daß er als Spannungspegelabtaster arbeitet. Es können natürlich auch andere Pegelabtastschaltungen verwendet werden, aber bei dieser speziellen Ausfifttrungsform ist festgestellt worden, daß sie in Bezug auf Genauigkeit und Stabilität zufriedenstellend arbeitet. Der spannungsgesteuerte Oszillator ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Punktionsgenerator von der Pirma Signetics 3}ype SE 566 T oder ein Operationsverstärker, der als Oszillator geschaltet ist. Diese Einrichtung erzeugt ein Ausgangssignal mit 5 KHz bei einer Nenneingangsspannung von 2,5 Volt, und die Ausgangsfrequenz wird über einen Bereich von. !Frequenzen verändert entsprechend der Veränderung der Eingangsspannung. Der Zeitgeber 100OmS ist ein integrierter monostabiler Schaltkreis, wie die Type SU 74121 IT von der Pirma !Eexas Instruments. Er wird durch ein Signal von der Polgesteuerung SC ausgelöst, rfie später mit Bezug

409817/0888 -29-

auf Fig. 3 näher erläuert wird. Der Taktimpulsgenerator CL enthält einen programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT), der wie in 3?ig. 3 dargestellt geschaltet ist. Die durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R 31 und R 32 bestimmte Vorspannung hält den PUT T 32 in dem nichtleitenden Zustand, bis die Spannung an dem Kondensator G 31 durch Aufladung über den Widerstand R 33 von der +15 Yolt-Spannungsversorgung so weit angestiegen ist, daß sie den PUT über den Widerstand 34· in den leitenden Zustand bringt. Der Kondensator G 31 entlädt sehr schnell über den niedrigen Widerstand des leitenden PUT, und der Entladestromimpuls erzeugt einen Spannungsimpuls über den Widerstand R 34, der dem Ausgangsanschluß OP einen durch die Diode D 31 abgeschnittenen Impuls zuführt. Der Kondensator C 31 wird dann wieder über den Widerstand R 31 aufgeladen, um nach einem Zwischenraum einen weiteren Impuls zu erzeugen. Um die Geschwindigkeit der Pulserzeugung zu ändern, kann ein zusätzlicher Kondensator durch den Transistor T 31 in den Schaltkreis eingeschaltet werden. Wenn die Basis des Transistors T 31 über den Widerstand R 35 mit der + 5 Volt-Spannungsversorgung verbunden wird, legtet der Transistor T 31» und die Kondensatoren G 31 und C 32 werden gemeinsam über den Widerstand R 33 aufgeladen. Mit den in Pig. 3 dargestellten Werten erzeugt die Schaltung Impulse mit einer Geschwindigkeit von einem Impuls pro Sekunde mit G 3t allein, und mit der Geschwindigkeit von einem Impuls ie 7,5 Sekunden mit beiden Kondensatoren C 31 und C 32, in dem Schaltkreis. Die Steuerspannung für die Basis des Tran-

409817/0886

- 30 -

aistors T 31 wird von dem Detektorschaltkreis DET abgelei tet und bildet das in Pig. 1 angegebene SPEED-rSignal.

Die Fig. 3 zeigt die Folgesteuerung SC und einige damit bundenenSchaltkreise mehr im einzelnen. Die Polgesteuerung enthält den Zähler B 1/ B 2 und die Tormatrix GM 1.

Der Ausgangsanschluß OP des Taktimpulsgenerators CL ist mit einem Binärzähler verbunden, der durch zwei vierstufige, in Reihe geschaltete Abschnitte B 1 und B 2 gebildet wird. Dieser Zähler besitzt einen Rücksetsanschluß RS, der in einer später zu beschreibenden Weise angesteuert wird, und enthält einen so angeschlossenen Ausgang, daß dieser das Auftreten einer Zählstellung von 128 oder größer anzeigt. Andere Ausgänge des Zählers B 1/ B 2 sind mit der Tormatrix GM 1 verbunden, in welcher durch geeignete Maßnahmen einschließlich Invertierung Ausgangssignale erzeugt werden, die jeweils eines von vier Toren mit acht Eingängen bei den Zählstellungen 132- 134, 135 und 136 entsprechend freigeben. Diese Werte beziehen sich aber nur auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel und begrenzen nicht den Umfang der Erfindung. Ausgänge von Toren 132 und 134 sind mit den Elementen einer weiteren Matrix M 2 verbunden, die aus Toren mit zwei Eingängen besteht. Die Matrix M 2 enthält vier Tore, wobei ein Eingang von jeweils zwei Toren mit dem Ausgang S 132-Tors und ein Eingang der beiden anderen Tore mit dem Ausgang des 134-Iors verbunden ist. Die Ausgänge Q und Q des Flipflops F

409817/0886

- 31 -

■ - 31 -

sind mit einem Paar der Tore verbunden, um die Eingänge über kreuz zu verbinden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Das Flipflop F 1 enthält zwei Steuereingänge, nämlich den löscheingang Cl und den Einstelleingang PS, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Löscheingang spricht auf einen Spannungspegelübergang am Ausgang des.2,35 Volt Pro Zelle - Spannungsdetektors an, der am Ende der Hauptladungsstufe auftritt, wenn die Abnahmestufe beginnt. Dies setzt das Flipflop E 1 so, daß deren Ausgangssignale die Tore M 2 A und M 2 B der Matrix M 2 freigeben. Die anderen Tore M 2 G und M 2 D werden durch den anderen Ausgang des Elipflops gesperrt.

Beim Auftreten der Zählstellung 136 erzeugt das Tor 136 ein Signal, und dieses steuert den Einstelleingang PS des Flipflops ]? 1 an und vertauscht damit die Pegel an dessen Ausgängen, wodurch die Tore M 2 A und 12 B gesperrt und die Tore M 2 C und M 2 D freigegeben werden. Die Ausgänge von M 2 A und M 2 C sind mit einem Aufwärts-Tor UP und die Ausgänge der Tore M 2 B und M 2 D sind mit dem Abwärts-Tor Dl verbunden. Beim Betrachten von zwei aufeinanderfolgenden Zyklen des Zählers B 1/B2 ist es klar, daß während des ersten Zyklus bei der Zählerstellung 132 das Tor M 2 A ein Ausgangssignal erzeugt, das das Aufwärts-Tor UP freigibt, und daß bei der Zählerstellung 134 das Tor M 2 B ein Ausgangssignal abgibt, das wiederum das Abwärts-Tor DE freigibt anstelle des Aufwärts-Tors UP.

In diesem gleichen Zyklus wird bei der Zählerstelluhg 136 das Flipflop F 1 zurückgesetzt und sperrt damit M 2 A und M 2 B

4 0 9 8 17/0886

- 32 -

und gibt-die. Tore M 2 C und M 2 D frei. In dem darauffolgenden Zyklus geben die entsprechenden Tore dann das Tor M 2 C der Matrix M 2 frei, welches seinerseits dann wieder das Abwärts-Tor DN freigibt. Schließlich wird bei der Zählerstellung 134 in dem zweiten Zyklus das Tor M 2 D freigegeben, welches wieder das Aufwärts-Tor UP freigibt.

Die Tore UP und DS geben weiterhin entsprechend die Tore GL und G2 frei, um die Impulse an den anderen Eingängen der Tore G1 und G2 einem vierstufigen Vorwärts-Rückwärts-Zähler Ή zuzuführen, der durch einen integrierten Schaltkreis SN 74193 M" gebildet werden kann.

Die in dem Zähler H gezählten Impulse werden durch den spannungsgesteuerten Oszillator YCO entsprechend der Batteriezellenspannung erzeugt. Die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators wird durch die Batteriezellenspannung in der vorher beschriebenen Weise bestimmt, und diese Ausgangsfrequenz wird einem Eingang eines Tores G3 zugeführt. Der andere Eingang des Tores G3 wird während einer Periode von 1000ms durch den monostabilen Schaltkreis 100OmS aufgesteuert, der selbst wiederum durch ein Tor angesteuert wird, dessen Eingänge den Ausgängen der Tore 132 und 134 verbunden sind. Die bisher beschriebene Anordnung ist diejenige, durch die zeitgesteuerte Gruppen von Impulse, die die momentane Zellenspannung darstellen, den geeigneten Eingängen des Zählers Ή zugeführt werden, der der vorher mit. Bezug auf Fig. beschriebene Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist. In einem bevor-

409817/0886

- 33 -

zugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung übersteigt die Anzahl der durch den spannungsgesteuerten Oszillator während der Periode des Zeitgebers 100OmS die Kapazität des binären Zählers U um einige Größenordnungen. Es wurde jedoch als zweckmäßig festgestellt, den vierstufigen Zähler anstelle eines größeren Zählers zu verwenden und den Vergleich nur auf die durch den Zähler 3Sf gezählten 3 Digits höheerer Wertigkeit zu basieren. Daher werden die Digits höchster Wertigkeit und das Digit geringster Wertigkeit bei dem Vergleich nicht berücksichtigt, das Digit geringster Wertigkeit, weil es zu klein ist,und die Digits höchster Wertigkeit, weil sie während der hier betrachteten Periode konstant bleiben. Entsprechend werden die Ausgänge der Ordnung X< , N und IT des Zählers H" mit den entsprechenden Eingängen eines UAND--lores verbunden, dessen weiteren Eingänge mit Ausgängen von loren verbunden sind, die durch die Zählerstellung 135 und den Ausgang (J des Flopflops F 1 freigegeben werden. Die Signale an den letzten beiden Eingängen des NAND-Tores sind so gewählt, das3 das !Tor nur während des zweiten der beiden aufeinanderfolgenden, oben beschriebenen Zyklen durch das Arbeiten des Flipflops F1 und bei der Zählstellung 135 in diesem zweiten Zyklus durch das Arbeiten des Tores 135 freigegeben wird. Der Ausgang des NAND-Eores wird einem Eingang des Flipflops F2 zugeführt, das gleichzeitig mit Flipflop F1 gelöscht wird. Der Ausgang Q des Flipflops F2 bildet einen Eingang eines weiteren Tores, dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Zählertores 136 zugeführt wird. Der Ausgang Q des Flipflops F2

409817/0886 -34-

wird auch der Basis des Transistors T 31 über den Transistor R 36 zugeführt, um das SPEED-Signal zu bilden, das bereits bei der Erläuterung der Fig. 1 erwähnt wurde. Das Flipflop F2 kann nur dann ein Signal am Ausgang Q erzeugen, wenn das Ergebnis der beiden Aufwärts- und der beiden Abwarts-Zählungen in einem Paar von aufeinanderfolgenden Zyklen, die die Änderung in cfer Abnahme der Batterieleerlaufspannung zwischen der Zählstellung 132 und 134 in den aufeinanderfolgenden Zyklen darstellen, zu klein ist, um einen Restwert in den Ordnungen N , Jtf und N des Zählers IT bei der Zählstellung 135 in den zweiten Zyklus zu hinterlassen. Es ist zu erkennen, daß, wenn das Ilipflop F2 kein Signal am Ausgang Q erzeugt, die Zähler B1 und B2 zurückgesetzt werden und daß dieses Zurücksetzen über das Tor, das mit dem Zählausgang 128 der Zähler B 1 und B 2 verbunden ist, ein geeignetes Signal auf der Leitung I-oAmm = O in Fig· 1 erzeugt, um einen weiteren Stromfluß zur Ladung der Batterie für eine weitere Zeitperiode zu ermöglichen, die durch die Zählstellung von 128 der Zähler B1 und B2 dargestellt wird.

Von dem Zeitpunkt, an dem der Batteriezellenspannungs-Detektor 2,35 Volt auf diesen Wert der Batteriezellenspannung anspricht, um die abnehmende Ladungsstufe zu beginnen, erfolgt die abnehmende Ladung unter Steuerung durch den Takt und die Folgesteuerung in einer Reihe von Paaren von Folgezyklen, wobei während Jedem Paar dieser Serie zwei ¥erte des Abfalls der Batterieleerlaufspannung zu gleichen Zeiten nach der Be-

409 817/0886 · ,- 35 -

end^Lgung der Batterieladung gemessen und dann verglichen werden, um den Batterieladezustand zu schätzen. Wenn der Unterschied zwischen zwei Werten .des Abfalls in einem Paar von Zyklen, der durch den Zähler H gemessen wird, innerhalb eines vorgegebenen Unterschieds liegt, dann wird das Flipflop F2 angesteuert, um die Stufe abnehmender Ladung zu beenden. Es sei bemerkt, daß der Zähler Έ durch das 'Übergangssignal am Ende eines Paares von Zyklen zurückgesetzt wird. Dieses Signal ist Toa....dem Signalwechsel am Ausgang Q des Flipflops F1 durch den,Kondensator C 33 abgeleitet.

Die Elemente in Fig. 1,die nicht näher beschrieben worden sind, können durch den Fachmann leicht hergestellt werden. Die Elemente lOpAjj,» SHAPE und IHHIBIT 1 sind daher !Eore. Das Element PAC kann eine übliche Zündwinkelsteuerung sein. Wenn die durch die Spannungsversorgung eingestreute Brummstörung auf eine Minimum reduziert werden soll, ist es möglich, eine ⁿImpulszündungs-"!Dype für die Steuerung zu verwenden, da die · Periode, während der in dem Batterieladekreis ein Strom fließt, lang ist im Vergleich mit der Frequenz der Wechselspannungsversorgung. Die Steuerungen mit Operationsverstärkern können entsprechend der üblichen Analogtechnik aufgebaut sein, und die Bezugssignale I-g und 1^₀ Können von dem stabilisierten Auegang der Stromversorgungseinheit PSU abgeleitet sein.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung wird nun anhand der Fig. 4 erläutert. Die graphische. Darstellung zeigt den Abfall der ■

409817/0886 - 36 -

Leerlaufspannung pro Zelle der Batterie, die zum Zeitpunkt t_Q von einer Ladestromquelle abgetrennt wurde. Es ist nur ein kleiner Teil der Spannungsachse dargestellt, und es ist hier beispielsweise angegeben, daß dieser Teil sich etwa von 2,25 bis 2,37 Volt erstreckt. Diese Werte sind nur als Beispiel gewählt und stellen keine Begrenzung des Umfangs der Erfindung dar. Es ist festgestellt worden, daß die Leerlaufzellenspannung nach dem Zeitpunkt t_Q schnell abfällt, aber nach einer längeren Zeitperiode verringert sich die Geschwindigkeit dieses Abfalls, und es ist vorgesehen, daß der Zwischenraum bis zum Zeitpunkt t, an dem die Leerlaufspannung pro Zelle einen vorgegebenen Wert K erreicht, während aufeinanderfolgender Perioden jeweils unmittelbar nach Beendigung einer Ladungsperiode zum Zeitpunkt ^q gemessen wird. Es ist jedoch auch festgestellt worden, daß die genaue, Form der Abfallkurve in einem großen Maße von dem genauen Wert des unmittelbar vor dem Zeitpunkt tQ aufrechterhaltenen Stroms lg^girp abhängt. Die zwei gestrichelten Kurven auf jeder Seite der ausgezogenen Linie in Fig. 4- stellen eine typische Abweichung dar, und es ist zu erkennen, daß die Werte t- und tp eine wesentliche Abweichung von dem gewünschten Wert t darstellen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird vorgeschlagen, daß der Leerlaufspannung ermöglicht wird, eine feste Zeitperiode von t_Q abzufallen,und daß die Spannung am Ende dieser Periode und einem kurzen Zeitabstand danach gemessen und verglichen wird, um einen Wert für die Geschwindigkeit der Änderung der Batterieleerlaufspannung an einem gegebenen Zeitpunkt nach der Beendigung der Ladeperiode zum Zeitpunkt tQ zu

409817/0886 - 37 -

ergeben. Der Abfall in diesem Zeitintervall, das in Ausdrücken des vorher "beschriebenen Ausführungsbeispiels mit ^132 ~ ^134 *^>ezeicnne'fr wird, ist d U^^-r» und es ist aus Pig. 4 zu erkennen, daß er einen im wesentlichen konstanten Wert für alle drei Kurven hat. Die Größe von d U₂EL ^^s^ ^^{aner e}i^ne viel "bessere Grundlage zum Schätzen des Ladezustands der

Batterie als die bisher vorgeschlagene Anordnung, in der die Zeit des Abfalls auf eine vorgegebene Leerlaufspannung von dem Ende -der Ladung an gemessen wird. Insbesondere die Verschiebung der Kurven in dem Bereich t..^ " ^134» ^Ζ·Β. durch Veränderung der Hauptspannungsversorgung, beeinflußt nicht die Schätzung, da der Gradient der Kurven in diesem Punkt nahezu für alle gleich ist. Das wesentliche Merkmal ist hier, die Zeit von t_Q bis -t^~« verstreichen zu lassen und die folgende Messung ein kurzes Zeitintervall danach zum Zeitpunkt t-j^i während einer Zeltperiode vorzunehmen, in der der Batterie überhaupt keine Ladung zugeführt wurde. Während des Intervalls t.»,« ~ *134 haben die Kurven alle im wesentliche gleiche Gradienten, und daher ist das Schätzen der Batterieladung durch Messen der Zählspannung während eines Intervalls zuverlässig. Vorausgesetzt, daß die Periode, während der keine Ladung stattfindet, langer ist als die bis zum Zeitpunkt t..*,, kann diese Periode In der geeigneter Weise für das einzelne Ladegerät bestimmt werden.

Insbesondere ist diese verbesserte Methode zum Schätzen des Batterieladezustands sehr geeignet für die Verwendung in der

4 0 9 8 17/0888 - 38 -

abnehmenden Ladesteuerung, die in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, oder in anderen Steuer- oder Vorwiderstandsschaltungen, bei denen ein größerer Unterschied in dem Wert von L.^ zwischen aufeinanderfolgenden Messungen des Wertes von d U₂]Dj vo^ka^de^ sein kann.

Es wird nun wieder auf Fig. 3 Bezug genommen. Das Ende der abnehmenden Ladungsstuie, die durch das Arbeiten des Flipflops 12 angezeigt wird, um das SPEED-Signal dem PUT-iDakt CL zuzuführen, sperrt die Erzeugung des Signals am Ausgang Q des Flipflops Έ2 zusammen mit dem Signal " Zähl st ellung größer als 128" das Tor G5. Dies sperrt das Arbeiten eines Taktfores G-6, das andernfalls den Zählern B1 und B2 laktimpulse zuführen würde. Obwohl die Taktgeschwindigkeit erhöht wurde, werden die Impulse daher nicht dem Zähler zugeführt, so daß der Zähler auf dem Wert von 135 stehenbleibt. Es ist Jedoch eine weitere Maßnahme vorgesehen, um den Zähler durch das Arbeiten des Detektors zurückzusetzen, der darauf anspricht, daß der Wert von U_ZEt kleiner als 2,2 ToIt ist. Beim Durchgehen ist festzustellen, daß die Folgesteuerung SC während der Periode nicht in Tätigkeit gesetzt werden kann, während der die Spannung an der angeschlossenen Batterie von 1,5 Volt auf 2,2 Volt ansteigt, da ein ständigen Rücksetzsignal von dem entsperrten 2,35 Volt pro Zelle-Abtaster von VS erzeugt wird, bis die Batteriezellenspannung den Wert von 2,35 Volt erreicht hat. Wenn jedoch der Wert'von 2,35 Volt einmal erreicht worden ist, schaltet der 2,35 Volt-Abtaster in den nicht zurücksetzenden Zustand um. Wenn die abnehmende Ladungsstufe beendet ist, wird der

4 0 9817/0886

• - 39 - '

Ausgang\,<ier Zähler B1 und B2 auf der Zählstellung 128 gezielten, um sicherzustellen, daß kein Strom zur Batterie geliefert wird, bis die Batterieleerlaufspannung pro Zelle auf den Wert von 2,2 Volt anfällt und der 2,2 Volt-Zellspannungsdetektor anspricht, um die Zähler B1 und B2 zurückzusetzen.- Durch dieses Zurücksetzen verschwindet der Zählausgang 128 und gibt das Tor G6 und damit das Tor G-5 frei, und es kann wieder ein Ladestrom fließen. Dieser Strom fließt so lange, bis die Zählstellung 128 durch die das Tor G6 passierenden Impulse erreicht worden .ist, diesmal mit der schnelleren Impulsgeschwindigkeit, worauf das Signal I-gAmm = 0 wieder dem Ladegerät zugeführt wird, um die Ladung der Batterie zu beenden. Wenn die Batteriespannung wieder abfällt, ist die Ladung solange verhindert, bis der Abfall den Wert von 2,2 ToIt erreicht, bei dem die Zähler wieder zurückgesetzt wird und ein neuer Ladezj'klus beginnt. Dies ist die oben beschriebene Bereitschaftsstufe. Es ist anhand der Eig. 1 zu erkennen, daß Abnahmesteuerung fortfahren kann, den Ladestrom I-gAmm zu regulieren, falls dies gewünscht ist. ■

In Pig« 3 sind die Schaltkreise In(w und TAPER ausführlicher dargestellt. Der Schaltkreis. Iqqjj- sorgt für die schrittweise Annäherung an die Abnahme I-yp» in Fig. 2. Der Summier-Eingang des Operationsverstärkers ÖA 1 enthält vier Schaltelemente in iorm von Widerständen R., R , R, und R.. R., erhält eine nega-

¹ 2 -> . ■ 4- «

tive Spannung als ein Signal, das den Hauptladestrom I_B(darstellt. Während der Hauptladestufe (ü_ZEI( unter 2,35 YoIt) sind beide Schalter S2 und S3 offen. Der Widerstand R₂ erhält über IgjQ. ein positives Signal, das den tatsächlichen Lade-

409817/0886 - 40 -

235160Γ ⁴⁰~ '

strom anzeigt. Der Schaltkreis Iqq-w liefert daher ein Eingangssignal an PAC, um Ι-βΛφφ auf I_BiZU erhöhen und auf diesem Wert zu halten. Wenn U₂EL ^»35 YoIt erreicht, spricht der entsprechende Abtaster von TS an und schließt den Schalter S2 und führt über R-, ein positives Signal zu, um einen Teil des Signals 1-g.rjjrji zu ersetzen, das das Signal Ig₁ ausgleicht. wird daher, wie in Fig. 2 dargestellt, verringert. Bei 2,5 Volt wird der Schalter S3 durch einen anderen ähnlichen Spannungsabtaster betätigt (in Fig. 1 nicht dargestellt), um in ähnlicher Weise L,^ auf den Wert· bei 2,5 Volt in Fig. 2 weiter zu verringern.

Wenn eine geradlinige Abnahme gefordert wird, werden, die Widerstände IU und R, durch ein Eingangssignal von der Operationsverstärker-Schaltung IAPER über IMIBIT 1 in Fig. 1 ersetzt.

Der in Fig. 3 dargestellte Schaltkreis TAPER enthält einen Operationsverstärker 0A2. Der Summiereingang enthält Widerstände Rc und Rg, deren Werte durch die bereits früher erwähnten Konstanten b und c bestimmt werden. Diese Konstanten stellen I_TTq und das Verhältnis U/I entsprechend dar. Das Ausgangssignal von 0A2 wird dem Schaltkreis INHIBIT 1 über eine Diode D32 zugeführt, um ein negatives Ausgangssignal zu vermeiden, das Ι_ΒΑΪΪ über Lg hinaus erhöht, das durch Iqqjj festgelegt ist.

Es ist klar, daß die geeignete Abnahme leicht durch entsprechen de Werte der Widerstände R₁-Rg festgelegt werden kann. Dies ist

- 41 -

4 09817/0886

ein großer Torteil gegenüber den Abnanmeregelungen mit Reihendrossel, bei denen verschiedene oder verschieden angezapfte Drosseln speziell für jede Batteriegröße und Abnahmecharakteristik entworfen werden müssen.

Die Pig. 9 zeigt eine Gruppe von Kurven, die die Batteriespannung über der Zeit darstellen, und die während den Unterbrechungen in Abständenvon 15 Minuten während der Ladung der Batterie aufgenommen wurden. Die der horizontalen Zeitachse am nächsten liegende Kurve ist die beim Beginn der hier betrachteten Ladung; die von dieser Zeitachse am weitesten entfernte Kurve ist die am Ende der hier betrachteten Ladung. Die Zeitachse ist in Sekunden eingeteilt und die vertikale Spannungsachse trägt eine lineare Spannungsskala.

Beim Laden einer Batterie sind zwei Punkte in dem Ladezustand sehr kennzeichnend. Der erste davon ist der Punkt, bei dem ein kennzeichnendes "Gasen" auftritt, und der zweite ist der Punkt, bei dem das Zuführen von weiteren Ladestrom die Leerlaufspannung der Batterie nicht mehr erhöht. Bis der erste Gasungspunkt erreicht ist, erhält die Batterie einen Ladestrom, dessen Wert die Kapazität der Batterie in Amperestunden erreichen kann, ohne die Lebensdauer und den Zustand der Batterie ernsthaft zu. beeinträchtigen. Wenn jedoch einmal das Gasen aufgetreten ist, verringert das Vorhandensein von Gasblasen den Strom, der der Batterie gefahrlos zugeführt werden kann. Der zweite Punkt ist wichtig, weil es keinen Sinn hat, die La-

- 42. 403817/0886

dung der Batterie x'ort zufuhr en, wenn deren Leerlaufspannting einmal aufgehört hat anzusteigen, was den vollgeladenen Zustand anzeigt, abgesehen von kleinen Ladungen in Abständen in manchen Eällen, um den vollgeladenen Zustand aufrecht zu erhalten, da eine Überladung diese Batterie beschädigen kann.

Die Leerlauispannung der Batterie, bei der ein. Gasen auftritt, hat einen allgemein anerkannten ¥ert von 2,35 Volt pro Zelle für eine üblich aufgebaute Blei-Säure-Batterie in neuem oder etwa neuem Zustand. Dieser Wert ändert sich aber mit der Lebensdauer der Batterie und abhängig von der Art, in der die Batterie verwendet wird. Beispielsweise kann es bei einigen mehrzelligen Fahrzeugbatterien erwünscht sein, eine oder mehrere Zellen kurzzuschließen, die^swährend der Lebensdauer der Batterie einen Ausfall zeigen, um den Rest der Batterie maximal auszunutzen. Entsprechend ist eine Einrichtung,die versucht, die Ladung durch Messung der Batteriespannung und durch Vergleich dieser Spannung mit einer Bezugsspannung zu steuern, deren Wert auf der Basis von 2,35 Volt pro Zelle für eine Blei-Säure-Batterie festgelegt wurde, nicht gefahrlos verwendbar bei einer Batterie mit weniger als der nominalen Anzahl von Zellen, die noch in Betrieb sind. Ferner kann eine Batterie zum-Ende ihrer Lebensdauer noch in der Lage sein, ausreichend Energie zu liefern, aber sie kann nie mehr den ausgewählten Bezugswert von 2,35 Volt pro Zelle erreichen.

Ein ähnliches Problem entsteht, wenn irgendwelche Mittel vorgesehen sind, um den vollgeladenen Zustand aus der Batterie -

4098 17/0886

- 43 -

spannung zu erkennen, da diese ebenfalls einen Wert abhängig von der Lebensdauer und der Verwendung der Batterie hat.

Es ist festgestellt worden, daß, obwohl der absolute Wert der Spannung und der vollgeladenen Spannung sich von Batterie zu Batterie und mit der Lebensdauer der Batterie ändert, das Verhalten der Batteriespannung in der Unterbrechung eines Ladestroms eine zuverlässige Anzeige des Ladungszustands der Batterie angibt'. Entsprechend gibt die vorliegende Erfindung eine Steueranordnung eines Batterieladegerätes an, um den Ladezustand der Batterie aus der Batteriespannung in solch einer auftretenden Unterbrechung zu schätzen. Beim Auswerten der Kurven, in Fig. 9 ist zu erkennen, daß die neun untersten Kurven sehr, ähnliche Form haben und nur durch eine Verschiebung der gesamten Kurve nach oben getrennt sind aufgrund der Zunahme der Batterieleerlaufspannung, die durch die Ladeperiode von 15 Minuten zwischen den Kurven erzeugt wird. Die Kurven 10 bis 16 zeigen eine zunehmende Änderung der Form, und auch die Kurve 10 ist unterschiedlich von der Kurve 9. Die 17. und folgende Kurven stimmen im wesentlichen überein mit der Kurve 16. Die folgenden Kurven brauchen daher nicht weiter betrachtet zu werden. Es ist festgestellt worden, daß ein enger Zusammenhang·zwischen dem bestimmten Unterschied in der Form zwischen der 9. und 10. Kurve und dem Auftreten eines kennzeichnenden'"Gasens" besteht. Die Übereinstimmung der 16. und folgenden Kurven zeigen an, daß durch Fortsetzen der Ladung keine weitere Zunahme der Batteriespannung erreichbar ist« Entsprechend geben die. Kurven die beiden wichtigen Punkte bei der Steuerung einer Batterieladung

409817/0888

- 44 -

an, und die zu beschreibende Einrichtung zeigt Schaltungsanordnungen, die den Zustand der Batterieladung in ÜbereinStimmung mit dem Verhalten der Batteriespannung entsprechend den Kurven abschätzt.

Pig. 5 zeigt eine Ladestromsteuerung, die in einer bevorzugten Anordnung den Ladestrom auf dem höchstmöglichen Wert aufrechterhält entsprechend einer befriedigenden Batterielebensdauer, natürlich-entsprechend der Fähigkeit des Ladegeräts, den höchsten erforderlichen Wert des Stroms liefern zu können. Die Angabe weiterer Einzelheiten des tatsächlichen Batterieladegeräts sind hier nicht notwendig, da ein geeignetes Ladegerät von einem Fachmann leicht ausgewählt oder entworfen werden kann, aber es kann vorzugsweise die Ladeschaltung verwendet werden, die in Fig. 1 dargestellt und vorstehend näher beschrieben ist. Es ist einzusehen, daß auch andere Teile der vorstehend beschriebenen Steuerschaltung in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden können.

In Fig. 5 wird die Batteriespannung ^u _BAmm einem spannungsgesteuerten Oszillator VCO zugeführt, um eins der Batteriespannung proportionale Frequenz zu erzeugen. Diese Frequenz wird dem einen Eingang von jedem der zwei lore UP und DM" zugeführt. Eine Folgesteuerung SC wird durch einen 2-Geschwindigkeits-Iakt CL betrieben, um das Zuführen des Ladestroms zur Batterie zu steuern, so daß Ladungsperioden von etwa 15 Minuten durch Unterbrechungen von etwa 10 Sekunden Dauer,während denen kein

- 45 409817/0 886

Ladestrom fließt, getrennt werden. Der Stromfluß wird gestoppt und gestartet durch ein Signal auf der leitung, die mit I/w/off "bezeichnet ist. In einem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Beginn der Unterbrechung führtdie Polgesteuerung SC dem Anschluß RS des Yorwärts-Rückwärts-Zählers Ή ein Rücksetzsignal zu. Dieses stellt den Zähler zurück. Etwa 2 Sekunden nach dem Beginn der Unterbrechung liefert die Polgesteuerung SG ein Preigabesignal von etwa einer Sekunde Dauer, das selbst durch den laktimpuls gesteuert ist, an den anderen Eingang des Tores UP, um die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators TGO zu dem Zähler U durchzulassen. Der Zähler registriert daher eine Zählung, die den Wert der Batteriespannung zu diesem Zeitpunkt darstellt. Nach einem weiteren Zeitraum von etwa zwei oder vier Sekunden liefert die Polgesteuerung SG ein weiteres, zweites Freigabesignal, diesmal an den anderen Eingang des Cores DU, um die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators dem Zähler U zuzuführen. Diese Frequenz vermindert die Zählung in dem Zähler IT, so daß die restliche Zählung proportional der Differenz·zwischen dem Wert der Batteriespannung, als das !Dor UP freigegeben war, und dem Wert, als das lor DN freigegeben war, ist. ITacn einem weiteren kurzen Zwischenraum von weiteren zwei Sekunden erzeugt die Polgesteuerung SG ein Signal, das ein Pließen des Batterieladestroms wieder ermöglicht. Der in dem Zähler N verbleibende Unterschied der Zählung wird einem Binär-Analog-Umsetzer BAG zugeführt, um eine Spannung zu erzeugen, die den Unterschied in dem Werten der Batteriespannung darstellt. Diese Spannung wird einer Skalier-Einheit SU züge- * führt. Die Skalier-Einheit verändert den Wert des Ausgangssignals

409817/0886

- 46 -

des Binär-Anälog-Umsetzers in einer Weise, die von dem tatsächlichen Wert der Batteriespannung abhängig sein kann oder die ein vorher bestimmter konstanter Faktor sein kann, um ein Signal U-nC zu erzeugen, das angibt, in welchem Grad der Ladestrom mit Bezug auf den Ladezustand der Batterie, der durch den im Zähler Ii graniten Differenzwert geschätzt wird, verändert werden muß. Dieses Signal wird als ein Eingangssignal der arithmetischen Einheit AU zugeführt. Ein anderer Eingang der arithmetischen Einheit erhält die Spannung Uj,, die den maximal zulässigen Wert beim Ausgangsstrom des Ladegerätes darstellt. Die arithmetische Einheit erzeugt ein Ausgangssignal, das den unterschied zwischen den beiden Eingängen darstellt und gleich U^, - nC ist. Das Ausgangssignal wird einer weiteren Schaltung ü/l zugeführt, für die die Schaltung Iqqw aus Pig. 1 verwendet werden kann, um den Ladestrom entsprechend der Beziehung I = (I__ - nC) zu steuern. Aus diesem Ausdruck ist zu erkennen, daß der in dem Zähler if aufgezeichnete Unterschied zunimmt, wenn der Ladestrom entsprechend der durch die Skaliereinheit SU erzeugte Skalierfunktion abnimmt.

Venn die in Pig. 9 dargestellten Kurven mit Bezug auf die oben beschriebene Arbeitsweise betrachtet werden, ist zu erkennen, daß.bei den ersten neun Kurven eine sehr kleine Änderung des Spannungswertes vorhanden ist, der zwei und vier Sekunden nach der Unterbrechung der Ladung bei S = O gemessen wurde und die Skalier einheit kann auf Wunsch so eingerichtet sein, daß der Batterieladestrom für diese relativ kleinen Änderungen der Batteriespannungswerte während der Unterbrechung der Ladung nicht geändert wird. Es ist jedoch zu erkennen, daß von der Kurve

409817/0886

- 47 -

10 an aufwärts der Unterschied ständig ansteigt und daß eine geeignete Verringerung des Batterieladestroms durch'das Arbeiten der in I⁵Ig. 5 dargestellten Schaltung vorgenommen "werden muß. Wie vorher erwähnt wurde, entspricht die Kurve 10 dem Einsatz des Gasens. Entsprechend sorgt die Steueranordnung nach Pig. 5 für einen Übergang von einer wesentlichen Hauptladestufe (Kurve 1 bis 9) mit dem maximal möglichen Ladestrom zu einer Ladungsstüfe mit Abhängigkeit von dem Ladezustand (Kurve 10 aufwärts), in der der Ladestrom ständig verringert wird, um eine Beschädigung der Batterie durch Zuführen eines übermäßigen Ladestroms während des Zustande des Gasens zu vermeiden. Es ist klar, daß der Übergang von der Hauptladung zu der gesteuerten Phase nicht bei einem willkürlich vorher gewählten Wert der Leerlaufspannung erfolgt, sondern durch das Ansprechen auf eine Änderung der Batterieleerlaufspannung, die eine enge Beziehung zu dem Einsatz des Gasens hat und die ohne Bezug auf den tatsächlichen Wert der Batteriespannung zu dieser Zeit festgestellt wird. Durch das Ansprechen in dieser Weise auf eine Änderung in dem Verhalten der Batterieleerlaufspannung während einer Unterbrechung kann ein Ladegerät angegeben werden, das bei Batterien mit einer verschiedenen Anzahl von Zellen, wie beim Kurzschließen von einer oder mehreren Zellen in beschriebener Weise auftritt, zufriedenstellend arbeitet.. Ferner bekommt eine Batterie, die aufgrund ihres Gebrauchszustandes nicht mehr mit der üblichen Spannung beim Gasen übereinstimmt, noch eine geeignet abgestufte Ladung. Die Veränderung der Spannung beim Gasen durch Temperaturänderungen werden ebenfalls ausgeglichen.

- 48 409817/0886

In Pig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, die das Laden einer Batterie "beendet. Eine ähnliche 2-Geschwindigkeits-Folgesteuerung SC und Takt CL sind vorgesehen, um die Unterbrechungen des Ladestroms in ähnlicher V/eise wie oben beschrieben zeitlich zu steuern. Während einer Unterbrechung erzeugt die Polgesteuerung zwei Ausgangssignale vorzugsweise bei zwei und sechs Sekunden, und zwar ein Setz- und ein Rücksetzsignal entsprechend. Das Setzsignal ist mit S und das Rücksetzsignal mit R in der Schaltungjbezeich.net. Diese Signale werden einer Zyklussteuerung CC und einem ersten Flipflop PH zugeführt. Der Aufbau der Zyklussteuerung CC wird einem Pachmann aus der Beschreibung seiner Arbeitsweise sofort klar. Das Flipflop kann irgendeine • geeignete gebräuchliche Einheit sein. Die Batteriespannung wird einem analogen Vergleicher zugeführt, der vier Schalter P1, F2, P3 und 3?4 zusammen mit zwei Kondensatoren C1 und C2 zur Spannungsabtastung und einem analogen Vergleicher-Schaltungselement COMP enthält, wobei letzterer in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein integriertes Schaltungselement mit der Typenbezeichnung' NEOO42 C ist. Die Schalter P1 bis P4 sind vorzugsweise Feldeffekttransistoren mit der Typenbezeichnung 2N3824. Diese Schalter werden abwechselnd geschlossen durch die Steuersignale S1, S2, R1 und R2, die von der Zyklussteuerung CC abgeleitet sind. Die Arbeitsweise der Anordnung nach Pig. 6 wird beginnend am Anfang der Unterbrechung beschrieben. Am Anfang der Unterbrechung weenselt die Folgesteuerung SC das Signal, das sie dem Tor G zuführt, um den Batterieladestrom abzuschalten und ein zweites Flipflop ΡΪ2 zurückzusetzen. Zwei Sekunden später gibt die Polgesteuerung SC ein Signal S zur Zyklussteue-

409817/0886 -49-

rung CC, die wiederum ein Signal S1 erzeugt,, um den Schalter ΙΊ zu schließen und die Batteriespannung dem Kondensator G1 zuzuführen. Dieser Kondensator lädt sich während der Dauer des Signals S1 auf die Batteriespannung auf _s und die Spannung an dem Kondensator wird einem Eingang des Yergleichers GOMP zugeführt. Während der normalen. Betriebsweise der Steuerung steigt die Batteriespannung bei der Ladung ständig an₉ und wenn während eines früheren Zyklus der Kondensator C2 in einer Weise aufgeladen wurde, die später beschrieben wird_s hat er eine niedrigere Spannung als die ₉ die nun dem Kondensator Gi zugeführt wirdj, und der Yergleicher erzeugt ein Ausgangs signal mit einem von zwei möglichen Zuständen₉ das diese Besiehung anseigto Das Signal S von der Folgesteuerung ist auch dem ilipflop H* 1 zugeführt worden ₉ um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das das gleiche ist wie das jetzt τοη dem Yergleicher erzeugtes und diese Ausgangssignale werden den zwei Eingängen eines exklusiven QDER-Sores ExOR zugeführt₉ und solange diese zwei Eingänge gleich sind; schaltet das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Sores das llipflop ZF2 in den Zustand^ in dem das Tor £ durch das Ausgangssignal von ΙΈ2 freigegeben isto Wenn die folgesteuerung SO das Tot G- wieder freigibt_s wird daher wieder ein Batterieladestrom geliefert« Wenn nun wieder die Unterbrechung betrachtet wird_s deren Anfang vorstehend beschrieben wurde_s erzeugt die Folgesteuerung SC etwa vier Sekunden nach dem Anfang ein Signal R und führt es der Zyklussteuerung CC zu_s um ein weiteres Signal R1 zu .erzeugen_s das den Schalter F4 zum Entladen des Kondensators 02 schließt» Dieser Vorgang hat kei-

4098 17/0886 ~ 50 -

2351801

Einfluß auf das Ausgangssignal des Yergleiehers, obwohl der Schalter Ff nun wieder geöffnet ist_s da der Kondensator G 1 weiterhin im wesentlichen die gesamte, ihm zugeführte Spannung hält und das Ausgangs signal des Yergleichers in dem gleichen Zustand aufrechterhält. Etwa-acht Sekunden nach dem Anfang der Unterlr^chung gibt die Folgesteuerung das lor G wieder frei und ein Batterieladestrom kann fließen, Jfach einer Periode iron etwa 15 Minuten unter br iciit die Polgesteuerung den IfSöestroiiL-wJi-ederj indem sie das Sor Gr sperrt, und zwei Sekunden später führt sie der Zyklussteuermig GC ein Signal S zu₉ ein Signal S 2 zu erzeugen, das den Schalter 3?3 ansteuert, dem Kondensator' 02 die Batteriespaimung zuzuführen. Wenn des normale Ablauf der Torgänge angenommen wird, ist die Bat-•feeriespannung nun höher;, als sie während der vorhergehenden Unterbrechung wars und der Tergleicher lindert seinen Ausgangssmstand,, der dem ExlclusiY-QBER-Sor zugeführt wird» Das Signal -g Mat jedoch ebenfalls gewechselt _t so daß der Ausgangszustand des Plipflops EF 1 und damit des Plipflops IT 2 weiterhin in de® Zustand ist, in dem er- das 2or Q- freigibt. Tier Sekunden nach dem Anfang der jetzigen Unterbrechung erzeugt die" Pol- gesteuerung So ein weiteres Signal E^ das ein Aiasgangssignal 12 aa der Zyklussteuerung CC erzeugte um den Schalter 12 zu schließen und den .Kondensator 01 wieder zu entladen. Dieser Torgang hat wieder keinen Einfluß auf das Exklusiir-ODER-Ior aus den oben beschriebenen Gründen« Die Folgesteuerung beendet dann wieder die Unterbrechung durch !Freigabe des Tors S₈ so daß der Batterieladestrom wieder fließen kaim«,

- 51 409817/0886

Bei Betrachten der in Tig. 9 dargestellten Kurven und der linie, die zur Darstel^ng des Zeitpunktes 1 = 2 Sekunden vom Beginn der Unterbrecnung an gezeichnet ist, ist zu erkennen, daß die Batteriespannung ständig ansteigt, während die Ladung fortschreitet,- Beim Erreichen der 15. und der folgenden Kurven steigt die Batteriespannung nicht mehr an. In praktischen !Fallen kann sie sogar leicht abfallen. Daher wird ein Punkt erreicht, bei dem der Vergleicher während einer Unterbrechung eine Abtastung der Batteriespannung erhält, die nicht größer ist als die vorher erhaltene und nun in dem anderen Kondensator des Verglelehers gespeicherte. Daher wechselt der Vergleich er nicht seinen Ausgangszustand, und da der Ausgangszustand, des Flipflops S¹PI gewechselt hat, erhält das Exklusiv-ODER-Sos nun Eingangssignale mit zwei verschiedenen Zuständen. Dessen Ausgang betätigt daher nun nicht das Flipflop FF2, um das Tot G- freizugeben. Da das Tot G bereits durch den Ausgang d-er Folgesteuerung SG während der Unterbrechung gesperrt wurde_s hat dies keine unmittelbare Auswirkung. Wenn am Ende der Unterbrechung die Folgesteuerung jedoch wieder ein Freigabesignal dem Eingang des Tores G zuführt, bewirkt dies nicht die Freigabe des Sores, da es bereits durch das Ausgangssignal des Flipflops FF2 gesperrt ist. Daher kann kein Batterieladestrom fließen, und die Ladung ist beendet.

Es ist zu erkennen, daß in der zweiten beschriebenen Anordnung die Batteriespannung beim Auftreten einer Unterbrechung die Basis für die Schätzung des Ladezustands in der Batterie und einer darauf folgenden Veränderung des Ladestroms ist. In die—

409817/0886 _₅2-

sem EaIl ist dies die Beendigung der Ladung^ aber es ist möglich, daß das Sperren des Tores 6 so vorgenommen wird« daß eine andere Ladesteuerschaltung in Betrieb gesetzt wird_s die für ein wenig häufiges Zuführen von kursdauernden Ladungen zur Batterie sorgt, um sie in dem τοίΐ geladenen Zustand su halten.

In !Pig, 7 sind die wichtigsten Elemente der Kontrollschaltung eines Batterieladegerätes in Blockform dargestellt und die verschiedeneh^logisehen Torgänge angegeben«, die während der Zyklen der Steuerschaltung ausgeführt werden<>

!•Jährend des Betriebs wird die Steuerschaltung mit einer Ladestromquelle verbunden, wie beispielsweise eine mit der Wechselspammngsversorgung verbundene Brücke mit gesteuerten Halbleitergleichrichtern j um den Ladestromfluß und auch den Ausgang des Ladegeräts zu steuern^ mit dem die Batterie verbunden ist,, um ein Signal abzuleiten, das die Spannung pro Zelle (U₀) der • Batterie darstellt» Es wird außerdem angenommene, daß die Steuerschaltung eine Anordnung zum Erzeugen von elektrischer Energie mit geeigneten Spannungen zum Speisen der verschiedenen Schaltungselemente enthält» Diese Quelle wird" in Betrieb mit den mit ^Sl+" und "O" bezeichneten Anschlüssen in der Pigur verbunden. Die Schaltung kann auch mit geeigneten Anzeigegeräten verbunden sein, die lichtaussendende Dioden sein können«, um den gerade im Betrieb befindlichen Zyklus des Ablaufs anzuzeigen.

In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die Steuerschaltung mit einem Ladegerät und beide mit der Wechselspannungs-

409817/0886

'- 53 -

Versorgung verbunden sind, daß das Ladegerät eingeschaltet ist und daß eine Batterie gerade mit den Anschlüssen des Ladegeräts zum Laden verbunden worden ist. Die Steuerschaltung enthält eine Einrichtung in irgendeiner der bekannten Formen, um sicherzustellen, daß beim Einschalten die verschiedenen logischen Schaltungen.alle in einen geeigneten Anfangszustand gesetzt werdenum 2'alsche Betriebsweise zu vermeiden. Die Spannung IT , die die Batteriespannung pro Zelle darstellt, wird von dem Ausgang des Ladegeräts in bekannter ¥eise abgeleitet und vier Yergleichem Ci 1,5 Τ? Gj 2,22 V, Ci 2,35 Y und Ci 2,85 Y in der Steuerschaltung zugeführt. Jeder von diesen spricht auf die Spannung U_n und eine entsprechende Bezugsspannung an und erzeugt ein Ausgangssignal, das anzeigt, ob oder ob nicht die Spannung U_ über' oder unter dem in der Bezeichnung des Yergleichers. angegebenen Spannungswert liegt» Die Bezugsspannungen der drei niedrigeren Werte werden von einer Spannungsteilerkette abgeleitet, die mit einer durch Zenerdioden 200 und 201 stabilisierten Spannung verbunden sind. Für den höchsten Spannungsvergleicher wird eine Spannung - XT₀ von gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität wie die Spannung U_Q einer Spannung gegengeschaltet s die direkt von einer Spannung der Spannungsversorgung für die Steuerschaltung abgeleitet ist. Wenn die aus dieser Gegenschaltung resultierende Spannung negativ bezüglich 0 YoIt wird, wechselt das Ausgangssignal des Yergleichers, um anzuge-r ben, daß die Spannung pro Zelle 2,85 YoIt überschreitet. Es wird angenommen, daß eine teilweise entladene Batterie mit einer Spannung pro Zelle über 1,5 YoIt und unter 2,22 YoIt mit dem La-

409 8-17/088 6 - 54 -

" ⁵⁴ " 23516€1

degerät verbunden worden ist. Andere Bedingungen, werden später betrachtet. In diesem EaIl spricht der Tergleicher C: 1,5 Volt an, und erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Spannung oberhalb dieses Wertes anzeigt, und dieses Ausgangssignal wird dem Tor 408/1 zugeführt, um dem Ladegerät zu ermöglichen, der Batterie einen Strom zuzuführen. Die Steuerschaltung hat "bisher auf die tatsächliche Batteriespannung reagiert und dem Ladegerät noch nicht erlaubt, einen Strom zu liefern. Der Ausgang des Vergleichers S: 1,5 Volt wird außerdem dem Tor 408/2 zugeführt, das, nachdem das vorher erwähnte Zurücksetzen stattgefunden hat und durch den Vergleicher C: 1,5 Volt aufrechterhalten worden ist, bis dieser durch das Anschließen einer Batterie angesprochen hat, nun freigegeben wird, um der Zähler/Folgesteuerung CSC zu ermöglichen, mit dem Zählen von Impulsen zu beginnen, die von einem Taktimpulsgenerator mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor, mit PUT bezeichnet, geliefert werden. Solch ein Taktimpuls generator ist vorher mit Bezug auf die Schaltung CL in Fig. 3a beschrieben worden. Der Transistor 300 wird in diesem Zeitpunkt eingeschaltet, um beide Kondensatoren 104 und 105 mit dem Taktimpulsgenerator zu verbinden, um Impulse mit einer Geschwindigkeit von jeweils einem alle drei Sekunden zu erzeugen. Diese Impulse werden einem Schaltungselement CSC über ein Tor 403/2 und eine Störspannungs-Uhterdrückungsschaltung S zugeführt. Das Schaltungselement CSC ist ein achtstelliger Binärzähler, der beim Zuführen von diesen Impulsen seine volle Zählerstellung in etwa sechs Minuten erreicht. Am

7 Ende dieser Zeit liefert der Ausgang der höchsten Ordnung, 2 ,

- 55 409817/0886

eine binäre 1₉ die einem Inverter 406/3 zugeführt wird und das !Dar 408/1 sperrt, und-damit den der Batterie zugeführt en Ladestrom abschaltet» Ss ist zu erkennen₉ daß die Arbeitsweise der Schaltung bis "Hierher die ist, beim Anschluß einer Batterie einen Ladestrom- dieser Batterie für eine Periode von sechs Minuten zuzuführen, an deren lade der Strom abgeschaltet, wird« Die Größe des Ladestroms ist vorzugsweise die/die für die Hauptstufe der Batterieladung geeignet ist* Me Steuerung der ß-röße dieses Stroms in diesem Betriebszustand ist bereits bei den vor~ her beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen erläutert wordene Bas Ausgangssignal des YergXeiehers Cs 1₉5 ToIt führt auch die föl-" -genden-Punktionen.auso'-Erstens gibt es das Tor 400/1 frei₅ um an seinem Ausgang ein "BOLE" —Signal zum.Ansteuern eines Anseigeelements zu erzeugen, das anzeigt, daß die Hauptladestufe abläuft= Zweitens gibt es einen Eingang des Sores 403/1 frei, dasjdas Arbeiten des Relais-Xrelbers ED steuert, um die Spule des Relais RL zu erregen» Wenn die Spule erregt ist, -betätigt sie den Reed-' relais-Kontakt SI»/1._S um die Reihenschaltung des Kondensators - G und des Widerstands E zwischen der Nulls chi ene und der Spannung -l· U einzuschalten» Der Kondensator C wird damit auf die Spannung + U_. aufgeladen. Ber Ladestrom des Kondensators C fließt durch den Widerstand R₉ uad wenn der Strom über einem vorgegebenen Wert liegt, erzeugt der Verstärker AMP einen Ausgangsimpuls O

7
Machdem der Ausgang 2 den binären 1-Zustand erreicht hat, wie oben beschrieben wurde, kommt der.Ausgang niedrigster Ordnung

- 56 409817/0886

ο ⁱⁿ

des Elements CSO, 2 , mit dem nächsten Taktimpuls/den binären 1-Zustand. Diese binäre 1 zusammen mit der aufrechterhaltenen, binären 1 am Ausgang 2 gibt das Tor 400/3 einen Taktimpulsabstand nach, dem Ende der ladeperiode frei. Das Ausgangssignal des Tores 400/3 wird dem Eingang eines monostabilen Impulsgene-.rators MS zugeführt, der einen Impuls mit vorzugsweise einer Dauer zwischen 10 und 100ms erzeugt. Der Ausgangsimpuls des monostabilen Generators Ms wird einem dritten, bisher gesperrten Eingang des !Tores 403/1 zugeführt, um dieses Tor freizugeben und den Relaistreiber RD wie oben beschrieben, anzusteuern. DadurchsüLießt der Kontakt RIi/1 und der bisher ungeladene Kondensator G wird auf den Wert der Spannung +U_c aufgeladen. Der Ladestrom für den Kondensator C durchfließt den Widerstand R, und der Verstärker AMP erzeugt einen Ausgangsimpuls. Dieser Ausgangsimpuls wird durch den Inverter 406/5 invertiert und einem Eingang des Tores 408/2 zugeführt, um dieses Tor zeitweise zu sperren und zu bewirken, den Zähler des Elements CSC auf Hull zurückzusetzen. Dieses Zurücksetzen entfernt das Sperreingangssignal vom Tor 408/1 und ermöglicht dem Ladegerät, wieder einen Ladestrom zu liefern. Der Zähler des Elements CSC wird erneut gestartet und zählt wieder die durch das Tor 403/2 zugeführten Taktimpulse. Auf diese Weise wird eine weitere Ladungsperiode von sechs Minuten begonnen. Es sei daran erinnert, daß vor diesem Beginn der monostabile Generator MS sein Ausgangssignal nach Ablauf von dessen Zeitdauer beendet hat und das Tor 403/I wird wieder gesperrt, so daß das Relais RL entregt wird und der Kontakt RL/1 öffnet und den Kondensator C

409817/0888 - 57 -

im wesentlichen auf den Wert der Spannung +U_n "bis zu einem Zeitpunkt aufgeladen "bleibt, der eine binäre Zählung nach dem Ende der Ladeperiode von sechs Minuten liegt.

Me oben beschriebene Folge von Abläufen wiederholt sich solange, wie am Ende der Ladeperiode von jeweils sechs Minuten ein genügender Spannungsunterschied in dem Wert von +U_ entstanden ist, um einen ausreichenden Strom durch den Widerstand R zu erzeugen, wenn der Eontakt RL/1 geschlossen wird, damit der Verstärker 'AMP ein Eingangssignal erhält, um einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, der das Rücksetzen des Zählers in dem Element CSC durch das vorübergehende Sperren des Tores 408/2 bewirkt. Da die Häuptladestufe in dieser Weise weitergeht, strebt der Wert der Spannung U. einem konstanten Wert bei einer normalen Batterieladung zu. Wenn die Batterie in einem ausreichend guten Zustand ist und die Aufladung während der Hauptstufe normal vorangegangen war, hat der Wert von ΪΓ 2,22 YoIt pro Zelle überschritten, bevor er einem konstanten Wert zuzustreben beginnt. Der Vergleicher Cj 2,22 Volt erzeugt daher ebenfalls e'ln Ausgangssignal, das einen Wert von U "über seinem entsprechenden Bezugswert anzeigt* Die Auswirkungen dieses Ausgangssignals des Komparators sind, daß das dem Tor 408/3 direkt und dem" !Dor 403/3 über den Inverter 406/2 zugeführte Signal von den Zustand, in dem das Tor gesperrt ist, auf den Zustand wechselt, bei dem das Tor freigegeben ist, wenn die übrigen sperrenden Eingangssignale ihren Zustand wechseln. Dieser Wechsel des Ausgangssignals des Vergleichers hat keinen Einfluß auf die Wirkungsweise des Elements CSC, bis das Eingangssignal am Ver-

409817/0886

- 58 -

stärker AMP aufhört, groß genug zu sein, um den Zähler zurückzusetzen. Dies tritt, wie oben erwähnt aux*, wenn die Zunahme von TJ_ zwischen aufeinanderfolgenden Ladungsperioden unterhalb eines vorgegebenen Pegels abfällt. Wenn bei der Zählerstellung 10000001 dem Tor 406/2 über den Inverter 406/5 kein. Rücksetzimpuls zugeführt wird, geht der Zähler auf die Zählerstellung 10000010 vor. Der binäre 1-Zustand in der Stufe zweitniedrigster Ordnung erzeugt das letzte Freigabesignal für das for 403/3, und der Ausgang dieses Tores wechselt seinen Zustand. Dieser Wechsel sperrt das Tor 403/2, und die Zufuhr der Taktimpulse zu dem Element CSC hört aux* und stoppt die Zählung indem zuletzt erwähnten Zustand. Das Ausgangssignal des Tores 403/3 wird über eine Schaltung S zur Unterdrückung von Störungen, einem Eingang des Flipflops ZFHR zugeführt. Der Ausgangsanschluß 5 dieses Flipflops wechselt seinen Zustand, und dieser Wechsel steuert die Basis des Transistors 300, um diesen Transistor abzuschalten und den Kondensator 404 von dem zeitbestimmenden Schaltkreis des Taktgenerators PUT zu entfernen. Das Entfernen dieses Kondensators 104 erhöht die Taktimpulsfrequens um einen Faktor von etwa 3» so daß eine vollständige Zählung in. dem Element CSC in etwa zwei Minuten anstatt in sechs Minuten erfolgt. Der andere Ausgang 6 des Flipflops FFHR wechselt seinen Zustand und nimmt den freigebenden Eingang vom Tor 4O8/3 weg. Dieser Wechsel wird auch dem !Dor 400/4 zugeführt, so daß sein Ausgang nicht mehr das Tor 403/2 freigibt und damit" den Durchgang der Taktimpulse verhindert. Der Ladestrom wird weiterhin wie vorher beschrieben dadurch verhindert, daß der

40981770886 . - 59 -

'7 ■^f
Ausgang 2 de^s Elements CSC auf das Tor 408/1 wirkt.

Da der Ladestrom aufgehört hat, "beginnt die Batteriespannung abzufallen und erreicht möglicherweise einen Wert, bei dem der Vergleicher C: 2,22 Volt anzeigt, daß U₀ unterhalb des Bezugswertes für diesen Tergleicher liegt. Das JLusgangssignal dieses Vergieichers wechselt daher seinen Zustand und der freigebende Eingang des Tores 403/3 über den Inverter 406/2 wird weggenommen. Der Zustand am Ausgang dieses !Tors wechselt und gibt den Eingang des Tors 403/2, mit dem dieser Ausgang verbunden ist, frei. Der Wechsel im Ausgangszustand des Vergleichers wirkt auch über das for 408/3 und setzt den Zähler im Element CSC über das Tor 408/2 zurück. Alle Ausgänge des Zählers keh-

ren auf KuIl zurück. Die Rückkehr des Ausgangs 2 auf Null entfernt den über dem Tor 400/4 dem Taktimpulstor 403/2 zugeführten Sperreingang und ermöglicht wieder, daß der Zähler Taktimpulse erhält. Durch den Inverter 406/3 und das Tor 408/1 wird wieder das Fließen eines Ladestroms ermöglicht. Da die Taktimpulsgeschwindigkeit wie oben erwähnt erhöht wurde, kann der Strom nun nur noch für eine Zeitperiode von etwa 2 Minuten fließen, nämlich von dem Zeitpunkt an, bei dem C: 2,22 Volt auf die zunehmende Spannung anspricht und das Rücksetzsignal von dem·Tor 408/2 entfernt und die Zählung beginnt. Am Ende dieser Zeit wird das Tor 408/1 wieder angesteuert, um den Ladestrom zu unterbrechen, und in diesem PaIIe sperrt der über-

gang·am Ausgang 2 auch unmittelbar den Fluß der Taktimpulse durch die Betätigung des Tores 403/2 über das Tor 400/4. Kei-

40 9817/0886

- 60 -

ner der Ausgänge 2 oder 2 erreicht nun den binären 1-Zustand, so daß der monostabile Generator MS und sein angeschlossener Abtastschaltkreis nicht in Betrieb gesetzt wird. Die Batteriespannung kann wieder abfallen, bis der Vergleicher C: 2,22 Volt anspricht, um eine erneute Ladung von zwei Minuten wie eben beschrieben erneut zu beginnen. Das Flipflop ITHR wird in dem Zustand gehalten, bei dem der Ausgangsanschluß 5 den !Dransistor 300 abgeschaltet hat, und dieser aufrechterhaltene Zustand wird auch als ein Ausgangssignal dem Anschluß "HR" Signal zugeführt, um eine Anzeigevorrichtung zu betreiben, die anzeigt, daß die Bereitsschaftsstufe der Ladung in Betrieb ist.

Bisher ist das Ansprechen des Vergleichers C: 2,35 Volt nicht betrachtet worden. Beim Prüfen der in Pig. 7 dargestellten Schöltung ist zu erkennen, daß dieser Vergleicher jederzeit ansprechen kann, um dem Anschluß 2,35 Volt AUSGANG über dem Inverter 406/1 ein Signal zuzuführen. Dieses Signal wird der Stromsteuerungsschaltung des Ladegeräts zugeführt, um den Ladestrom auf der Grundlage zu verringern, daß die Batterie den Zustand des "Gasens" erreicht hat. Wie bekannt ist, ist es wünschenswert, den Ladestrom zu verringern, wenn die Batterie in diesem Zustand ist. Ein Beispiel für eine geeignete Ladestromsteuerschaltung, die dies ausführt, ist vorher anhand der Figuren 1 und 4 beschrieben. Wenn der Vergleicher C: 2,35 Volt in der eben beschriebenen Weise arbeitet, wird der Eingang des Tores 400/1 gesperrt, der die Anzeige ermöglicht hat, daß die Hauptladung in Betrieb ist, während dem Tor 400/2 ein Eingangs-

409817/0886 - 61 -

signal zugeführt wird, und dieses Tor -wird bei Abwesenheit eines Ausgangssignals vom Ansenluß 5 des Plipflops anzeigt, daß die Bereitsscnaftsstufe in-Betrieb ist, freigegeben und liefert ein Signal an den Ansenluß "GAS" Signal, um eine Iientaussendende Mode anzusteuern und damit anzuzeigen, daß eine "Gasungs"-LadTi2ngsbegrenzung in Betrieb ist. Der Yergleicher C:2,35 Volt schaltet beim Ansprechen ein, bis die Batterie entfernt wird.

Bs ist ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung, daß die Begrenzung des Ladestroms beim Gasen unabhängig von der Bereitschaftsstufe in Betrieb gesetzt wird. Wenn daher eine Batterie geladen wird, die nicht 2,35 ToIt erreicht, wird sie vor einem übermäßigen Ladestrom durch den Beginn der Bereitschaftsstufe geschützt, während andererseits, wenn die Bereitschaftsstufe nicht beim Erreichen von 2,35 ToIt beginnt, die Batterie durch die Terringerung des Ladestroms bei der Steuerung durch das 2,35 Volt Ausgangssignal geschätzt wird.

Es ist klar, daß die Strombegrenzung beim Gasen üblicherweise auftritt, während die Batterie noch iinter der Steuerung durch die Abtastschaltung in Terbindung mit dem monostabilen Generator MS geladen wird. Es ist festgestellt worden, daß bei Anwendung der Strombegrenzung beim Gasen in diesem Falle ein Sprung zurück im Wert der Spannung U_ auftreten kann. Diese Verringerung in der Spannung U_rt wird beim nächsten Betrieb des monostabilen Generators MS durch den Terstärker AMP abgetastet als eine Angabe, daß die Batteriespannung einen konstanten Pe-

409817/0886 - 62 -

gel erreicht "hat. Als Ergebnis entsteht kein Rücksetzimpuls, der dem Tor 408/2 zugeführt wird, und die Steuerscnaltung würde in den Bereitschaftszustand zurückkehren, bevor die Batterie so viel Ladung bekommen hätte, wie sie aufnehmen könnte.

lfm diese unnormale Betriebsweise zu verhindern, wird ein Übergangszyklus eingeführt, wenn die Grasen—Spannung erreicht ist. Der erste JFeil in diesem Zyklus wird direkt durch den Ausgang des Vergleichers C; 2,35 Volt gesteuert, der über den Widerstand 34 und dem Kondensator 108 dem Eingang des Verstärkers AMP zugeführt wird, so daß nur der Übergang zur Gasen-Spannung durch das Arbeiten des Verstärkers und des anschließenden Inverters 406/5 als ein Rücksetzsignal dem Element CSC zugeführt wird, so daß der Zähler zurückgesetzt wird, um eine Ladeperiode von 6 Minuten von dem Übergang an abzuzählen. Der Ober gang am Ausgang des Vergleichers wird auch, über den Verstärker 406/1 und den Kondensator 111 und die unterdrückungsschaltung S dem Eingang 13 eines Flipflops PP !DRANS zugeführt. Der Eingang 13 ist der Rücksetzeingang dieses Flipflops, das den nächsten Teil des Übergangs von der Hauptladung zur Ladungsstufe beim Gasen steuert. Der Ausgang 8 des Plipflops PF TRAfTS war auf dem binären Wert 1 geblieben, nachdem es durch den Ausgang des Vergleichers C: 1,5 Volt über den Setzeingang 10 gesetzt wurde, als die Spannung U_ unterhalb dieses Wertes lag,und wechselt nun auf 0. Hachjdem Zsorücksetzen zählt der Zähler in dem Element CSC die Periode von 6 Minuten ab und die Zählstellung 10000000 schaltet den Ladestrom ab. Bei der Zähl-'

409817/0886 - -63-

Stellung 1OOOQOÖ1 wird der mono stabile Generator MS angehst euert* Dessen Ausgang wird, außer daß er in oben erwärmter Weise dem!Eor 403/1 zugeführt wird, über eine Unterdrückungsschaltung S dem Saktahsehluß 11 .des Plipflops Pi" TRANS zugeführt. Ein an den Eingang 11 angelegtes Eingangssignal hat keinerlei Auswirkung auf das Flipflop, bevor der Übergang dem Rücksetzeingang 13 zugeführt wurde, wodurch das Pllpflop vorbereitet- wird. Es ist zu erkennen, daß das"Arbeiten-des monostabilen Generators MS bei der Zählstellung 1OOOÖOO1 zwei Auswirkungen hat. Erstens wird das 5Cor 403/1 freigegeben, um den Relaistreiber RD,wie oben beschrieben, anzusteuern, so daß der Kondensator G auf den dann vorhandenen Viert der Spannung' V_n aufgeladen wird. Falls ein Schritt zurück in dem Wert der Spannung ü vorhanden war, wird auf diese Weise die ladung auf dem Kondensator C so eingestellt, daß die folgenden Abtast zykl eh nicht auf der Grundläge eines unnormalen Startpunktes arbeiten. Zweitens wird der Übergang am Ausgang des Anschlusses 8 von 0 nach 1 beim Ansprechen, auf das Signal am Anschluß 11 des Elipflops IT' 2RANS über einen. Widerstand 41 und einen Kondensator 110 dem Eingang des Verstärkers AMP zugeführt, um ein Eingangssignal an dem Yerstärker zu simulieren, das ausreicht, das Zuführen eines Rücksetzimpülses zu dem 3!or 4O8/.2 zu bewirken. Der Zähler in dem Element GSC wird auf O zurückgesetzt und eine ladeperiode von 6 Minuten beginnt. Am Ende dieser Periode wird der monostabile Generator MS angesteuert, wie vorher beschrieben* um das Aufladen des Kondensators auf den erhöhten Wert von U„ zu bewirken, wobei diese Erhöhung bei genügender Größe einen weiteren Rücksetzimpuls

409817/0886

·■■■-; " - 64 -

und das Fortführen der Ladung in dem Ladungssteuerungszustand beim Gasen bewirkt. Wenn die Zunahme der Spannung U_n nicht mehr ausreicht, um einen Rücksetzimpuls auszulösen, beginnt die Bereitsehaftsstufe in der oben beschriebenen Weise.

Die obigen Abläufe sind unter der Voraussetzung beschrieben worden, daß eine Batterie in einem ausreichend guten Zustand mit dem Ladegerät verbunden wurde. Wenn jedoch eine Batterie mit dem Ladegerät verbunden wird, die auf einen extrem niedrigen Wert entladen worden ist, kann ein unnormaler Zustand auftreten. Insbesondere die Zunahme im Wert der Spannung U„ zwischen zwei Abtastperioden kann zu klein sein, um einen Rüeksetzimpuls für den Zähler des Elements CSC zu erzeugen. "Dies kann den Beginn der Bereitsehaftsstufe bewirken, wenn die Batterie nahezu keine Ladung erhalten hat und noch fast vollständig entladen ist. Solen ein Zustand ist sehr unerwünscht. TTm dies zu verhindern, ist die Schaltung unter der Annahme, daß solch eine|weitgehend entladene Batterie noch nicht den Zustand erreicht hat, bei dem die Spannung U_e 2,22 Volt pro Zelle überschreitet, die Schaltung so eingerichtet,- daß es unmöglich ist, eine Bereitsehaftsstufe unterhalb dieses Wertes zu beginnen. Außerdem wird ein besonderer Zyklus in Betrieb gesetzt, wenn ein Versuch gemacht wird, die Bereitsehaftsstufe unterhalb die·*· ses Wertes zu beginnen.

Me Einrichtungen für diesen Zyklus sind wie folgend* Bei Abwesenheit eines geeigneten Signals von dem.Vergleicher C: 2,22 Volt ist das ö>or 4Ö3/3 nicht in einem geeigneten Zustand, um

■ , - 65 -

die Bereitscüaftsstufe, wie oben beschrieben, einzuleiten, wenn eine Zählstellung 10000010 erreicht worden ist. Der Zähler zählt weiter, obwohl das Ladegerät bereits abgescha3-

tet worden ist, als der Ausgang am Anschluß 2 auf den binären 1-Zustand gewechselt hatte. Daher wird eine weitere Periode von etwa 6 Minuten*durch den Zähler bestimmt, während welcher keine Ladung erfolgt. Während dieser Zeit hat jedoch

7 ^c der binäre 1-Zustand am Anschluß 2 des Elements OSC einen Eingang des Sores 400/3 im Ireigabezustand aufrechterhalten, so daß jedesmal, wenn eine binäre 1 am Anschluß 2 des Elements GSC erscheint, der monostabile Generator MS angesteuert wird und, da die Batteriespannung über 1,5 Ifolt liegt, der Kondensator C durch das Arbeiten des Relaistreibers RD und des Relais RL über den Eontakt RL/1,wie oben beschrieben, mit der Batteriespannung verbunden wird. Auf diese Weise wird die Spannung an dem Kondensator C im Schritt gehalten mit den Änderungen der Batteriespanhung, die aus der während der ersten Ladungsperiode erhaltenen Ladung entsteht. Nach, dieser Periode wird der Batterie ermöglicht, sich für eine Periode von etwa 6 Minuten zu erholen und eine Zellenspannung zu erreichen, die eine genauere Darstellung ihres Ladungszustandes ist.

Wenn der Zähler in dem Element CSC den Zustand erreicht, bei dem alle Ausgangsanschlüsse eine binäre 1 führen, bewirkt der nächste laktimpuls, daß der Zähler zurückgesetzt wird und der Ladestrom beim Entfernen des sperrenden Eingangssignals am

- 66 40 3 8 17/08 86

Tor 408/1 das vom Ausgang des Inverters 406/3,wie oben beschrieben, abgeleitet wurde, wieder fließen kann. Am Ende der so begonnenen Ladungsperiode von 6 Minuten wird das Relais RL wie oben beschrieben wieder über den monostabilen Generator MS angesteuert, um die Batteriespannung abzutasten und den Zähler in dem Element CSC zurückzusetzen, wenn eine geeignete Erhöhung der Batteriespannung aufgetreten ist. Wenn die Zeitspanne von 6 Minuten, ausgelöst durch die Feststellung des Zustandes, der mit "pseudo-Bereitschafts-"Zustand bezeichnet sein möge, wirksam gewesen ist, wird die Batteriespannung U. während dieser Ladung von 6 Minuten genügend erhöht worden sein, um den Zähler zurückzusetzen und mit der Hauptladestufe fortzufahren, bis der echte Bereitschaftszustand wieder,wie oben beschrieben, festgestellt wird.

Wenn dieser Zustand nicht erreicht wird, wird die Reaktion der Steuerschaltung auf den "pseudo-Bereitschafts^Zustand wiederholt, bis ein Rücksetzsignal festgestellt und die Hauptstufe begonnen wird.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine Batterie in einem einigermaßen brauchbaren Zustand, die nicht einem falschen Gebrauch ausgesetzt war. Die beschriebene Reaktion der Steuerschaltung, auf eine übermäßig entladene Batterie stellt jedoch sicher, daß nahezu jede falsch verwendete Batterie, die mit dem Ladegerät verbunden wird, n£ht weiterhin durch eine falsche Behandlung beim Laden beeinträchtigt wird.

409817/0886 . - 67 -

■ - 67 -

Wenn die Batterie beim Anschluß "bereits nahezu vollständig geladen ist, bringt der sehneile Anstieg der Spannung auf den Pegel beim "Gasen" das verringerte Maß des Stroms in Betrieb und die Spannung wird in der beginnenden "Bereitschafts-ⁿStufe stabilisiert.. Dies geschieht in zwei oder drei Zyklen, d.iu in 12 oder 18 Minuten, und der Batterie wird keine Beschädigung zugefügt. Wenn eine Batterie mit falscher Spannung angeschlossen wird, die z.B. eine Spannung U_n von weniger als 1,5 To.lt pjo Zeile für eine richtige Batterie erzeugt, beginnt keine .Ladung, weil kein Tergleichei* anspricht. Ih ähnlicher Weise kann das Ladegerät, wenn die Spannung U_rt aus irgendeinem Grunde höher als 2,85 ToIt pro Zelle ist, keinen Strom liefern, da das Ausgangssignal des Vergleiehers C: 2,85 YoIt über den Inverter 406/4- dem Tor 408/t zugeführt wird und dieses sperrt. Wenn eine Batterie von dem Lädegerät abgeklemmt wird, steigt die Ausgangsspannung über 2,85 Volt pro Zelle und schaltet das Ladegerät ab. Wenn einmal 2,85 Volt pro Zelle erreicht worden sind, muß diö Ladung durch erneutes Anklemmen der Batterie erneut gestartet werden, da der Yergleicher, eine Haltefunktion aufweist.

In Pig. 8 ist die Schaltung ausführlicher dargestellt* Die verschiedenen Schaltungen und andere Bauteile sind mit Bezug auf die Fig. 7 bezeichnet. Geeignete Sypen liegen dem Fachmann ohne weiteres auf der Hand, z.B. die Serien 72 N und .74 Έ für die integrierten Schaltungen. \ . .

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist jedoch der Aufbau der Kombination Kelais/Kohdensatör RL und Ö, die zum Abtasten der

4 098 17/0 886 -

-68-

Batteriespannung verwendet werden. Es ist klar, daß der Kondensator C eine hone Qualität haben muß, damit er einen stabilen Wert und einen geringen Leckstrom besitzt, und der Relaiskontakt RL/1 muß ebenfalls einen geringen Leekstrom haben,

12

und zwar muß der Isolationswiderstand mindestens 10 Ohm sein.

Wenn auch ein solcher Kondensator vorhanden ist, ist es dennoch festgestellt worden, daß wesentlich verbesserte Eigenschaften erhalten werden, wenn der Kondensator und der Reläiskontakt RL/1 gemeinsam gekapselt sind, so daß deren Yerbindungspunkt (X in Fig. 1) von der Urakapslung eingeschlossen wird. Aus diesem Grunde ist der Relaiskontakt RL/1 ein glasumhüllter Reedkontakt, der mit dem Kondensator durch ein geeignetes Umhüllungsmaterial oder Füllmittel (Potting material) umschlossen ist, um ein Element mit zwei Anschlüssen zu erzeugen und damit einen Leckstrom vom Punkt X zu vermeiden. Die Relaisspule RL umgibt die Umhüllung in der üblichen Weise,

Durch diese Konstruktion kann der Wert des Kondensators auf einem niedrigen Wert, z.B. 4,7 μΡ, und folglich die Kosten und der Raumbedarf gering gehalten werden. Obwohl auf der Ober-^ fläche ein Kriechstrom über die Umfüllung auftritt, beeinflußt dies nicht die Ladung des Kondensators, da die Verbindung mit dem Reläiskontakt geschützt ist.

Weitere Einzelheiten der Schaltung einschließlieh der Störunterdrückungsnetzwerke S sind aus Pig. 8 zu erkennen. Beispielsweise ist zu erkennen, daß, wenn die Steuerschaltung ohne eine angeschlossene Batterie eingeschaltet wird, der Ausgang des

409817/Q886

- 69 -

Vergleichere* G: 1,5 Volt/einen Wert von JJ_n unter 1,5 YoIt darstellt , die Flipflops IT¹HR und PiERAlTS auf ihren richtigen Angangswert zurücksetzt und den Relaistreiber RD ansteuert, um den Kontakt RL/1 zu schließen und den Kondendator C über die Schaltung zu entladen, die die Spannung U„ von der Batterieladestromversorgung ableitet. Dieser Ausgang hält auch über das Tor 408/2 den Zähler des Elements CSC auf der Nullstellung zurückgesetzt.

Die Steuerschaltungen sind bisher mit Bezug auf eine bestimmte Art der Stromquelle für die Batterieladung!beschrieben worden, aber sie sind auch für andere Formen von Ladegeräten geeignet, die bei Bedarf abgewandelt sein können, wie einem Fachmann ohne weiteres klar ist. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele geben nicht die einzige Weise an, auf die der Ladezustand der Batterie^ mür Bezug auf die Batteriespannung beim Auftreten von Unterbrechungen geschätzt werden kann, und andere Schaltungen und Anordnungen, durch die die Erfindung ausgeführt werden kann, liegen für den Fachmann auf der Hand. Ferner, sind die beschriebenen speziellen Schaltungsanordnungen und Zeitzyklen in keiner Weise eine Begrenzung der Erfindung.

Patentansprüche:

409817/0 83 6

- 70 -

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   M.^Steuerschaltung für ein Batterieladegerät, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand der Batterie durch Messung gesctätzt wird, wenn der Batterieladestrom unterbrochen wird, und daß die Steuerschaltung eine Einrichtung, die während einer Unterbrechung zum zeitlichen Steuern einer Zeitperiode arbeitet, eine Einrichtung, die auf das Ende dieser Periode anspricht und die Batterie spannung registriert, eine Einrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit einer früher während einer Unterbrechung des Ladestroms registrierten Batteriespannung und eine Einrichtung enthält, die auf das Ergebnis dieses Vergleichs anspricht und den danach der angeschlossenen Batterie zugeführten Ladestrom freigibt, sperrt oder verändert.

   2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Folgesteuerung mit einem Zähler, einer Quelle von Taktimpulsen und Tore enthält, die auf bestimmte Zustände des Zählers beim Zählen der Taktimpulse ansprechen, um Zeitsteuersignale für den Ablauf der Ladung der Batterie einschließlich der Dauer und dem Abstand der Batterieladeimpulse zu erzeugen.

   3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle der Taktimpulse verschiedene Geschwindigkeiten bei verschiedenen Zuständen/der Batterieladung hat.

   4. Steuerschaltung nach Anspruch 2 oder.3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitperiode die Zeit-zwischen einem Zeitsteuer-

   4098 1 7/0886 « - 71 -

   signal bei der Unterbrechung des Ladestroms und einem zweiten, späteren Zeit st euer signal ist , ~ ^ "* 2351601

   5. ..Steuerschaltung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die BatteriespannuxLg in analoger Form als gespeicherte Ladung auf einem Kondensator registriert, wird, der mit der Batteriespannung verbunden wird.

   6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß der Kondensator während einem Intervall geladen wird>- das,

   .. mit,dem Ende der Zeitperiode beginnt,

   7» Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich zwischen den registrierten Batteriespannungen durch eine Abfühleinrichtung erfolgt, die auf den Stromfluß von oder zu dem Speicherkondensator während des Intervalls anspricht,

   8. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung als digitales Signal registriert wird, das von der Frequenz eines durch die Batteriespannung spannungsgesteuerten Oszillators abgeleitet wird?·

   9. Steuerschaltung nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet? daß die zeitliche Steuerung des Intervalls von dem Ende der. Zeitperiode durch ein weiteres 2ejLtSteuersignal erfolgt und daß eine Änderung der Batteriespannung während des Intervalls als .eine Zählung in einem Zahler festgehalten wird, der wäh-

   . rend gleicher Zeitdauern bei Beginn und beim Ende des Inter-· valls durch den Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators

   ■Α098Ί7/0886

   - 72 in entgegengesetzte Richtungen gezählt wird.

   10, Steuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit der früher registrierten Batteriespannung auf den Unterschied in der Änderung der Batteriespannung während gleicher Intervalle in gleichen Unterbrechungen des Ladestroms anspricht.

   11, Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die auf das Ergebnis des Vergleichs anspricht, den Ladestrom verändert, wenn eine änderung der registrierten Batteriespannung in aufeinanderfolgenden Messungen einen Schwellwert durchläuft, und daß die Änderung die Lieferung eines zeitlich gesteuerten Batterieladestromimpulses und danach die Unterbrechung des Ladestroms ist, bis die Messung der Batteriespannung ergibt, daß diese unterhalb eines vorgegebenen Wertes gefallen ist.

   12, Steuerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert das Erreichen des voll geladenen Zu-Standes der zu ladenden Batterie darstellt, ·

   15. Batterieladegerät mit einer Batterieladesteuerschaltung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß in dem Ladegerät der Ladestrom durch eine Einrichtung gesteuert wird, die auf die Große, der Batteriespannung anspricht» um ein Steuersignal-zu erzeugen, das

   -^ - ? f i^; V- ' - 73 -409811/0886

   einen Ladestrom entsprechend einer vorgegebenen Beziehung darstellt_Mund daß das Ladegerät für eine für die zu ladende Batterie geeignete Beziehung dadurch angepaßt wird, daß die elektrischen Schaltungselemente der das Steuersignal erzeugenden Einrichtung verändert werden.

   14. Batterieladegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladegerät in einer anfänglichen Ladungsstufe einen konstanten Strom bis zu einem Drittel der Ampere-Stunden-Kapazität der Batterie liefert, bis ein Fühler in dem Ladegerät anzeigt, daß der Zustand des Gasens erreicht worden ist* und daß die Ladung der Batterie danach durch die Steuerschaltung gesteuert wird.

   15. Batterieladegerät nach Anspruch 13 oder 14 ,zum Anschluß "an, eine" Fechselspannungsversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Ladestrompfad einen Gleichrichter, eine Drossel, einen gesteuerten Halbleiter-Gleichrichter und eine Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels des gesteuerten Halbleiter-Gleichrichters^enthält, um den Ladestrom entsprechend dem durch die Steuerschaltung geschätzten Ladezustand der Batterie zu steuern.

   16. Batterielädegerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels auf eine Einrichtung anspricht, die auf das Verbinden einer Batterie mit dem Ladegerät anspricht, um das Zuführen eines Stroms zur Batterie um eine Zeitperiöde zu verzögern.

   409317/0886 - 74 -

   17. Batterieladegerät nach Anspruch 15 oder 16, zeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern des Zündwinkels

   auf ein Signal der Folgesteuerung anspricht, das anzeigt, , ob ein Ladestrom fließen soll oder nicht.

   09 817/0886

   ORIGINAL INSPECTED