DE2437872B2

DE2437872B2 - Verfahren und vorrichtung zum schnelladen einer akkumulatoren-batterie

Info

Publication number: DE2437872B2
Application number: DE19742437872
Authority: DE
Inventors: Leon Chicago 111. Jasmski (VStA.)
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1974-08-06
Publication date: 1977-09-22
Also published as: CA1003492A; DE2437872A1; JPS5044432A; GB1451152A; US3852652A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schnelladen einer Akkumulatoren-Batterie, bei dem in einer ersten Ladestufe mit hohem Strom und in einer zweiten ⁶S Ladestufe mit geringem Strom geladen wird und bei dem das Umschalten von der ersten auf die zweite Ladestufe innerhalb eines für die Batterie unschädlichen Temperaturbereiches erfolgt, wenn ein von dei Batterietemperatur abhängiges elektrisches Signa einen vorgegebenen oberen Wert erreicht.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus dei DTPS 19 52 042 bekannt. Bei dem bekannten Verfah ren wird innerhalb eines vorgebbaren Temperauirbe reichs die Differenz aus dem der Batterietemperatui entsprechenden Signal und einem der Umgebungstem peraiur entsprechenden Signal gebildet. Solange dies« Differenz einen bestimmten Wert nicht überschreitet wird die Batterie mit einem Schnelladestrom geladen Wenn dieses Differenzsignal den bestimmten Wen überschreitet, wird der Ladestrom für die Batterie au] einen schwächeren Wert umgeschaltet. Zur Durchfüh rung dieses Verfahrens ist mit der aufzuladender Batterie ein Temperaturfühler verbunden, der in einer Zweig einer Brückenschaltung eingeschaltet ist, die ir einem ihrer anderen Zweige einen die Umgebungstemperatur messenden Temperaturfühler enthält. Das ar der Brückendiagonale entstehende Differenzsignal beider Temperaturfühler wird mittels eines Differenzverstärkers verstärkt und beaufschlagt über einen Schwellwertschalter eine Ladesteuerschaltung, die entweder den stärkeren oder den schwächeren Ladestrom an die Batterie liefert. Zur Vermeidung von Regelschwingungen ist der Schwellwertschalter dieser bekannten Vorrichtung mit einer Schalthysterese versehen. Als Temperaturfühler sind temperaturabhängige Widerstände vorgesehen.

Aus der DT-OS 17 63 162 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schneiladung einer gasdicht verschlossenen Batterie bekannt, wobei als Kriterium für das Einbzw. Abschalten des stärkeren Schnelladestroms die Batteriespannung verwendet wird, die jedoch unter Berücksichtigung der mittels eines in der Batterie vorgesehenen Thermistors ermittelten Batterietemperatur verwertet wird. Die Ladesteutrschaltung enthält bei der bekannten Vorrichtung einen ersten Ladestromkreis, in dem mit der Speisequelle und der Batterie ein Gleichrichter und ein Widerstand in Reihe geschaltet sind. Parallel zur Reihenschaltung aus Gleichrichter und Widerstand liegt in einem zweiten Ladestromkreis die Anoden-Kathodenstrecke eines Thyristors, der bei seiner Zündung die strombegrenzende Wirkung des Widerstands im ersten Ladestromkreis aufhebt.

Die Steuerung der Batterieladung mit der Temperatur als Parameter ist zumindest nicht allein geeignet, mit ausreichender Sicherheit eine Beschädigung der Batterie beim Schnelladen auszuschließen. Es ist bekannt, daß die bei der Aufladung zur Erwärmung führenden Vorgänge nicht gleichzeitig mit dem Abschalten des Ladestroms gestoppt werden, so daß aus diesem Grund und wegen der Trägheit auch nach Abschalten des Schnelladestroms häufig ein weiterer Temperaturanstieg zu verzeichnen ist, der zu Beschädigungen der Batterie führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wonach die Batterie in optimaler Weise schnell geladen werden kann und eine Beschädigung der Batterien mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen enthalten.

Bei abgedichteten Nickel-K.admiumbatterien ergibt sich für den Ladestrom eine inlerne Verlustleistung I²R, wodurch die Batterie eine linear ansteigende Aufwärmung erfährt. Gegen das Ende des Ladeprozesses wird an der positiven Elektrode Sauerstoff erzeugt, der an der negativen Elektrode eint Rekombination erfährt. Dieser Vorgang läuft exotherm ab, so daß ein zusätzlicher Temperaturanstieg verursacht wird. Der Temperaturanstieg aufgrund der Sauerstofirekombination addiert sich zu dem Temperaturanstieg aufgrund der Verlustleistung, so daß sich die Temperatur nach einer Gesetzmäßigkeit zweiter Ordnung ändert. Wenn der Ladeprozeß fortdauert, wird mehr Sauerstoff produziert, womit auch der innere Druck der Batterie und damit die Neigung der Temperaturänderungskurve ansteigt, bis die Batterie zerstört ist.

Die Geschwindigkeit der Sauerstoffrekombination innerhalb der Batterie ist proportional der inneren Temperator. Wenn eine Batterie mi* konstantem Strom überladen wird, wird nur ein Teil des erzeugten Sauerstoffes rekombiniert, womit sich eine Erhöhung des Innendruckes ergibt. Die Rekombination vergrößert die Temperatur, womit die Absorptionsrate für Sauerstoff auch ansteigt.

Sobald die Absorptionsraite die Rate für die Erzeugung des Sauerstoffes erreicht, sind Temperatur und Druck innerhalb der Batteirie stabilisiert. Der Punkt, an welchem diese Temperatur- und Druckstabilisierung sich einstellt, hängt von der Ladegeschwindigkeit und der Umgebungstemperatur ab. Bei einem geringen Ladestrom ergibt sich für alle möglichen Umgebungstemperaturen ein sicherer Bereich für die Temperatur- und Druckstabilisierung.

Die Maßnahmen der Erfindung sehen in vorteilhafter Weise einen einfachen Temperaturfühler vor, um die interne Temperatur einer Batterie bzw. einer Zelle festzustellen und ein davon abhängiges elektrisches Signal zu liefern, das die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur repräsentiert. Mit Hilfe dieses Signals läßt sich der Schnelladestrom für die Batterie derart steuern, daß der maximale Strom zum Aufladen benutzt wird, solange die Größe des die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur kennzeichnenden Signals unterhalb eines bestimmten Wertes liegt.

Da die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur für diesen Zweck benutzt wird und nicht die absolute Temperatur, hat auch die absolute Temperatur der Batterie keinen Einfluß auf den Ladevorgang, es sei denn, daß die Batteirietemperatur außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, welcher für die Batterie schädlich ist.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines AusfüHrungsbeispie'es in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 das Blockdiagramm eines ßatterieschnelladers gemäß der Erfindung;

Fig.2 das Schaltbild eines Batterieschneiladers gemäß Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 ist der zu ladenden Batterie iO ein Temperaturfühler, und zwar im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Thermistors 11 zugeordnet. Ein derartiger Thermistor wird zur Zeit bei der Herstellung der 3atterie sehr häufig in die Batterie mit aufgenommen, so daß die tatsächliche Batterietemperatur sehr gut überprüft werden kann. Die Batterie 10 wird mit einem Ladestrom von einer Stromversorgung 12 aus über eine Ladesteuerschaltung 13 versorgt. Der Thermistor 11 ist mit einem Wandler 15 verbunden, de ein für die vom Thermistor ί I festgestellte Temperatu repräsentatives elektrisches Signal liefert. Diese elektrische Signal wird einer Temperatursteuerschal iung 17 und einer Überv/achungseinrichtung zugeführt die den Anstieg der inneren Batterietemperatu ermittelt, z. B. durch Abtasten od. dgl., und al Differenzierschaltung 16 ausgeführt ist. Die ausgangs seitigen Signale der Differenzierschaltung 16 sowie de

ίο Temperatursteuerschaltung 17 werden der Ladesteuer schaltung 13 zugeführt, um den Ladesirom von de Stromversorgung 12 zur Batterie 10 zu übertragen. Mi der Ladesteuerschaltung 13 ist auch eine Anzeigevor richtung 13 verbunden, die die Betriebsart und den übe die Ladesteuerschaltung 13 fließenden Strom anzeigi Die Differenzierschaltung 16 liefert an die Ladesteuer schaltung 13 ein Signal, das für die Temperaturänderunj in der Batterie 10 repräsentativ ist, wobei dii Temperatursteuerschaltung 17 nur dann die Übertra gung eines Ladestroms zur Batterie 10 durch di< Ladesteuerschaltung 13 zuläßt, wenn die Batterietempe ratur innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegl Wenn die Umgebungstemperatur der Batterie 10 zi hoch oder zur niedrig ist, liefert die Temperatur Steuer Schaltung 17 ein Signal an die Ladesteuerschaltung 1- und ermöglicht nur die Zuführung eines geringei Ladestromes zu der Batterie 10, bis die Temperatui wieder auf den vorgegebenen Bereich zurückgeganger ist.

In F i g. 2 ist die schaltungsmäßige Ausführung de: Blockschaltbildes gemäß F i g. 1 dargestellt. Der Ther mistor 11 ist an zwei Anschlußklemmen des Wandler: 15 angeschlossen, der aus einer Brückenschaltunj besteht. Die Brücke umfaßt die drei Widerstände 20, 2 und 22, die drei Brückenzweige bilden und an weiche de Thermistor 11 als vierter Brückenzweig angeschlosser ist. Der Verbindungspunkt des Thermistors 11 und de: Widerstandes 20 liegt an Masse. Die negativ« Anschlußklemme einer Gleichstromversorgung 23, di< aus einer Batterie bestehen kann, liegt am Verbindungs punkt des Thermistors 11 mit dem Widerstand 22 wogegen der positive Anschluß dieser Gleichstromver sorgung 23 am Verbindungspunkt der beiden Wider stände 20 und 21 liegt. Der Verbindungspunkt dei beiden Widerstände 21 und 22 ist an einen Kondensatoi 25 in der Differenzierschaltung 16 angeschlossen unc legt über diesen an die Differenzierschaltung 16 da: elektrische Signal an, welches für die Temperatur in dei Batterie 10 repräsentativ ist. Durch die Brückenschal tung werden Widerstandsänderungen des Thermistor: 11 aufgrund der Temperatur innerhalb der Batterie ir bekannterweise in elektrische Signale umgewandelt Selbstverständlich können auch andere Wandler Ver wendung finden, obwohl eine Brückenschaltung weger der einfachen Verständlichkeit in der Zeichnung dargestellt ist.

Der Kondensator 25 hat eine verhältnismäßig groß( Kapazität und liegt in Serie zwischen der Brücke unc dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 27 der zusammen mit dem Kondensator als Differenzier schaltung wirkt. Bei der dargestellten Ausführungsforn der erfindungsgemäßen Schaltung hat der Kondensatoi vorzugsweise etwa 50 μΡ, so daß die Differentiation de: Signals über einen verhältnismäßig langen Zeitabschnit erfolgt. Es können selbstverständlich auch ariden Differenzierschaltungen Verwendung finden, jedoch is die dargestellte verhältnismäßig einfach aufgebaut. Dei positive Anschluß des Operationsverstärkers 27 liegt ar

Masse. Ferner ist ein Widerstand 28 als Rückkopplungswiderstand vorgesehen, der den Ausgang des Operationsverstärkers mit seinem negativen Eingang verbindet. Die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers 27 ist verhältnismäßig hoch, damit die gewünschte Differenziercharakteristik erhalten wird. Ausgangseitig ist der Differenzierverstärker 27 über einen Widerstand 29 mit dem negativen Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 30 verbunden. Der positive Eingang dieses Operationsverstärkers liegt ebenfalls an Masse und ferner ist ein Rückkopplungswiderstand 31 zwischen den Ausgang und den negativen Eingang geschaltet. Ausgangsseitig liegt der Operationsverstärker 30 über einen Widerstand 32 an der einen Seite eines Kondensators 33, dessen andere Seite geerdet ist. Dieser Kondensator hat eine verhältnismäßig große Kapazität, z. B. 50 μΡ, und dient der Beseitigung einer möglicherweise noch dem Ausgangssignal überlagerten Welligkeit. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 16 steht am Verbindungspunkt des Widerstandes 32 mit dem Kondensator 33 zur Verfugung und wird der Ladesteuerschaltung 13 über den Verbindungspunkt einer Diode 36 mit einem Widerstand 35 zugeführt. Dieses Signal repräsentiert die Änderung der Innentemperatur der Batterie 10. Selbstverständlich kann dieses Signal, das den Anstieg der Temperaturänderung beschreibt, auch mit Hilfe anderer Schaltungen ermittelt werden, wobei z. B. das von dem Wandler 15 gelieferte Signal abgetastet und die Abtastproben miteinander verglichen werden.

Der Widerstand 35 der Ladesteuerschaltung 13 ist auf der einen Seite mit der Anode der Diode 36 und auf der anderen Seite mit der Anode der Diode 37 verbunden. Die Kathode dieser Diode 37 steht mit dem Gate eines Thyristors 38 in Verbindung. Ferner liegt das Gate dieses Thyristors über einen Widerstand 39 an Masse. Die Anode des Thyristors ist über einen Widerstand 40 an die positive Klemme der Batterie 10 angeschlossen, wogegen die Kathode des Thyristors über einen Widerstand 41 an Masse liegt. Ferner liegt die Kathode des Thyristors 38 über einen Widerstand 42 an der Basis eines Transistors 43, der als ODER-Gatter wirksam ist.

Die Kathode der Diode 36 ist an die Anode eines Thyristors 45 angeschlossen, dessen Kathode an Masse liegt. Das Gate dieses Thyristors 45 liegt einerseits über einen Widerstand 46 an Masse und andererseits über die Serienschaltung eines Widerstandes 47 sowie eines Kondensators 48 am Verbindungspunkt des Widerstandes 40 mit der Anode des Thyristors 38. Die Anode des Thyristors 45 liegt über einen Widerstand 50 an der Basis eines Transistors 51, dessen Emitter mit einer von einer positiven Versorgungsspannung beaufschlagten Klemme verbunden ist, die über einen Widerstand 52 auch mit der Basis dieses Transistors in Verbindung steht. Der Kollektor des Transistors 51 ist über einen Widerstand 53 an die Basis des Transistors 43 angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors 43 liegt an Masse und der Kollektor am Verbindungspunkt eines Widerstandes 55 mit einem Widerstand 56, der mit seinem anderen Ende an Masse liegt. Das andere Ende des Widerstandes 55 liegt an einer Klemme + DC für eine positive Gleichspannung. Der Verbindungspunkt der Widerstände 55 und 56 liegt auch am Gate eines Thyristors 57, dessen Kathode an Masse liegt und dessen Anode an den negativen Anschluß der Batterie 10 angeschlossen ist. Der Thyristor 57 stellt einen Teil der Ladcstcucrschaltung dar, um die Batterie 10 rasch aufzuladen. Der negative Anschluß der Batterie 10 liegt auch über einen Widerstand 58 an Masse, wobei dieser Zweig für die Aufladung der Batterie mit einem geringen Ladestrom Verwendung findet.

Der positive Anschluß der Batterie 10 liegt an der

s Stromversorgung 12, und zwar an einem Verbindungspunkt eines Widerstandes 60 mit einem Schalter 61. Die andere Seite dieses Schalters 61 ist an einen Widerstand 62 angeschlossen, der zusammen mit dem Widerstand 60 an einem Vollweggleichrichter in Form einer

ίο Diodenbrücke 63 liegt. Diese Diodenbrücke 63 liegt mit ihrem anderen Gleichstromanschluß an Masse und wird an zwei gegenüberliegenden Verbindungspunkten mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die von einem Transformator 64 herkömmlicher Art geliefert wird.

Die Basis eines Transistors 70 in der Temperatursteuerschaltung 17 liegt am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 im Wandler 15. In diesem Verbindungspunkt ändert sich die Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur in der Batterie 10 entsprechend der Widerstandsänderung des Thermistors 11. Der Kollektor des Transistors 70 liegt an einer Klemme für eine positive Gleichstromversorgung + DC wogegen der Emitter über einen Widerstand 71 an Masse liegt. Der Emitter des Transistors 70 ist ferner auch über einen Widerstand 72 mit der Kathode einer Zenerdiode 73 und über einen Widerstand 74 mit der Kathode einer Zenerdiode 75 verbunden. Die Anode der Zenerdiode 73 ist über einen Widerstand 76 an Masse angeschlossen und liegt gleichzeitig an der Basis

eines Transistors 77. Der Emitter dieses Transistors liegt an Masse, wogegen der Kollektor über einen Widersland 78 an einer Klemme für eine positive Gleichstromversorgung + DC liegt. Der Kollektor des Transistors 77 ist ferner an eine Diode 79 angeschlossen,

dessen Kathode an der Basis des Transistors 43 liegt.

Die Anode der Zenerdiode 75 ist über einen Widerstand 80 einerseits mit Masse verbunden und liegt andererseits an der Basis eines Transistors 81.
Der Emitter dieses Transistors 81 ist mit dem Emitter eines zweiten Transistors 82! verbunden und über einen Widerstand 83 an Masse angeschlossen. Der Kollektor dieses Transistors 81 steht über einen Widerstand 84 mit einer Klemme für eine positive Gleichstromversorgung + DC in Verbindung und liegt andererseits über einen

Widerstand 85 an der Basis des Transistors 82. Der Kollektor dieses Transistors 82 ist über einen Widerstand 86 ebenfalls an die Klemme für die positive Gleichstromversorgung -f DC angeschlossen und liegt andererseits an der Anode einer Diode 87, deren Kathode mit der Basis des Transistors 43 in Verbindung steht. Die Transistoren 81 und 82 sowie die ihnen zugeordneten Schaltungsteile stellen einen Schmitt-Trigger herkömmlicher Art dar, um eine Hysterese ir der Schaltung derart zu schaffen, daß eine höhere positive Spannung an der Basis des Transistors 81 notwendig ist, um den leitenden Transistor 82 abzuschalten, als sie benötiigt wird, um den leitender Transistor 82 abzuschalten und den Transistor 82 lcitenc zu machen. In der vorliegenden Schaltung wird für dii

Zenerdiode 73 eine solche für etwa 3 Volt und für du Zenerdiode 75 eine solche für etwa 8 Volt verwendet.

Der Verbindungspunkt des Widerstandes 40 mit dci Anode des Thyristors 38 ist an die Anzeigevorrichtuni 18 angeschlossen. Den Eingang dieser Anzeigcvorrich <><, tung 18 stellt der Verbinduingspunkt des Widerstände: 90 mit der Kathode einer Zenerdiode 91 dar. Die ander« Seite des Widerstandes <>0 ist mit der Basis eine; Transistors 92 verbunden, dessen Emitter an Masse lieg

und dessen Kollektor über einen Widerstand 93 an den gemeinsamen Verbindungspunkt der Emitter von Transistoren 94 und 95 angeschlossen ist. Die Anode der Zenerdiode 91 liegt über einen Widerstand % an der Basis des Transistors 94. Die Basis des Transistors 94 ist s ebenfalls mit Masse über einen Widerstand 97 und einen Kondensator 98 verbunden. Der Kollektor des Transistors 94 ist über eine erste Lampe 100 und einen dazu in Serie geschalteten Widerstand 101 mit der Klemme der positiven Gleichstromversorgung + DC verbunden. Der Kollektor des Transistors 94 liegt über einen Widerstand 102 ferner an der Basis des Transistors 95, dessen Kollektor über eine Lampe 103 und einen dazu in Serie geschalteten Widerstand 104 ebenfalls an der Klemme für die positive Gleichstromversorgung + DC angeschlossen ist. Die Lampen 100 und 103 haben unterschiedliche Farbe oder beleuchten unterschiedliche Signalflächen, um damit die verschiedenen Betriebsarten des Systems erkennbar zu machen.

Wenn im Betrieb der Thermistor 11 nicht an die Brücke angeschlossen ist, wirkt auf den Kondensator 25 eine negative Spannung mit etwa der halben Amplitude der Spannung der Gleichstromversorgung 23. Die Operationsverstärker 27 und 30 bewirken eine Umkehr der Spannung, so daß am Kondensator 33 ebenfalls eine negative Spannung in Erscheinung tritt. Diese negative Spannung wirkt für die Dioden 36 und 37 als Vorspannung, so daß diese nicht leitend sind. Wenn jedoch der Thermistor 11 in die Brücke eingeschaltet ist, steigt die Spannung am Kondensator 25 auf etwa den Wert 0 an, vorausgesetzt, daß der Thermistor 11 etwa auf Raumtemperatur liegt und die Brücke abgeglichen ist. Damit ergibt sich am Ausgang des Operationsverstärkers 30 eine Spannung von etwa 12 V. Wenn die Batterie 10 an die Schaltung mit dem Thermistor angeschlossen ist, wird eine positive Spannung über den Widerstand 40 am Kondensator 48 wirksam, welche den Thyristor 45 in den leitenden Zustand steuert und gegebenenfalls den Kondensator 48 auflädt. Durch den leitenden Thyristor 45 fällt das Gate des Thyristors 38 auf etwa 1,4 V ab, was nicht ausreicht, um diesen leitend zu machen. Gleichzeitig fällt das Potential an der Basis des Transistors 51 weit genug ab, um diesen leitend zu machen. Der leitende Transistor 51 liefert ein hohes positives Potential an die Basis des Transistors 43, wodurch dieser leitend wird und im wesentlichen das Gate des Thyristors 57 nach Masse kurzschließt, so daß dieser nichtleitend gemacht werden kann. Da der Thyristor 57 nicht eingeschaltet werden kann, sinkt der Ladestrom für die Batterie 10 auf den verringerten Ladestrom ab, der über den Widerstand 58 fließt. Einige Sekunden, nachdem der Thermistor 11 in die Schallung eingeschaltet ist, wird der Kondensator 25 entladen und die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 30 auf etwa 0 V abgesenkt, ein Wert, der nicht ausreicht, um den Thyristor 45 im leitenden Zustand zu halten. Sobald dieser Thyristor 45 zu leiten aufhört, kann auch der Transistor 51 nicht mehr länger Strom führen, so daß die Ansteuerung für den Transistor 43 entfällt. Wenn der Transistor 43 aufhört, Strom zu führen, steigt <«> die Spannung am Gate des Thyristors 57 aufgrund des Spannungsteilers aus den Widerständen 55 und 56 genügend weit an, um ihn leitend zu machen und einen hohen Ladestrom an die Batterie 10 anzulegen.

Während des raschen Ladens der Batterie 10 steigt ds deren innere Temperatur mit einer relativ konstuntcn Geschwindigkeit stetig an. Bei dem vorliegenden Aijsführungsbcispicl stellt sich ein Schnclladcstrom oberhalb 2° C ein, wobei festgestellt wurde, daß bei diesem Schnelladestrom ein konstanter Anstieg der Innentemperatur der Batterie während des frühen Ladezustands in der Größenordnung von etwa 0,4⁰C/ Min. zu erwarten ist. Dieser konstante Temperaturanstieg verursacht eine relativ konstante Spannung an dem Ausgang des Operationsverstärkers 30. Am Ende des Ladeprozesses zeigt sich für die Batterietemperatur ein plötzlicher Anstieg, durch den sich eine wesentliche Spannungsänderung lam Ausgang des Operationsverstärkers 30 einstellt. Wenn diese Spannung einen bestimmten vorgegebenen Wert erreicht, der einer vorgegebenen Temperaturänderung entspricht, wird das Gate des Thyristors 38 ausreichend positiv, um diesen leitend zu machen. Damit wird eine positive Spannung an die Basis des Transistors 43 angelegt und auch dieser Transistor in den leitenden Zustand geschaltet, was praktisch dem Wirksamwerden von Masse am Gate des Thyristors 47 entspricht. Da die Stromversorgung 12 einen pulsierenden Gleichstrom an die Serienschaltung der Batterie 10 und den Thyristor 57 anlegt, bewirkt das Fehlen der Spannung am Gate des Thyristors, daß dieser zwischen zwei Impulsen zu leiten aufhört. Wenn die Stromversorgung 12 keine keine pulsierende Spannung, sondern eine Gleichspannung liefert, wird es notwendig, den Strom über den Thyristor 57 auf einen Wert herabzusetzen, der ausreichend klein ist, damit der Thyristor 57 unterhalb seines Leitfähigk.eitszustandes absinkt, wenn die Spannung an seinem Gate abfällt.

Der Schnelladestrom kann an die Batterie 10 solange angelegt werden, solange deren Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß dieser Temperaturbereich für die Batterie 10 zwischen etwa 5°C und etwa 40°C liegt. Wenn sich die Temperatur der Batterie von etwa 5°C auf etwa 40⁰C ändert, erfährt die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 der Brückenschaltung eine Veränderung von etwa 4,5 V auf etwa 10,5 V. Die 3-Volt-Zenerdiode 73, die an der Basis des Transistors 77 liegt, bestimmt die Mindestspannung, die angelegt werden muß, damit der Transistor 77 in den leitenden Zustand gesteuert wird. Beim Vorhandensein einer Spannung von 4,5 Volt am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 der Brückenschaltung wird der Transistor 77 leitend gemacht. Damit ist der Transistor 77 immer leitend, wenn die Spannung an diesem Verbindungspunkt der Brücke oberhalb 4,5 Volt liegt. Für den leitenden Transistor 77 ist die Diode 79 in Sperrichtung vorgespannt, so daß keine Spannung an der Basis des Transsistors 43 wirksam werden kann, um diesen in den leitenden Zustand zu steuern. Wenn somit die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 in dci Bruckenschaltung unterhalb 4,5 Volt absinkt, d. h. die Temperatur der Batterie 10 auf weniger als 5"C zurückgeht, wird der Transistor 77 nichtleitend und eint positive Spannung über die Diode 79 an die Basis de! Transistors 43 übertragen und damit das Gate de! Thyristors 57 an Masse angeschlossen. Damit wird dei Ladestrom der Batterie 10 auf den kleineren Lade stromwcrt umgeschaltet. Wegen der Verwendung einei 8-Voll-Zenerdiodc 75 im Basiskreis des Transistors 81 muß die Spannung am Verbindungspunkt der Wider stände 20 und und 21 der Bruckenschaltung etwa 10,! Volt übersteigen, bevor der Transistor 81 leitend wird Da der Transistor 81 zusammen mit dem Transistor 8! einen Schmitt-Trigger bildet, leitet der Transistor 82

solange die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 der Brückenschaltung unterhalb 10,5 Volt liegt. Wenn der Transistor 82 leitet, wird die Diode 87 in Sperrichtung vorgespannt, so daß an der Basis des Transistors 43 keine Spannung wirksam ist. Sobald die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 in der Brückenschaltung den Wert von etwa 10,5 Volt übersteigt, wird der Transistor 81 leitend und der Transistor 82 nichtleitend, so daß eine positive Spannung über die Diode 87 an die Basis des Transistors 43 angelegt wird, womit dieser leitend wird. Der Schmitt-Trigger hat eine Schalthysterese, d. h. die Spannung an der Basis des Transistors 81 muß höher sein, um den Transistor leitend zu machen, als die Spannung, bei welcher der Transistor 81 zu leiten aufhört. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel heißt das, daß die Temperatur der Batterie 10 40⁰C erreichen muß, bevor der Transistor 81 leitend wird, jedoch, wenn der Transistor 81 zu leiten beginnt, ein Temperaturabfall auf etwa 39,3° notwendig ist, bevor der Transistor 81 wieder in den nichtleitenden Zustand übergeht. Wegen dieser Hysterese in der Temperatursteuerschaltung wird vermieden, daß der Schnelladestrom in rascher Folge an- und abgeschaltet wird, wenn sich di< Battcrietemperatur einem Wert von etwa 4O⁰C nähert Vielmehr bleibt der Schnelladestrom abgeschaltet, bi: sich die Batterie weit genug abgekühlt hat, um wiedei eine Aufladung mit großer Stromstärke zu ertragen.

Die Lampe 100 in der Anzeigevorrichtung 18 is beispielsweise rot und die Lampe 103 beispielsweise grün. Wenn das differenzierte Signal vom Operations verstärker 30 genügend klein ist, so daß der Thyristor 3f

ίο nicht leitet, wird eine positive Spannung an die Basis de; Transistors 94 angelegt und dieser Transistor leitenc gemacht. Dadurch wird die rote Lampe 100 zurr Aufleuchten gebracht und angezeigt, daß die Batterie mit dem Schnelladestrom aufgeladen wird. Wenn das differenzierte Signal vom Operationsverstärker 30 jedoch genügend groß ist, um den Thyristor 38 leitend zu machen, fällt die Spannung an der Anode des Thyristors 38 ab, um den Transistor 94 rasch abzuschalten und den Transistor 95 in den leitenden Zustand umzuschalten. Damit wird die grüne Lampe 103 zum Aufleuchten gebracht, was anzeigt, daß der geringere Ladestrom der Batterie 10 zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schnelladen einer Akkumulatoren-Batterie, bei dem in einer ersten Ladestufe mit hohem Strom und in einer zweiten Ladestufe mit geringem Strom geladen wird und bei dem das Umschalten von der ersten auf die zweite Ladestufe innerhalb eines für die Batterie unschädlichen Temperaturbereiches erfolgt, wenn ein von der Batterietemperatur abhängiges elektrisches Signal einen vorgegebenen oberen Wert erreicht, d a durch gekennzeichnet, daß das elektrische Signa! differenziert wird und daß die erste Ladestufe « eingeschaltet bleibt, solange die Größe des differenzierten Signals unter dem vorgegebenen Wert liegt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem mit einer Akkumulatoren-Batterie verbundenen Temperaturfühler, an den ein Wandler angeschlossen ist, der ein der Batterietemperatur entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, und mit einem Zweistufen-Ladegerät, gekennzeichnet durch eine an den Wandler (15) einerseits und an eine Ladesteuerschaltung (13) andererseits angeschlossene Differenzierschaltung (16), die ein zweites elektrisches Signal mit einer der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur proportionalen Größe erzeugt, bei deren Ansteigen über einen vorgegebenen Wert die Steuerschaltung von der ersten Ladestufe mit hohem Strom auf die zweite Ladestufe mit geringem Strom umschaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladesteuerschaltung (13) einerseits an den Wandler (15) andererseits an eine Temperatursteuerschaltung (17) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteuerschaltung (17) einen ersten und einen zweiten zwischen den Wandler (15) und ein ODER-Glied (43) geschalteten Steuerteil umfaßt, daß ein Thyristor (57) durch ein an einem der Eingänge des ODER-Gliedes angelegtes Signal in den Sperrzustand schaltbar ist, und daß vom ersten Steuerteil (72,73, 76 bis 79) ein Signal an einen Eingang des ODER-Gliedes angelegt wird, wenn die Größe des elektrischen Signals vom Wandler unterhalb des unteren Grenzwerts des vorgegebenen Bereichs liegt, und ein Signal vom 'weiten Steuerteil (74, 75, 80 bis 87) an einen anderen Eingang des ODER-Glieds angelegt wird, wenn die Größe des elektrischen Signals vom Wandler oberhalb des oberen Grenzwerts des vorgegebenen Bereichs liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerteil (74, 75,80 bis 87) eine Schalthysterese aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ODER-Glied (43) drei Eingänge aufweist, und daß der dritte Eingang mit der Differenzierschaltung (16) verbunden ist.

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