DE2364186A1

DE2364186A1 - Selbsttaetige ladeeinrichtung fuer elektrische batterien

Info

Publication number: DE2364186A1
Application number: DE2364186A
Authority: DE
Inventors: Dennis Albert Clayton; George William Foster
Original assignee: Electric Power Storage Ltd
Current assignee: Electric Power Storage Ltd
Priority date: 1972-12-29
Filing date: 1973-12-21
Publication date: 1974-07-11
Also published as: AT333381B; LU69072A1; FR2212670B1; IT1000467B; SE390585B; JPS4997240A; ZA739678B; CA994419A; IN140707B; ATA1073473A; GB1449610A; ES421821A1; US3895282A; NL7317623A; FR2212670A1; BE809294A; AU6394173A

Description

9263-73 ■

Brit. Anm. Nb. 60062/72
vom 29-12.1972

Electric Power Storage Limited

Selbsttätige Ladeeinrichtung für elektrische Batterien

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltungen, und insbesondere eine selbsttätige Ladeeinrichtung für Batterien. Ein Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Ladeeinrichtung für Batterien und ist in gewißer Hinsicht eine Verbesserung oder eine Abwandlung, der Einrichtung, die in der GrB-I³S 1233186 beschrieben ist.

In der GKB-PS 1233186 ist eine selbsttätige Ladeeinrichtung für elektrische Batterien beschrieben, die eine Einrichtung, um den Ladestrom zeitweise während bestimmter Zeitintervalle zu unterbrechen, die als Intervalle mit offenem Stromkreis oder Unterbrechungsintervalle bezeichnet werden können, wobei die Dauer von jedem Unterbrechungsintervall von dem abfall der Batteriespannung während des Unterbrechungsintervalles abhängt, und eine Einrichtung aufweist, um die Ladeschaltung endgültig zu unterbrechen oder zu modifizieren, so daß die Aufladung oder eine Phase der Aufladung beendet wird, wenn das Verhältnis der Dauer eines Unterbrechungsintervalles zu der Dauer eines vorhergehenden Unterbrechungsintervalles unter einem ,vorbestimmten Wert liegt.

Uach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird in solch einer Ladeeinrichtung die Einrichtung zum Beendigen einer Ladephase nur dann in Gang gesetzt, wenn das Verhältnis der Dauer eines Unterbrechungsintervalles zu der des vorhergehenden

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Unterbrechungsintervalles bei mehr als einem Paar von aufeinander folgenden Unterbrechungsintervallen unter einem vorbestimmten Wert liegt.

Dadurch wird nicht nur die Möglichkeit eingeräumt, daß das Verhalten einer Batterie zufällig nicht normal ist und .ein Signal geben kann, um die Hauptphase der Ladung zu früh zu unterbrechen, sondern es kann auch zusätzlich erwünscht sein, die Aufladung fortzusetzen, um eine Durchmischung des Elektrolyten bis zu einem gewißen, erwünschten Maß sicherzustellen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, um Impulse bei einer ersten Frequenz und bei einer geringfügig niedrigeren, zweiten. Frequenz während ungerader und gerader aufeinander folgender Unterbrechungsintervalle respektive aufzugeben, wobei wenigstens ein Binär zähler in Halbleitertechnik vorgesehen ist', um die Zahl der Impulse in den entsprechenden Intervallen zu vergleichen und die Ladung oder eine Phase derselben zu beendigen, wenn die Zahl in den geraden Intervallen kleiner als die in den ungeraden Intervallen ist. Ein .einziger Zähler kann sowohl für die ungeraden als auch für die geraden Unterbreehungsintervalle verwendet werden. Ferner kann die Dauer der Ladeperioden zwischen den-Unterbrechungsintervallen durch einen Ladezeit-Zähler bestimmt werden, der mit Impulsen von derselben Quelle wie der Unterbrechungsintervall-Zähler gespeist wird. Die Zahl der Gelegenheiten, bei denen das Verhältnis der Dauer eines Unterbrechungsintervalles zu der eines vorhergehenden Unterbrechungsintervalles unter einem vorbestimmten Viert liegt, kann durch einen weiteren halbleiter Binärzahl·er registriert werden.

Um zu überwachen, wenn die Batteriespannung unter .einen vorgegebenen Wert abfallt, können verschiedene Arten von Triggerschaltungen verwendet werden. Während des größten Teils der

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Aufladung, beispielsweise während sechs oder acht Stunden die 70 bis 80 % der Aufladung darstellen, kann jedoch die Batteriespannung unter dem gewünschten Sollwert (beispielsweise 2,3 Vpro Zelle im Fall eines Bleiakkumulators) selbst während der kontinuierlichen- Aufladung bleiben. Wenn daher nach einem Ladeintervall vorbestimmter Dauer (beispielsweise eine Viertelstunde) der Ladestrom abgeschaltet wird, wird bei solchen Intervallen während der Aufladung der Eontaktgeber augenblicklich betätigt. Um dies zu vermeiden, gibt bei einer Ausführungsform der Erfindung ein taktgeber-Zähler einen momentanen Impuls an eine Triggers ehaltung ab, der dazu dient, deren Betätigungsschwellenwert momentan herabzusetzen, so daß sie in den einer offenen Schaltung entsprechenden Zustand umgeschaltet wird, wie es der lall wäre, wenn die Batteriespannung einen Sollwert überschreiten würde, wobei die Schaltung ^jedoch nahezu augenblicklich in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeführt wird, so daß, wenn die Batteriespannung . bereits unter dem Sollwert ist, die Triggerschaltung in ihren Ladezustand zurückkehrt. Die Schalt zeit der Triggerschaltung wird erheblich schneller als die der Schaltungen gemacht, die sie zur Betätigung des Kontaktgebers oder Schaltschützes steuert, so daß der letztere in der Zeit nicht anspricht, die die Triggerschaltung benötigt, um ihren Zustand zu ändern und in den anfänglichen Zustand zurückzukehren.

Solch eine auf ein bestimmtes Niveau ansprechende Schaltung, in-der ein Ausgang'einen ersten Zustand, wenn eine Steuergröße einen Sollwert übersteigt, und einen anderen Zustand annimmt, wenn sie kleiner als der Sollwert ist, ist nicht auf die oben beschriebene Ladeeinrichtung beschränkt.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist eine auf ein Niveau ansprechende Schaltung, in der die Steuergröße an den Eingang einer Triggerschaltung mit einem stabilen Bereich angelegt wird, so daß sie einen ersten Zustand, wenn die Steuergröße über die obere Grenze des Bereiches, ansteigt, und den anderen Zustand annimmt, wenn sie unter die untere

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Grenze des Bereiches abfällt, eine Einrichtung auf, um Impulse an die Triggerschaltung anzulegen, so daß sie momentan in einem Zustand umgeschaltet wird, wenn sie sich nicht bereits in diesem Zustand befindet, so daß sie in diesem Zustand verbleibt, wenn die Steuergröße innerhalb des stabilen Bereiches liegt, und in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeschaltet wird, wenn die Steuergröße in eine'r Eichtung außerhalb des Bereiches liegt. Die Umschaltzeit der Triggerschaltung kann dann erheblich schneller als die Umschaltzeit einer von ihr gesteuerten Ausgangsschaltung gemacht werden, so daß die letztere in der Zeit nicht anspricht, die die Triggerschaltung benötigt, um ihren Zustand zu ändern und" in den ursprünglichen Zustand zurückzukehren.

Die Form der Triggerschaltung oder des Spannungsvergleichers kann verschieden sein. Es kann jedoch eine Art von Spannungsvergleicher verwendet werden, die nicht auf die spezielle Anwendung für die Ladeeinrichtung beschränkt ist.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Spannungsvergleicher, der einen ersten Zustand, wenn eine Eingangsspannung einen höheren Schwellenwert übersteigt, und einen anderen Zustand annimmt, wenn sie unter einen niedrigeren Schwellenwert abfällt, einen Differential-Rechenverstärker auf, der einen Widerstands-Rückkopplungsweg mit einer in Reihe geschalteten Diode hat, so daß der Rückkopplungsstrom nur in einer Richtung fliessen kann und eine Schwankung in dem Rückkopplungswiderstand nur einen der Schwellenwerte nachstellt.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Einrichtung, die die Ladeeinrichtung abschaltet, wenn die Batterieanschlüsse abgenommen werden. Verschiedene Anordnungen wurden bereits für diesen Zweck ausgeführt, und nach diesem Gesichtspunkt der Erfindung soll eine einfache und praktische Anordnung geschaffen werden, die dennoch effektiv arbeitet. Dazu weist die erfindungsgemäße, selbsttätige Batterie-Ladeeinrichtung einen Hauptgleichrichter, dessen Eingang mit einer Wechselstromquelle und dessen Ausgang mit den Ladeanschlüssen verbunden ist, an die eine zu Ia-

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dende Batterie angeschlossen wird, eine auf eine Spannung ansprechende Einrichtung zum Abschalten der Stromzufuhr zu dem Gleichrichter, wenn die Spannung zwischen den Ladeanschlüssen einen vorbestimmten Wert übersteigt, und einen Spannungsverdoppler- auf, der an den Eingang des Hauptgleichrichters und über eine Impedanz an die Batterieanschlüsse angeschlossen ist, um über den letzteren eine höhere Spannung zu erzeugen und die Stromzufuhr abzuschalten, wenn die Batterie abgenommen wird. Vorzugsweise weist der Spannungsverdoppler eine Diode und eine. Kapazität auf, die in Reihe über dem Eingang des Hauptgleichrichters angeschlossen sind und deren Verbindungspunkt durch einen Widerstand mit einem der Ladeanschlüsse verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichmingen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer selbsttätigen Ladeeinrichtung zum Aufladen von Bleiakkumulatoren, bei · der die Hauptladephase automatisch abgeschaltet wird, wenn die Batterie vollgeladen ist; und

Fig. 2, 3 und 4 Detailschaltbilder bestimmter Abschnitte der Einrichtung von Fig. 1.

Die Ladeeinrichtung weist einen Kontaktgeber 40 mit Hauptkontakten 4OA auf, die in fieihe zwischen einer Wechselstromquelle 42 und der Primärwicklung eines Ladetransformators 44"angeschlossen sind, dessen Sekundärwicklung an einen Brückengleichrichter 46 " angeschlossen ist, dessen Ausgang direkt mit den Ladeanschlüssen 48 verbunden ist, an die eine Batterie 26 zur Aufladung angeschlossen ist. Die Spule des Kontaktgebers ist über der selben Quelle 42 durch einen normalerweise offenen Kontakt' 5OA eines Relais 50 angeschlossen.

Die Stromzufuhr für den Betrieb der Steuerschaltung der Ladeeinrichtung mit Ausnahme des Relais 50 und bestimmter Anzeigeschaltungen wird von der Batterie 26 über eine Stromquellen-Stabi'lisierungseinrichtung (nicht gezeigt) abgenommen. Die Stromzufuhr für das Relais 50 und die Anzeigeschaltungen wird von der

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-.6 Wechselstromquelle 42 abgenommen.

Die Ladeeinrichtung ist so ausgeführt, daß, wenn die entladene Batterie 26 an die Ladeanschlüsse 48 angeschlossen wird, die Batterie in den vollaufgeladenen Zustand in einer Hauptaufladephase zurückgebracht wird. Die Hauptaufladephase wird als Phase 2 bezeichnet. Wenn die Batterie 26 vollgeladen ist, schaltet die Ladeeinrichtung in eine'Nachladephase um, die als Phase 3 bezeichnet wird und in der der Ladestrom während verhältnismäßig kurzer Perioden an verhältnismäßig langen Zeitintervallen eingeschaltet wird. Diese Betriebsart kann auf mehr oder weniger unbestimmte Zeit fortgesetzt werden, ohne das die Batterie beschädigt wird.

Die Ladeeinrichtung weist eine Einrichtung auf, um den Ladestrom während Intervallen abzuschalten, die als Unterbrechungintervalle bezeichnet werden, und dann den Ladestrom an dem Ende jedes Unterbrechungsintervalles unter der Steuerung eines Batteriespannungsvergleichers 10 wieder einzuschalten," der die Batteriespannung mit einer Bezugsspannung vergleicht und, wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Wert abfällt, "bewirkt, daß der Ladestrom erneut eingeschaltet wird. Zusätzlich ist ein Zähler 60 vorgesehen, um während jedem ungeraden Unterbreciiungsintervall Taktimpulse aufwärts zu zählen, um ein Maß für die Länge des Intervalles zu haben, und dann während des nachfolgenden, geraden Unterbrechungsintervalls Impulse abwärts zu zählen, wobei die Impulse während der geraden Unterbrechungsintervalle eine geringfügig kleinere Frequenz, beispielsweise eine um 5 ?» niedrigere frequenz, haben, und um die Hauptphase der Aufladung zu beenden, wenn der Zähler 60 nicht auf 0 zurückgekehrt ist, bevor die Batter ie spannung auf ihren vorbestimmten Wert abgefallen ist und das gerade Unterbrechungsintervall beendet hat. Die Ladeeinrichtung weist auch einen Doppelereignis-Zähler 80, 81 auf, um sicherzustellen, daß die Hauptphase der Aufladung nur dann beendet wird, wenn die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Unterbrechungsintervallen bei zwei Gelegenheiten (zweimal) weni-

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ger als 5% betragen hat.

Der Spannungsvergleieher 10 ist im einzelnen in Pig. 2 gezeigt und weist einen Differential-Becherverstärker 12 auf, der einen zweistufigen, gleichstromgekoppelten Transistorverstärker 13 antreibt, .Ein Rückkopplungswiderstand 14 in Reihe mit einer Diode 16 ermöglicht, daß Strom von dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 12 zu dem Ausgang des Verstärkers 13» jedoch nicht in der entgegengesetzten Bichtung fliesst. Der Verstärker 12 wird von einer stabilisierten Spannungsquelle gespeist, und der invertierende Eingang ist mit dem Abgriff eines Potentialteilers 18, 20 verbunden, der über der Spannungsquelle angeschlossen ist. Der nicht-invertierende Eingang ist mit dem Abgriff eines Potentialteilers verbunden, der einen Ableit-Widerstand 22, dessen anderes Ende mit Erde und dem negativen Batterieanschluss verbunden ist, und einen einstellbaren Widerstand 24 aufweist, der mit positiven Anschluss 48 der Batterie 26 verbunden ist und ^e nach der Zahl der Zellen der Batterie . einstellbar ist.

Wenn daher die Batteriespannung über einem vorgegebenen Wert liegt, gibt der Verstärker 13 einen hohen Ausgang ab, und die Diode 16 in der Rückkopplung verhindert, daß ein Rückkopplungsstrom fliesst. Die Einstellung ist so getroffen, daß unter diesen Bedingungen die vorbestimmte Spannung im Falle einer Bleibatterie 2,3VoIt pro Zelle entspricht. Wenn daher die Batteriespannung über 2,3 Volt pro Zelle liegt und allmählich abfällt, schaltet der Verstärker ab, wenn die Batteriespannung auf 2,3 Volt pro Zelle abfällt. Daraufhin geht der Verstärkerausgang auf ein niedriges Niveau, und ein Rückkopplungsstrom fliesst von dem Eingang zu dem Ausgang, wodurch effektiv, der Rückkopplungs-widerstand 13 parallel zu dem Ableitungswiderstand 22 gelegt und das Verhältnis des Eingangs-Potentialteilers geändert wird, so daß eine höhere Spannung, möglicherweise, 3,6 V pro Zelle erforderlich ist, um den Verstärker 13 wieder einzuschalten.

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Es ist jedoch zu beachten, daß eine alternative Möglichkeit .zum Wiedereinschalten des Verstärkers darin besteht, daß die Bezugsspannung, die an den invertierenden Eingang des Verstärkers angelegt wird, herabgesetzt wird, und dies wird tatsächlich unter der Steuerung eines Ladezeitgebers durchgeführt, der einen Oszillator 30 aufweist, welcher einen LadeZeitzähler 32 speist. Wenn der letztere eine vorbestimmte Zahl von Impulsen (die einer Zeitdauer von beispielsweise einer Viertelstunde entspricht) gezählt hat, gibt er einen negativen Impuls durch eine Kapazität 34· an den invertierenden Eingang des Verstärkers 12 ab, der die Bezugsspannung des Verstärkers praktisch auf 0 reduziert, so daß eine recht niedrige Batteriespannung den Verstärker für eine sehr kurze Zeitdauer einschaltet.

Dadurch wird die Schwellenspannung auf 2,3 Volt pro Zelle sofort wieder hergestellt, so daß, wenn die Batteriespannung über diesem Wert liegt, der Verstärker 13 nach dem Ende eines Impulses .eingeschaltet bleibt, und dadurch wird der Ladestrom abgeschaltet. Wenn andererseits selbst am Ende einer LadepeTiode die Batteriespannung immer noch unterhalb von 2,3 Volt pro Zelle liegt_Y schaltet der Verstärker 13 am Ende des kurzen Impulses sofort wieder aus, und die Zeit, während der er eingeschaltet war, war in diesem Fall nicht ausreichend, um die Ladeschaltung zu unterbrechen.

In dem frühen und hauptsächlichen Teil der Aufladung, zum Beispiel während der ersten sechs bis acht Stunden, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Batterie 26 bis zu 70 bis 80% geladen ist, ist daher die Spannung immer noch unterhalb von 2,3 Volt bei Leerlaufbetrieb selbst am Ende einer Aufladungsperiode von etwa einer Viertelstunde, unter diesen Umständen schaltet der Verstärker 13 unmittelbar am Ende des Impulses ab, bevor der Kontaktgeber 40 Zeit zum Öffnen hatte, und die Aufladung wird ohne Unterbrechung weitergeführt. Andererseits werden in den Endstufen der Aufladung, wenn die Batteriespannung über diesem Wert liegt, Leerlaufoder Unterbrechungsintervalle eingeführt und die Dauer dieser Intervalle nimmt zuerst schnell und dann langsamer zu, während die Batterie 26 sich mehr und mehr dem vollgeladenen Zustand

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nähert und immer langer und langer braucht, daß die Spannung auf den Schwellenwert von 2,3 Volt pro Zelle abfällt. Wenn die Batterie vollgeladen ist, haben aufeinanderfolgende'Unterbrechungsintervalle die -gleiche Dauer.

Die Anordnung der Diode 16 in der Rückkopplungsschaltung ermöglicht es, daß der Spannungssehwellenwert für die Umschaltung während des geöffeneten Stromkreises (Leerlauf) genau festgelegt werden kann, ohne daß die tatsächlichen Ausgangs-Spannungsniveaus des Verstärkers 13 einen Störeinfluss darauf ausüben. Die Rückkopplungsschaltung ist erforderlich, um die nötige Hysterese zwischen den Batteriespannung-Umschaltungswerten während der Aufladung und während der offenen Schaltung (Leerlauf) zu schaffen. Ohne die Diode 16 wäre es schwierig, Bauteile mit festgelegten Werten für die Triggerschaltung auszuwählen, und eine Handeinstellung müsste nach dem Zusammenbau durchgeführt werden.

Der Ausgang von dem Batteriespannungsvergleicher 10 liefert ein Unterbrechungs-Steuersignal und wird einem ersten Eingang eines NOR-Gatters 62 zugeführt, dessen zweiter Eingang an eine ein anfängliches Rücksetzsignal führende Leitung 64 angeschlossen ist, die noch beschrieben wird. Das Gatter 62 wirkt auch als Inverter, um ein Ladesteuersignal zu erzeugen, das an einen Verstärker 66 mit geerdeten Emitter zugeführt wird, der das Relais 50 antreibt. Wenn daher der Ausgang des Batteriespannungsvergleichers 10 (Unterbrechungs-Steuersignale) auf einem tiefen Niveau liegt, ist das Ladesteuersignal hoch, der Transistor 66 erregt das Relais 50, der Eontaktgeber 40 wird erregt und der Ladestrom wird eingeschaltet.

Um eine Verzögerung einzuführen, wird tatsächlich das Unterbrechungssteuersignal durch einen Eingangswiderstand 68 und eine Diode 70 an den ersten Eingang zugeführt, der mit der positiven, stabilisierten Stromleitung durch eine Kapazität 72 und mit der negativen Stromleitung durch einen Vorspannungswiderstand 74 verbunden ist. Die Zeitkonstante, die durch den Eingangswiderstand

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68"und die Kapazität 72 verwirklicht wird, bewirkt eine Verzögerung um einige Millisekunden, "bevor das Unterbrechungs—-Steuersignal (durch das Ladesteuersignal) den Kontaktgeber beeinflussen kann. Änderungen von weniger als 10 Millisekunden in dem Unterbrechungs-Steuersignal haben daher keine Auswirkung. Der Triggerimpuls von dem Ladezeitgeber 32 an dem Batteriespannungsvergleicher 10 hat nur eine Dauer von 10^ see und reicht daher für sich nicht aus, den Eontaktgeber 40 zu beeinflussen. Der letztere wird nur geöffnet, wenn die Batteriespannung über 2,3 Volt pro Zelle liegt, wenn die Triggerschaltung in dem Spannungsvergleicher 10 mit Hilfe der Rückkopplungsschaltung in ihren anderen stabilen . Zustand kippen kann.

Wenn das Gatter 62 abgeschaltet hat, kann der Kontaktgeber nicnt wieder ansprechen, bis die Zeitkonstante abgelaufen ist, die durch die Kapazität 72 und dem Vorspannungswiderstand 74-dargestellt wird. Diese ist viel größer als die Zeitkonstante der Kapazität 72 und des Eingangswiderstandes 68, sie kann beispielsweise etwa 2 Sekunden betragen.

VerzÖKerungsschaltung

Um eine anfängliche Verzögerung· zu schaffen, wenn die Batterie 26 zuerst angeschlossen wird, ist ein Widerstand-Kapazitätsnetzwerk 76, 78 über der stabilisierten Stromquelle angeschlossen.

Die Kapazität 76 ist mit einem Inverter 79 verbunden, um ein anfängliches Rücksetzsignal auf der Leitung 64 zu erzeugen. Wenn daher die Batterie 26 am Anfang angeschlossen wird, lädt sich die Kapazität 76 in der Anfangs-Verzögerungsschaltung allmählich auf, und nach einer vorbestimmten Verzögerung liefert sie eine genügend hohe Spannung, um das Anfangs-Rückset ζ signal abzuschalten. Wie bereits erwähnt wurde, wird dieser Vorgang an das NOR-Gatter 62 weitergegeben, so daß das Ladesteuersignal nicht eingeschaltet wird bis das anfängliche Rücksetz-

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signal ausgeschaltet worden ist. Dadurch steht genügend Zeit zur Verfügung, damit der Batterie-Anschlußstecker voll eingesteckt werden kann, bevor der Batterieladestrom eingeschaltet werden kann. Das anfängliche Bücksetzsignal wird auch an die Kicksetzeingänge der Zähler 32, 33, 60, 80 und 81 angelegt, so daß.diese auf 0 eingestellt sind, wenn.die Batterie 26 am Anfang angeschlossen wird.

HauptOszillator

Der Hauptoszillator 3O₉ der im einzelnen in Fig. 3 gezeigt ist, besteht aus einem programmierbaren Unijunction-Transistor 100, dessen Anoden-Kathoden-Kreis über der Kapazität 102 eines Widerstands-Kapazitäts-Hetaferkes 102, 104 angeschlossen ist, das über der stabilisierten Gleichspannungsquelle (die, wie bereits erwähnt, von der Batterie gespeist wird) angeschaltet ist. Das Gatter des programmierbaren Unijunction-Transistors ist mit der Kathode einer Diode 106 verbunden, deren Anode mit dem Verbindungspunkt 111 eines Potentialteiles 108, 110 verbunden ist, der über der Stromquelle angeschlossen ist, wobei der Verbindungspunkt den Ausgang des Hauptoszillators darstellt. Folglich baut sich die Spannung über der Kapazität 102 auf, bis sie gleich der Spannung über Gatter und Kathode ist (die durch einen Widerstand 112 geschlossen wird),· worauf der Transistor 100 zündet und das Ausgangssignal während eines kurzen Impulses praktisch kurzschließt und gleichzeitig die Kapazität 102 entlädt, so daß sich der Zyklus wiederholt.

Der Verbindungspunkt 1 '-3 des Eingangs-RC-Netzwerks, der als Eingangspunkt bezeichnet werden kann, wird auch von bestimmten anderen Schaltungen gespeist, die noch beschrieben werden und dazu "dienen, die Frequenz des Hauptoszillators zu modifizieren. Diese Frequenz beträgt normalerweise 2 Hz, wenn eine solche Modifikation fehlt.

Der Ausgang 111 des Hauptoszillators 30 wird an zwei NOR-Gatter 36, 77 zugeführt. Das NOR-Gatter 36 speist den Ladezeitzähler "2 und wird an seinem zweiten Eingang mit dem Unterbrechungs-Steuersig-

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nal von dem Vergleicher 10 gespeist, wobei dieses Signal während der Ladeintervalle niedrig ist, so daß die Impulse an den Ladezeitzähler zugeführt werden können.

LadeZeitzähler

Der Ladezeitzähler besteht aus einem elfstufigen Binärzähler 32, dessen Ausgang an einen einstufigen Binärzähler 35 angeschlossen ist. Tatsächlich bilden die zwei Zähler 32, 33 Bestandteile eines einzigen, vierzehnstufigen IC-Binärzählers (aus integrierten Schaltungen aufgebaut), sie sind jedoch aus Zweckmäßigkeitsgründen getrennt dargestellt. Der Ausgang des Zählers 32 ist an die Kapazität 34- angeschlossen, um die negativen Impulse an den Vergleicher 10 abzugeben. Folglich werden während einer Aufladezeit etwa zwei Impulse pro Sekunde von dem NOR-Gatter 36 an den Ladezeitzähler abgegeben, der sie auf dem binären System zählt. Nach etwa fünfhunderzwölf Sekunden geht daher der Ausgang des Zählers 32 auf ein hohes Niveau und liefert einen positiven Impuls an den invertierenden Eingang des Batteriespannungsvergleichers 10. Dies hat jedoch keine wirkung. Nach weiteren fünfhundert zxtfölf Sekunden geht der Ausgang wieder auf ein niedrigeres Niveau und liefert dieses Mal einen negativen Impuls an den invertierenden Eingang dee Spannungsvergleichers 10, was den Effekt hat, daß dieser momentan eingeschaltet wird, wie bereits beschrieben wurde.

Unt e rbr e chung s ζ e it—Zähle r

Der Unterbrechungszeit-Zähler 60 wird von dem Hauptoszillator 30 mit Impulsen bei Intervallen von etwa einer halben Sekunde durch das NOR-Gatter 77 gespeist, das zwei weitere Eingänge hat. Einer dieser Eingänge wird mit dem Ladesteuersignal von dem Gatter 62 gespeist, so daß die Impulse den Zähler 60 während der Ladeperioden nicht sondern nur während der Unterbrechungcintervalle erreichen können, während der andere Eingang mit einer ein Maximum/Minimum-Zählsignal führenden Leitung 75 von dem Zähler 60 verbunden ist, um Impulse zu sperren, wenn der Zähler den Zählerstand Null beim Abwärtszählen oder seinen maximalen Zählerstand beim Aufwärtszählen erreicht. Wenn der Zähler daher

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die Grenze seiner Zählerkapazität erreicht, weist er alle weiteren Impulse ab, bis die Zählrichtung umgekehrt wird.

Der Unterbrechungszeit-Zähler 60 ist auch mit einem Aufwärts- -ri-bwärts-iCingang 73 versehen, der mit dem Ausgang des Zählers verbunden ist« Am Ende eines Ladeintervalls, wenn der Ausgang des LadeZeitzählers 32 auf ein niedriges Niveau geht, geht daher der Ausgang des Zählers 33 auf ein hohes Niveau, und dadurch wird der Unterbrechungszeit-Zähler 60 auf Aufwärtszählen umgeschaltet. Am Ende der nächsten Ladeperiode, wenn der Ausgang des Zählers 32 auf ein niedriges Niveau geht, geht der Ausgang des Zählers 33 ebenfalls auf ein niedriges Niveau, so daß er bei dieser Gelegenheit den Unterbrechungszeit-Zähler 60 auf Abwärtszählen umschaltet. Während des Ladezyklus, der zwischen den zwei ünterbrechungsintervallen vorkommt, ist der Eingang zu dem Unterbrechungszeit-Zähler 60. durch das NOR-Gatter 77 unterdrückt und der Zählerstand, der sich während dem ersten der beiden Unterbrechungsintervallen aufgebaut hat, wird gespeichert.

Der Ausgang des Zählers 33 ist auch durch eine Leitung 35» einen oder mehreren Widerstände 114 und eine Diode 116 an den Eingangspunkt 113 des Hauptoszillators 30 angeschlossen, so daß, wenn dieser Ausgang auf einen hohen Niveau liegt, er praktisch den Widerstand 104 des Widerstands-Kapazitäts-Einganges des Hauptoszillators nebenschließt, so daß die Impulse um nominal 5% beschleunigt abgegeben werden. Das Aufwärtszählen in einem ungeraden Unterbrechungsintervall ist daher um 5% schneller als das Abwärtszählen in einem nachfolgenden, geraden Unterbrechungsintervall.

Wenn die Dauer des geraden Unterbrechungsintervalles mehr als 105% der Dauer des vorhergehenden, ungeraden Unterbrechungsintervalles ist, kehrt der Unterbrechungszeit-Zähler 60 auf

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Null zurück und gibt ein einen Nullzählerstand anzeigendes Signal ab. . ■ '

Das anfängliche Rüeksetzsignal wird nicht direkt an den Unterbrechungszeit-Zähler zugeführt, sondern wird an einen Eingang eines ODER-Gatters 71 zugeführt, an dessen anderen Eingang der Ausgang des Zählers 33 durch ein differenzierendes Kapazitäts-Widerstands-Netzwerk 69 zugeführt wird. Der Ausgang des ODER-Gatters 7^ wird an den Rücksetzeingang des Unterbrechungszeit-Zählers 60 angelegt, um. diesen Zähler auf Null zurückzusetzen. Ein hoher Spitzenimpuls setzt daher den Zähler jedesmal dann zurück, wenn der Ladezeitgeber 33 eine Umschaltung in das Aufwärtszählen signalisiert.

Fig. A- zeigt die Schaltung des Unterbrechungszeit-Zählers in größerem Detail. Der Zähler besteht aus drei Zählerstufen 150, 152 und 153 zu je vier Bit. Die Eingangsimpulse werden direkt an den Eingang der ersten Stufe 15O und durch UND-Gatter 156 bzw. 158 an die Eingänge der zweiten und dritten Stufen 152, 154 zugeführt. Der andere Eingang von jedem der UND-Gatter 156 und 158 ist durch ein differenzierendes Widerstands-Kapazitäts-Netzwerk 160 oder 162 an den Maximum/Minimum-Zählerausgang der vorhergehenden Stufe I50 oder 152 angeschlossen. Auf diese Weise sind die zweiten Eingänge, zu den Gattern 156 und 158 normalerweise auf einen tiefen Niveau, und keine Impulse werden an die Stufen 152 und 154 zugeführt. Wenn jedoch die Stufe 150 ihrenmaximalen Zählerstand (15) bei einer Aufwärtszählung oder ihren minimalen Zählerstand (0) bei einer Abwärtszählung passiert, wird ein positiver Impuls an das Gatter 156 zugeführt und ändert den Zählerstand der Stufe 152 um 1. Der übertrag in Aufwärts- und Abwärtsrichtung zwischen den Stufen 152 und 154- findet in ähnlicher Weise statt.

Die Maximum/Minimum-Zähler-ausgange der drei Stufen werden auch an die Eingänge eines NOR-Gatters 174- angelegt, dessen Ausgang die Maximum/Minimum-Zählerstand-Leitung 75 bildet» Der Rücksetzein-

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gang des Zählers 60 ist mit allen drei Vorwahl- Aufsteuereingängen verbunden, die Dateneingänge der Stufen sind alle mit dem negativen Pol der Batterie verbunden, so daß der Zähler auf Null zurückgesetzt werden kann.

Doppelereigniszähler

Wie oben erwähnt wurde, ist die Anordnung so getroffen, daß die Hauptphase der Aufladung nicht bei dem ersten Mal beendet wird, wenn ein Mullzählerstandsignal nicht während einem geraden Unterbrechungsintervall gegeben wird. Die Beendigung erfolgt erst dann, wenn dieses Ereignis das zweite Mal eintritt. Zu diesem Zweck wird das Nullzählerstandsignal von dem Ausgang 75 des Unterbrechungszeit-Zählers 60 an ein NOR-Gatter 82 zusammen mit dem Unterbrechungs-Steuersignal von dem Vergleicher 10 und dem Ausgang des Ladezeitzählers 33 zugeführt. Folglich erzeugt dieses NOR-Gatter ein Signal, wenn der Zählerstand während des Ladeintervalles, das auf ein gerades Unterbrechungsintervall folgt, nicht Hull ist. Der Ausgang des NOR-Gatters 82 wird durch ein Widerstands—Kapazitäte-Verzögerungsnetzwerk 84 an einen Eingang eines UND-Gatters 86 weitergegeben, dessen Ausgang an den Steuereingang des Doppelereigniszählers angelegt wird, der aus zwei Stufen 80 und 81 besteht. Der andere Eingang des UND-Gatters 86 ist durch ein Widerstands-Kapazitäts-Verzögerungsnetzwerk 88 an den invertierten Ausgang der zweiten Stufe 81 des Zählers angeschlossen. Bei der ersten Gelegenheit, bei der der Zählerstand am Ende der Abwärtεzählung nicht auf Null zurückkehrt, zählt der Doppelereigniszähler auf 1, und bei der zweiten Gelegenheit zählt er auf 2, so daß ein hoher Ausgang auf einem ersten, Ausgang der zweiten Stufe und ein niedriger Ausgang auf einem invertierten -Ausgang der zweiten Stufe ansteht. Dadurch wird das UND-Gatter 'abgeschaltet, so daß keine weitere Zählung möglich ist.

Die zwei Ausgänge dienen dazu, die Hauptphase der Aufladung zu beenden und die Phase 3 einzuleiten. Zunächst werden sie respektive an zwei Darlingtonpaare angelegt, die jeweils ein Anzeigelicht 90, 91 steuern, die respektive-die Phase 2 und die Phase 3' der Aufladung anzeigen. Zusätzlich ict der nicht-invertierte

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Ausgang durch eine Leitung 83, einen Widerstand 38 und eine Diode 39 mit dem Eingangspunkt 113 <ies Hauptoszillators 130 verbunden, um dessen Frequenz in dem Verhältnis von etwa 1 bis 8 zu erhöhen und dadurch die Ladeperioden von etwa siebzehn Minuten auf etwa zwei Minuten jeweils zu reduzieren. Ferner ist der invertierte Ausgang der zweiten Stufe des Doppelereigniszählers durch eine Diode 28 und einen Widerstand 29 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 12 des Batteriespannungs.vergleichers 10 verbunden.

Dies hat die Wirkung, die Schwellenwertspannung der Batterie 26 von 2,3 Volt pro Zelle auf 2,18 Volt pro Zelle zu reduzieren, wobei bei der Schwellenspannung ein Unterbrechungsintervall beendet und der Ladestrom erneut eingeschaltet wird. Folglich sind in der .Phase 3 die Ladeperioden viel kurzer, und die Unterbrechungsintervalle sind viel größer. Dieser Betrieb kann im wesentlichen unbegrenzt ohne Beschädigung der Batterie sicher weitergeführt werden.

Steuerung des maximalen Zählerstandes

Unter bestimmten Umständen ist es möglich, daß die Funktionsweise der bisher beschriebenen Ladeeinrichtung versagt, weil der Unterbrechungszeit-Zähler 60 seinen maximalen Zählerstand erreicht. Statt einen übermäßig großen Zähler vorzusehen, wird es für ökonomischer gehalten, eine Vorkehrung zu treffen, daß, wenn das Unterbrechungsintervall eine'bestimmte Dauer, 35 Minuten in diesem Ausführungsbeispiel, überschreitet, der Doppelereigniszähler anspricht und in die Phase 3 umschaltet. Ohne diese Vorkehrung würde, wenn ein ungerades Unterbrechungsintervall langer als 34- Minuten dauern würde, der Zähler einen maximalen Zählerstand erreichen und, wie bereits beschrieben wurde, keine weiteren Impulse annehmen. Selbst wenn das nachfolgende, gerade Unterbrechungsintervall nicht länger als das vorhergehende, ungerade Unterbrechungsintervall wäre, würde es daher den Zähler auf Null zurückbringen, um das NOR-Gatter 82 zu sperren und einen Eingang an den Doppelereigniszähler zu ver-

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hindern.

Die zweite Phase der Aufladung würde daher unbegrenzt weitergehen.

Folglich werden der einen Nullzählerstand anzeigende Ausgang 75> der tatsächlich einen Null-oder Maximal-Zählerstand des Zählers 60 bedeutet, und der Ausgang von dem Zähler 53 an ein^HD-Gatter 92, dessen Ausgang durch einen Verstärker 94· mit geerdete_m Emitter an den Stelleingang der zweiten Stufe 81 des Doppeler-

wird
eigniszählers zugeführt/ der bei Empfang eines Signales direkt den Ausgang der zweiten Stufe des Zählers auf ein hohes Niveau einstellt und den invertierten Ausgang der zweiten Stufe auf ein tiefes Niveau bringt.

Beim Aufwärtszählen während eines ungeraden Unterbrechungsintervalles ist folglich der Ausgang des Zählers 33 sxl£ einem hohen Niveau und, bis der maximale Zählerstand erreicht ist, ist der Nullzählerstand-Ausgang 75 auf einem tiefen Niveau, so daß das NAND-Gatter einen Ausgang abgibt, der Verstärker 94- leitet und kein Eingangssignal an dem Setzeingang des Doppelereigniszählers ansteht. Andererseits werden, wenn beim Aufwärtszählen der Unterbrechungszeit-Zähler 60 seinen maximalen Zählerstand erreicht, das Ausgangssignal des Zählers $3 und das einenNullzählerstand (oder einen maximalen Zählerstand) anzeigende Ausgangssignal 75 hoch, so daß das NAND-Gatter kein Ausgangssignal abgibt und ein Ausgangssignal an den Setzeingang des Doppelereigniszähler zugeführt wird, der seine zweite Stufe 81 setzt, so 'daß ein Ausgangssignal von dem Ausgang der zweiten Stufe und kein Ausgangssignal von dem invertierten Eingang der zweiten Stufe abgegeben wird.

Wenn der Ünterbrechungszeit-Zähle'r 60 jemals seinen maximalen Zählerstand erreicht, bevor ein ungerades Unterbreehungsintervall (wenn es in Aufwärtsrichtung gezählt wird) beendet ist, spricht daher der Doppelereigniszähler an und schältet von Phase 2 auf Phase 3 um und zwar unabhängig davon, ob der Unterbrechungszeit-Zähler vor dem Ende des geraden Unterbrechungsintervalls

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Claims

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- 20 Patentansprüche

(1.)Selbsttätige Ladeeinrichtung für elektrische Batterien, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um den Ladestrom während Intervallen zeitweise zu unterbrechen, die als Unterbrechungsintervalle bezeichnet v/erden, wobei die • Dauer von Jedem Unterbrechungsintervall von dem Abfall der Batteriespannung während des Unterbrechungsintervalls abhängt, und eine Einrichtung, um die Ladeschaltung endgültig zu unterbrechen oder zu modifizieren, um die Aufladung oder eine Phase der Aufladung zu beenden, wenn das Verhältnis der Dauer eines Unterbrechungsintervalls zu der Dauer eines vorhergehenden Unterbrechungsintervalls bei mehr als einem Paar aufeinanderfolgender Unterbrechungsintervalle unter einem vorgegebenen Wert liegt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30) zur Erzeugung von Impulsen bei einer Frequenz und bei einer geringfügig kleineren Frequenz während ungerader bzw. gerader, aufeinanderfolgender Unterbrechungsintervalle, und durch wenigstens einen Zähler (60), um die Zahl der Impulse in den. entsprechenden Intervallen zu vergleichen und die Aufladung oder eine Phase der Aufladung zu beenden, wenn die Zahl in dem geraden Intervall kleiner als die in dem ungeraden Intervall ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (60) ein Binärzähler in Halbleitertechnik ist.
4-. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Zähler sowohl für die ungeraden als auch für die geraden Unterbrechungsintervalle verwendet wird.
5· Einrichtung nach e.inemv<der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn- -. zeichnet, daß die Dauer der Ladeperiode zwischen den Unterbrechungsintervallen durch einen Ladezeitzähler (32,33) be-

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stimmt wird, der mit Impulsen von derselben Quelle wie der Unterbrechungszeit-Zähler (60) gespeist wird.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 "bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Gelegenheiten, bei der das Verhältnis der Dauer eines Unterbrechungsintervalles zu der Dauer eines vorhergehenden Unterbrechungsintervalles unter einem vorbestimmten Wert liegt, von einem weiteren Zähler (80, 81) registriert wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zähler (80, 81) ein Binärzähler in Halbleitertechnik ist. ' . '
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbreübungseinrichtung eine auf· ein Signalniveau ansprechende Schaltung (10) mit einer Triggerschaltung aufweist, die so angeordnet ist, daß der Ausgang einen ersten Zustand annimmt, wenn das Eingangssignal an der Triggerschaltung unter einem niedrigeren Schwellenwert liegt, und einen anderen Zustand annimmt, wenn das Eingangssignal über einen-höhen Schwellenwert liegt, wobei die Triggerschaltung b'ilstabil ist, wenn das Eingangssignal zwischen den Schwellenwerten liegt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß.die auf ein Niveau ansprechende Schaltung (10) weiterhin eine Einrichtung aufweist, die an den Eingang der Triggerschaltungimpulse genügender Amplitude zuführt, um sicherzustellen, daß der Ausgang einen vorbestimmten Zustand während der Dauer des· Impulses annimmt, wodurch der Zustand des Ausgangs unmittelbar nach einem Impuls davon abhängt, ob das Eingangssignal oberhalb oder unterhalb eines einzelnen der Schwellenwerte· liegt. .
10.Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Unterbrechungseinrichtung eine Schaltung aufweist, die von dem Ausgang der auf ein Niveau ansprechenden Schaltung (1.0) gesteuert wird, wobei die Dauer der Impulse wesentlich kleiner als die Schaltzeit der gesteuerten Schaltung (40) ist, so daß die letztere in der Zeit nicht anspricht, die die Triggerschaltung benötigt, um ihren Zustand umzuschalten, und in den Ausgangszustand zurückzuschalten.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung einen Differential-Verstärker (12) aufweist, der einen positiven Widerstandsrückkopplung sweg mit einer in Eeihe geschalteten Diode (16) aufweist, so daß der Eückkopplungsstrom nur in einer Richtung fliessen kann und eine Änderung in dem Bückkopplungswiderstand (14) nur einen der Schwellenwerte nachstellt.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bifferentialverstärker (12) ein Hechen- oder Funktionsverstarker ist»

13- Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen G-leichrichter (46), dessen Eingang an eine Wechselstromquelle (42) und dessen Ausgang an die Ladeanschlüsse (48) angeschlossen ist, an die eine zu ladende Batterie (26) angeschlossen wird, durch eine auf ein© Spannung ansprechende Einrichtung (10), um die Stromquelle (42) von dem Gleichrichter (46) zu. trennen,, wenn die Spannung zwischen den Ladeanschlüssea (48) ©Inen vorbestimmten ¥ert übersteigt, und durch eine Spaimimgsirepdopplerschaltung, die an den Eingang des Gleichrichters (46) und durch ©ine Impedsuas an die Batterieanschlüsse (48) angeschlossen ist, i» über den letzteren eine ©rhSfote Spannung zu ©raougen und -die Stromquell® abzuschalten, t-jona dl© Batterie (26) abgenommen wird.

» Einrichtung nach Anspruch 13? dadurch, gekennzeichnet, daß der Spannungsverdopple'r eine Diode (202) und eine Kapazität

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(200) aufweist, die in Reihe über den Eingang des Gleichrichters (46) angeschlossen sind_?und der Verbindungspunkt durch einen Widerstand (204) mit einem der Ladeanschlüsse (48) verbunden ist.

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