DE2461571A1 - Steuerschaltung fuer ein batterieladegeraet - Google Patents

Description

Hamburg, den 23. Dezember 1974

Steuerschaltung für ein Batterieladegerät

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für ein Batterieladegerät mit einer Einschaltanordnung zum periodischen Einschalten eines Aufladevorganges und mit einer Ausschaltanordnung zur Steuerung der Dauer der Aufladevorgänge entsprechend der Aufladerate für eine Batterie, wobei die Steuerschaltung mindestens einen Zähler zur Messung der Aufladerate aufweist.

Es ist bereits aus der DT-Patentanmeldung 23 51 599.5 eine An-Ordnung zur Steuerung des Aufladevorganges eines Batterieladegerätes mittels Zählern bekannt.

Diese bekannte Anordnung weist eine Einschaltanordnung auf, die beim Absinken der Batteriespannung einer gelagerten Batterie unter einen vorgegebenen Wert automatisch einen Ladevorgang auslöst. Eine solche Schaltungsanordnung ist für lange Zeit zu lagernde Batterien von besonderem Wert. Batterien werden dann über lange

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Zeiträume gelagert, wenn Sie beispielsweise als Antriebsquellen für Fahrzeuge wie Golfcarts Verwendung finden, die in bestimmten Jahreszeiten nicht eingesetzt werden können.

Obwohl die vorgeschlagene Einschaltanordnung recht zufriedenstellend arbeitet, treten bei ihr dennoch einige Schwierigkeiten auf. Eine Schwierigkeit liegt darin, daß bestimmte Batterien

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unter bestimmten Umständen einen Aufladevorgang nicht mit ausreichender Frequenz durchlaufen, wenn sie lange Zeit gelagert wurden, und sie unterliegen daher der Sulfatbildung. Bei manchen Batterien treten bei tieferen Temperaturen höhere Batteriespannungen als bei höheren Temperaturen auf, so daß bei länger einwirkender Kälte die Batteriespannung über einen längeren Zeitraum höher gehalten wird und dadurch kein Ladevorgang einsetzt. Darüber hinaus verlaufen die Spannungskennlinien für manche Batterien nicht gleich oder ähnlich, so daß die Einschaltan-Ordnung einige Batterien in hinreichend kurzen Zeitabständen zur Verhinderung von Sulfatbildung auflädt, während andere Batterien nicht aufgeladen werden. Zeituhren zum periodischen Einschalten von Aufladevorgängen sind jedoch außergewöhnlich teuer.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine preiswerte Steuerschaltung für ein Batterieladegerät zu entwickeln, welche nach einem vorgegebenen Zeitraum automatisch einen Aufladevorgang auslöst.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Steuerschaltung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zähler mit einem Ausgang über eine logische Schaltung mit der Einschaltanordnung der Batterieladegerät-Schalteinheit verbunden ist und mit einem Eingang an einem zwischen den Aufladevorgängen aktivierten Taktgeber liegt, wobei eine Rückstellschaltung zur Rückstellung des Zählers am Ende eines Aufladevorganges vorgesehen ist. ·

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind zwei Zähler in der Ausschaltanordnung vorteilhafterweise in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung .wird dadurch erreicht, daß eine hohe Zählstufe des ersten Zählers über einen Schaltkreis mit dem Eingang des zweiten Zählers verbunden ist. Ein Ausgang höherer Ordnung des zweiten Zählers ist bei Verwendung von zwei Zählern mit der logischen Schaltung verbunden. Hierdurch wird erreicht, daß der Ladevorgang über einen großen Zeitraum verzögert wird.

Aus dem vorstehend Gesagten werden die Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerschaltung für ein Batterieladegerät ersichtlich: (1) durch das periodische Einschalten eines Aufladevorganges durch während des Aufladevorganges für andere Funktionen verwendete Zähler und Schaltkreise wird eine Sulfatbildung in der Batterie verhindert und (2) wird die Lebensdauer der Relais des Batterieladegerätes verlängert, indem das Prellen der Relaiskontakte unterbunden wird.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung, eines Batterieladegerätes und einer Batterie; und

Figur 2 ein schematisches Schaltbild eines Teiles der in Figur dargestellten Steuerschaltung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform.

Figur 1 zeigt eine Steuerschaltung 10, ein Batterieladegerät und eine Batterie 14, die alle elektrisch miteinander verbunden sind. Zur Steuerschaltung 10 gehört eine Schaltungsanordnung zur Feststellung der Batteriespannung und zum Abschalten des Batterieladegerätes bei voll aufgeladener Batterie 14.

In der bevorzugten Ausführungsformen weisen das Batterieladegerät 12 und die Steuerschaltung 10 jene Anordnung auf, wie sie zum Aufladen von batteriebetriebenen Fahrzeugen wie Golfcarts Verwendung finden. Ein solches Batterieladegerät und Steuerschaltung sind in der DT-Patentanmeldung 23 51 599.5 näher beschrieben. Obwohl das Batterieladegerät 12 und die Steuerschaltung 10 im wesentlichen zum Aufladen von batteriebetriebenen Fahrzeugen bestimmt sind, so können sie doch auch zum Aufladen für andere Zwecke bestimmter Batterien eingesetzt werden.

Zur Steuerung des Batterieladegerätes 12 weist die Steuerschaltung 10 einen Meßzähler 60, einen Taktgeber oder Multivibrator 62, einen Analog/Digitalwandler 58, einen Komparator 55, einen Zeitgeberzähler 73 und eine Batterieladegerät-Schalteinheit 22 auf.

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Der Meßzähler 60, der Analog/Digitalwandler 58, der Multivibrator und der Komparator 55 messen die Spannung der Batterie 14 und geben bei Änderung der Spannung von einem Bezugswert zu einem anderen ein digitales Signal an den Einstellzähler 73. Der Zeitgeberzähler 73 ist mit der Batterieladegerät-Schalteinheit 22 elektrisch verbunden, die ein überladen einer voll aufgeladenen Batterie 14 verhindert. Der aufgeladene Zustand wird letztlich durch eine langsame Änderung der Batteriespannung angezeigt, wobei diese langsame Änderung durch jene Zeit angezeigt wird, die zur Erhöhung der Batteriespannung von einem Bezugswert auf einen nächsten benötigt wird. " !

Darüber hinaus weist die Steuerschaltung 10 auch in der DT-Patentanmeldung 23 51 599.5 näher erläuterte Schaltungsanordnungen auf, die Signale auf irgendeiner der verschiedenen Leitungen vom Meßzähler 60 aufnimmt und Ausgangssignale entsprechend den Eingangssignalen und den intern erzeugten logischen Signalen entweder an den Zeitgeberzähler 73 oder die Batterieladegerät-Schalteinheit legt, damit irgendeine der verschiedenen Funktionen durchgeführt werden. Hierzu gehören beispielsweise (1) Abschalten des Batterieladegerätes, wenn die Batteriespannung eine maximale Spannung überschreitet; (2) Auswahl einer Abtastperiode zum Erkennen eines anfänglichen Änderungsbereiches der Spannung; (3) Einrichtung eines Hilfsschutzschaffung für große Abschaltzeiträume; und (4) das Decodieren der Ausgangssignale des Zeitgeberzählers 73 zu gewissen Zeitpunkten, in denen das Ausgangssignal codiert vorliegt und in der Schaltung nicht verarbeitet werden kann,

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zu der es übertragen werden soll.

Zum Aktivieren und Abschalten des Batterieladegerätes 12 weist die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 Schalter auf, die in Abhängigkeit von den über die Leitung 37 vom NICHT-ODER-Gatter 39 und über die Leitung 35 vom NICHT-ODER-Gatter 74 empfangenen Signale gesteuert werden, wobei die Regelung des Batterieladegerätes durch die Leitung 36 zwischen Batterieiadegerät 12 und Batterieladegerät-Schalteinheit angedeutet wird. Außerdem wird an die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 über die Leitung 38 die Batteriespannung gelegt, wobei diese Spannung als Bezugswert und als Energiequelle für verschiedene Schaltvorgänge innerhalb der Batterieladegerät-Schalteinheit 22 dient.

Während in einer bevorzugten Ausfuhrungsform die Steuerschaltung 10 die Batteriespannung abnimmt und das Batterieladegerät entsprechend der abgenommenen Spannung regelt, so kann auch in einer anderen Ausführungsform der Lädestrom anstelle der Batteriespannung zur Regelung gemessen werden. Die hierzu notwendigen Schaltungsänderungen sind dem Fachmann geläufig, und er kann sie mit der vorliegenden Beschreibung im Sinne der Erfindung vornehmen .

Der Zeitgeberzähler 73 besitzt einen elektrisch mit der Leitung verbundenen Rückstellausgang, einen mit der Leitung 75 verbundenen Zähleingang, einen mit der Leitung 33 verbundenen Einschalt-

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ausgang und einen mit der Leitung 30 verbundenen Abschaltausgang. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zeitgeberzähler 73 ein 12-stufiger MOS-Zähler.

Während der Zeitgeberzähler 73 in einem Aufladevorgang zählt, werden 1,72 Hz-Impulse über die Leitung 75 an seinen Zähleingang gelegt und bewirken bis zur Rückstellung durch einen positiven Impuls auf der Leitung 27 40 Minuten nach Zählbeginn das Auftreten eines Eingangsimpulses am Abschaltausgang und auf der Leitung 30. Durch diese Maßnahme mißt der Zähler 73 die Zeit zwischen Rückstellimpulsen und der zur Erhöhung der Batteriespannung um einen Bezugswert benötigten Zeit und liefert bei zu langer Zeit ein Abschaltsignal, denn ein so langer Zeitraum deutet darauf hin, daß die Aufladerate geringer als ein vorgegebener Wert ist. Ein zweiter Abschaltausgang kann zum Beenden des Aufladevorganges bei einer höheren Aufladerate verwendet werden. Beispielsweise sind für nur leicht entladene Batterien 5 Minuten nach Beginn des Aufladevorganges sinnvoll.

Falls die Batteriespannung die letzte Bezugsspannung überschreitet, so sollen jedesmal Rückstellimpulse erzeugt werden. Hierzu ist der als Komparator arbeitende Operationsverstärker 55 mit einem Eingang 61 zur Aufnahme der Batteriespannung über die Leitung 24 mit der Batterie verbunden und sein anderer Eingang 63 liegt über die Leitung 64 am Ausgang des Analog/Digitalwandlers 58.

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Die Spannungsbezugswerte sind diskrete Spannungsamplituden, deren Werte in vorgegebener Weise stufenweise erhöht sind. Der Spannungsbezugswert entspricht zu jedem Zeitpunkt der letzten Batteriespannung einer dieser Erhöhungsstufe. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine stufenweise Spannungserhöhung von 0,012 Volt vorgesehen, so daß die Spannungsbezugswerte zueinander einen Abstand von 0,012 Volt aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform treten etwa 1024 Spannungsbezugswerte während eines typischen Batterieaufladevorganges auf. Für andere Batteriearten oder Aufladevorgänge kann natürlich auch eine andere Anzahl von Spannungsbezugswerten vorliegen.

Zur Erzeugung der Spannungsbezugswerte weist der Zähler 60 eine Mehrzahl von Ausgängen auf, beispielsweise die Ausgänge 72A bis 721 in Figur 1, wobei bestimmte Ausgänge mit verschiedenen Eingängen des Analog/Digitalwandlers verbunden sind, so daß der Analog/Digitalwandler 58 in einem Zählvorgang veranlaßt wird, eine Spannung an den Eingang 63 des Komparators 55 zu übertragen, die dem jeweiligen Zählerstand des Zählers 60 entspricht.

Der Zähler 60 wird immer dann weitergestellt, wenn die Batteriespannung auf der Leitung 24 den letzten auf der Leitung 64 liegenden Bezugswert übersteigt. Dies führt zu einer Aktivierung des Multivibrators 62 über die Leitung 66. Hierbei erzeugt der Multivibrator 62 Impulse, die über die Leitung 68 an den Zähler übertragen werden und die den Zählerstand im Zähler 60 erhöhen. Wird der Zählerstand erhöht, so treten neue Bezugsspannungen am Ausga:

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des Analog/Digitalwandlers 58 auf, bis die Spannung am Eingang gleich oder größer als die Spannung am Eingang 61 ist. In dem Fall ist die Ausgangs spannung des !Comparators 55 Null und der Multivibrator 62 wird angehalten.

Die Ausgänge 72A bis 721 des Zählers 60 geben jederzeit ein Signal an, das auf den nächsthöheren hinweist, auf die letzte Spannung folgenden Bezugswert, mit welcher der vorhergegangene Aufladevorgang durchgeführt wurde. Diese Signale sind daher ein Maß für die Batterieladespannung und können für viele Zwecke verwendet werden, von denen einer die Steuerung der internen Logik im Batterieladegerät und in der Steuerschaltung 10 ist.

Eine wichtige steuerbare logische Funktion ist das Einschalten eines Ladevorganges, wenn die mit dem Ladegerät 12 und der Steuerschaltung 10 verbundene Batterie 14 längere Zeit nicht verwendet wurde, beispielsweise, wenn sie über einen Zeitraum von 2 1/2 Tagen, aufbewahrt wurde, wie es für batteriebetriebene Golfcarts vorkommen kann.

Um eine der letzten vom Zähler 60 erzeugten Bezugsspannung entsprechende Spannung an den positiven Eingang des Operationsverstärkers 55 zu legen, weist der Analog/Digitalwandler 58 mehrere Eingänge auf, die alle mit verschiedenen Ausgängen des Zählers 60 verbunden sind. Der Analog/Digitalwandler 58 formt die vom Zähler 60 übertragenen digitalen Signale in entsprechende Spannungen um und überträgt sie über die Leitung 64 an den negativen Eingang des Operationsverstärkers 55. In einer Ausführungsform ist

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der Analog/Digitalwandler 58 eine Widerstandsleiter, es sind jedoch auch andere Bauarten verwendbar.

Um 1,72 Hz Zählimpulse an den Zeitgeberzähler 73 zu legen, ist der Eingang eines zeitgesteuerten Multivibrators 29 über die Leitung 28C mit dem Ausgang 72E des Zählers 60 verbunden, wobei auf der Leitung 28C ein Signal vom Ausgang 72E des Zählers aufscheint, wenn die Batteriespannung den Wert von 39,7 Volt erreicht. Auf dieses Signal hin wird der zeitgesteuerte Multivibrator 29 aktiviert und überträgt 1,72 Hz Impulse über die Leitung 32, das ODER-Gatter 77 und die Leitung 75 an den Zeitgeberzähler 73.

Um ein vollständiges Entladen der Batterie bei langer Lagerung zu verhindern, wirken der Meßzähler 60 und der Zeitgeberzähler nach Abschluß eines Ladevorganges in der Weise zusammen, daß sie einen Zeitraum von 2 1/2 Tagen messen und nach Ablauf dieser Zeit über die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 einen neuen Aufladevorgang auslösen.

Um während der Lagerung einer Batterie in periodisch wiederkehrenden Abständen einen Aufladevorgang auszulösen, liefert das Ausgangssignal von Ausgang 721 einen Einzelimpuls an den Zeitgeberzähler 73, um diesen jeweils um eine Zähleinheit zu erhöhen, wenn der Meßzähler 60 all seine Zählstufen durchlaufen hat, wobei ein Ausgangssignal vom Zeitgeberzähler 73 an die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 übertragen wird, welches das Batterieladegerät

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nach etwa 2 1/2 Tagen der Lagerung aktiviert. Um den Zähler 60 nach Abschluß eines Aufladevorganges bis zu seiner höchsten Zählstufe durchzählen zu lassen, liefert der Multivibrator 62 weiterhin 10 Hz Impulse über die Leitung 68 an den Zähler 60 und läßt diesen bis zum Ausgang 721 weiterzählen, an dem ein Impuls auftritt und über die Leitung 28D den Zähler zurückstellt und den Vorgang periodisch wiederholt.

Um den Einstellzähler während der Lagerung der Batterie aufwärtszählen zu lassen, werden die über die Leitung 28D übertragenen Impulse über ein ODER-Gatter 77 und die Leitung 75 zum Zähleingang des Zeitgeberzählers 73 übertragen, wodurch der Zeitgeberzähler auf dieselbe Weise wie während eines Aufladevorganges aufwärtszählt, die Zählfrequenz ist jedoch bedeutend geringer, da die über die Leitung 28D übertragenen Zählimpulse jeweils nur einmal nach dem vollständigen Durchlaufen aller Zählstufen des Meßzählers 60 aufscheinen. Wenn der Zeitgeberzähler 73 bis zum Zählausgang 512 erhöht wurde, dann wird über die Leitung 33 ein Impuls an das NICHT-UND-Gatter 74^lübertragen, welches einen Impuls an die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 liefert, die ihrerseits einen später näher zu erläuternden Aufladevorgang auslöst.

Um die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 schnell abzuschalten und Relais-Kontaktprellen zu vermeiden, weist die Steuerschaltung 10 einen Detektor 76 zum Erkennen eines unterbrochenen Schalt- , kreises auf, der beim Unterbrechen der elektrischen Verbindung

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zur Batterie einen Impuls erzeugt und diesen an das NICHT-ODER-Gatter 39 überträgt, welches seinerseits über die Leitung 37 mit der Batterieladegerät-Schalteinheit 22 verbunden ist, die das Batterieladegerät 12 schnell in einer später näher zu erläuternden Weise abschaltet.

Figur 2 zeigt ein schematisches Schaltbild der Batterieladegerät-Steuereinheit 22, des Detektors 76 zum Erkennen eines unterbrochenen Stromkreises, die Rückstellschaltung 85 für den Zeitgeberzähler und die Rückstellschaltung 89 für den Meßzähler 60. Darüber hinaus gehört zur Batterieladegerät-Schalteinheit 22 ein Leistungsregelrelais 134, ein Handschalter 136, ein Steuerrelais 138 und ein Hauptlogikschalter 142.

Das Batterieladegerät 12 wird immer dann abgeschaltet, wenn ein Signal auf der Leitung 37 durch das NICHT-ODER-Gatter 39 entweder vom Rückflankendetektor 31 am Ende eines Aufladevorganges oder vom Detektor 76 zum Erkennen eines unterbrochenen Schaltkreises aufscheint. Dies ist dann der Fall, wenn die Batterie 14 vom Batterieladegerät 12 abgeklemmt wird.

Zum Abschalten des Batterieladegerätes 12 beim Auftreten eines Signals auf der Leitung 37 weist der Hauptlogikschalter 142 einen mit seiner Basis über einen Widerstand 148 an der Leitung 37 liegenden npn-Transistor 144 auf. Zur Erzeugung einer Spannung am Kollektor des Transistors 144 ist dieser über Widerstände 152 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden.

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Zur Steuerung des Leistungsregelrelais 134 in Abhängigkeit von den Befehlen vom Hauptlogikschalter 142 weist das Steurrelais 138 eine mit einer Diode 156 parallel beschaltete Relaiswicklung 154 auf, die an einem Ende am Kollektor eines npn-Transistors 158 liegt, dessen Emitter über eine Diode 160 am negativen Pol der Batterie liegt. Das andere Ende der Relaiswicklung 154 liegt am Emitter des Transistors 144, an einer positiven Versorgungsspannung 145 und an einer Platte des Kondensators 162, dessen andere Platte elektrisch mit dem Kollektor des Transistors 144

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verbunden ist. Eine Zenerdiode 164 ist auf der Kathodenseite mit dem Kollektor des Transistors 144 und mit einer Seite des Kondensators 162 verbunden, während ihre Anode an der Basis des Transistors 158 hängt.

Zum Ein- und Abschalten des Batterieladegerätes 12 weist das Leistungsregelrelais 134 eine mit einer Diode 168 parallel beschaltete Wicklung 166 auf, deren eines Ende über eine Leitung an einer negativen Spannung und deren anderes Ende über eine Leitung 171 und ein paar normalerweise offener Kontakte 174 an einer positiven Spannung liegt, wobei die Kontakte 174 durch das Steuerrelais 138 betätigt werden und mit einem Kontakt über einen Strombegrenzungswiderstand 173 an der Anode der Schutzdiode 172 und an einem Ende der Wicklung 166 liegen, wobei durch den Widerstand die Batteriespannung auf einen logischen Wert abgesenkt wird. Der andere Relaiskontakt ist elektrisch mit einem der feststehenden Kontakte des Handschalters 136 und einer positiven Spannungsquelle Verbunden, wobei der andere feststehende Kontakt des Handschalters 136 an einer Seite der Wicklung 166 hängt. Durch

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Niederdrücken von Hand werden die feststehenden Kontakte des Handschalters 136 verbunden. Fließt Strom durch die Wicklung 166, dann werden die Kontakte 175 des Leistungsregelrelais 134 zum Einschalten des Batterieladegerätes 12 geschlossen.

Um eine Spannung nur im eingeschalteten Zustand des Batterieladegerätes an die Schaltungselemente zu bringen, ist die Kathode der Schutzdiode 172 mit der Widerstandsanordnung*152 und einer Versorgungsleitung für die Steuerschaltung 10 verbunden und die Anode der Diode 160 liegt an einer anderen Versorgungsleitung 161 für die Steuerschaltung 10.

Wird die Batterie 14 von der Steuerschaltung 10 und dem Batterieladegerät 12 abgeklemmt, dann kann an den Kontakten der Relais 134 und 138 Kontaktprellen auftreten. Die Ursache dafür ist die gleichgerichtete Spannung auf den Leitungen 170 und 171 vom Batterieladegerät, die in Form einer Spannungsschwankung auftritt. Die Steuerschaltung besitzt eine Neigung zum Ein- und Ausschalten, wenn die Wellenberge und -täler dieser Wechselspannung auftreten. Kontaktprellen tritt bei angeschlossener Batterie nicht auf, da die Klemmen der Batterie die Leitungen 170 und 171 auf einer konstanten Gleichspannung halten.

Zur Verminderung des Kontaktprellen und zur Verlängerung der Lebensdauer der Anordnung weist der Detektor 76 einen mit einer Seite an der Leitung 171 liegenden Kondensator 91 auf, der üblicherweise mit dem positiven Pol der Batterie 14 verbunden

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ist und welcher mit seiner anderen Platte über eine Leitung mit dem Eingang des NICHT-ODER-Gatters 39 verbunden ist. Eine erste Diode 92 liegt mit ihrer Kathode an der Leitung 93 und mit ihrer Anode an Erde, um die negativen Oberschwingungen vom Batterieladegerät abzuschneiden. Eine zweite Diode 94 ist anodisch mit der Leitung 93 und kathodisch mit der Leitung verbunden, um die positiven Überschwingungen vom Batterieladegerät auf einem für die logische Schaltung unschädlichen Wert zu halten, wobei ein Widerstand 96 parallel zur zweiten Diode liegt.

Bei dieser Anordnung wird die gleichgerichtete Gleichspannung über den Kondensator 91 übertragen und erzeugt auf der Leitung 93

einen positiven Impuls, der an einem bestimmten Eingang des NICHT-ODER-Gatters 39 beim Abklemmen der Batterie aufscheint, wobei dieser positive Impuls an die Basis des Transistors 144 gelangt, diesen leitend macht und den Transistor 158 sperrt und dadurch das Relais 138 abfallen und die Kontakte 174 öffnen

läßt, wodurch das Relais 134 ebenfalls abfällt. Hierdurch wird das Batterieladegerät 12 durch Unterbrechen der Energiezufuhr über die Relaiskontakte 175 schnell abgeschaltet und ein Kontaktprellen unterbunden. Der Rückflankendetektor 131 liegt am anderen Eingang des NICHT-ODER-Gatters 39 zum Abschalten des Batterieladegerätes am Ende eines Aufladevorganges.

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Um in Verbindung mit einer gelagerten und nicht verwendeten Batterie in periodisch wiederkehrenden Abständen einen Aufladevorgang durchzuführen, stellen Rückstellschaltungen den Meßzähler 60 und den Zeitgeberzähler 73 nach Abschluß jedes einzelnen Aufladevorganges zurück. Der für den Zähler 60 Impulse liefernde Multivibrator 62 (Figur 1) bleibt weiterhin aktiviert zur Abgabe von Impulsen an den Zähler 60 nach dem Aufladevorgang, wobei der Meßzähler 60 und der Zäitgeberzähler 73 in der Weise miteinander verbunden sind, daß eine Zählung an den Zeitgeberzähler immer dann übertragen wird, wenn der Meßzähler bis zu seinem höchsten Wert durchgezählt hat. Wenn ein vorgegebener Zählwert im Zeitgeberzähler erreicht wird, gibt dieser eine Spannung an die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 zum Einschalten eines Aufladevorganges ab.

Zur Rückstellung des Meßzählers 60 weist die Meßzählerrückstellschaltung 189 eine Diode 112, einen Inverter 114, einen Kondensator 116, eine Filter- und Gleichrichterschaltung 119, sowie ein NICHT-ODER-Gatter 118 auf. Eine Seite des Kondensators ist geerdet, und die andere mit dem Eingang des Inverters und der Kathode der Diode 112 verbunden, wobei die Anode der Diode 112 an der Kathode der Diode 172 liegt, die während eines Aufladevorganges eine Bezugsspannung aufrecht erhält. Die Bezugsspannung wird durch den Spannungsabfall der Batteriespannung über den Widerstand 173 erhalten.

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Um während eines Aufladevorganges eine negative Ausgangsspannung an den Meßzähler 60 zu legen, ist der erste der beiden Eingänge des NICHT-ODER-Gatters 118 mit der Wechselstromseite der Sekundärwicklung des im Batterieladegerät 12 liegenden Transformators am Punkt 121 mit der Filter- und Gleichrichterschaltung 119 verbunden, während der zweite der beiden Eingänge des NICHT-ODER-Gatters 118 mit dem Ausgang des Inverters 114 in Verbindung steht. Während eines Aufladevorganges wird eine gefilterte positive Spannung an den ersten Eingang des NICHT-ODER-Gatters 118 mittels der Filter- und Gleichrichterschaltung 119 gelegt und eine negative Spannung wird an den zweiten Eingang des NICHT-ODER-Gatters 118 über den Inverter 114 geführt, wodurch eine negative Ausgangsspannung am Meßzähler 60 und am NICHT-ODER-Gatter 120 der Rückstellschaltung 85 für den Zähler 73 erscheint.

Ein positiver Rückstellimpuls wird durch diese Schaltung am Ende eines Aufladevorganges an den Zeitgeberzähler 73 geführt, da die Spannung am Punkt 121 gleichzeitig mit dem Abschalten des Batterieladegerätes 12 auf Erdpotential abfällt, während der Eingang des Inverters 114 aufgrund des Kondensators 116 selbst dann auf einem positiven Potential verbleibt, wenn die Spannung an der Kathode der Diode 172 ebenfalls gleichzeitig abfällt. Dementsprechend wird an den ersten Eingang des NICHT-ODER-Gatters 120 eine negative Spannung von der Filter- und Gleichrichterschaltung 119 und an den zweiten Eingang dieses Gatters eine negative Spannung vom Inverter 114 übertragen, was zu diesem Zeitpunkt eine positive Ausgangsspannung bedeutet.

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Ist der Kondensator 116 entladen, dann erhält der Inverter 114 eine negative Eingangsspannung, was zu einer positiven Spannung am zweiten Eingang des NICHT-ODER-Gatters 118 führt. Gleichzeitig wird aber an den ersten Eingang dieses Gatters eine negative Spannung übertragen und das NICHT-ODER-Gatter 118 liefert eine negative Ausgangsspannung an den Zähler 60 während des 2 1/2 Tagezeitraumes vor dem automatischen Einschalten; der Zähler 60 zählt also während dieser Zeit. Diese Spannungen treten ebenfalls am NICHT-ODER-Gatter 120 der Rückstellschaltung 85 auf.

Der die Rückstellung in der Rückstellschaltung 89 und 85 bewirkende Eingangsimpuls zur Diode 112 wird von der Kathode der Diode 172 immer dann zugeführt, wenn die Relaiskontakte 174 am Ende eines Ladevorganges geöffnet werden. Bei dieser Anordnung werden der Meßzähler 60 und der Zeitgeberzähler 73 jeweils am Ende jedes Aufladevorganges durch ihre zugehörigen Rückstellschaltungen 89 und 85 zurückgestellt. Wird der Zähler 73 durch einen Impuls auf der Leitung 26 oder vom NICHT-ODER-Gatter 118 zurückgestellt, dann wird das invertierte Ausgangssignal vom NICHT-ODER-Gatter 120 über die Leitung 66 (Figur 1 und 2) dem Multivibrator 62 (Figur 1) zugeführt, um diesen anzustoßen und das Zählen im Zähler 60 zu beginnen.

Um einen Aufladevorgang nach dem Verstreichen von 2 1/2 Tagen nach dem letzten Aufladevorgang auszulösen, weist die Steuereinheit 22 eine Verriegelungsschaltung 103 auf, deren Eingang mit dem

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Ausgang des NICHT-UND-Gatters 74 verbunden ist und deren Ausgang über einen Inverter 106 und einen Widerstand 108 am Kollektor des Transistors 144 im Hauptlogikschalter 142 liegt. Zur Verriegelungsschaltung 103 gehören ein erstes und ein zweites NICHT-UND-Gatter 100 und 102 mit jeweils zwei Eingängen, wobei einer der Eingänge des NICHT-UND-Gatters 100 mit dem Ausgang des NICHT-UND-Gatters über die Leitung 35 verbunden ist und der andere Eingang des NICHT-UND-Gatters 100 mit dem Ausgang des NICHT-UND-Gatters 102 in Verbindung steht, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des NICHT-UND-Gatters 100 verbunden ist und dessen anderer Eingang über die Leitung 27 am Punkt 110 Rückstellimpulse aufnehmen kann, die den an den Zeitgeberzähler 73 gelegten Rückstellimpulsen entsprechen, so daß die Verriegelung 103 immer dann zurückgestellt wird, wenn ein Rückstellimpuls am Zeitgeberzähler 73 am Ende eines Aufladevorganges auftritt oder wenn die Batteriespannung einen Bezugswert übersteigt.

Mit dieser Schaltungsanordnung wird ein vom Zeitgeberzähler 73 stammender Impuls an einen der beiden Eingänge des NICHT-UND-Gatters 74 gelegt, welches beim Auftreten eines auf keinen Aufladevorgang hinweisenden Eingangsimpulse vom Inverter 114 eine negative Eingangsspannung an das NICHT-UND-Gatter 100 überträgt. Dies führt zu einer positiven Ausgangsspannung für das NICHT-UND-Gatter 102, das über die Leitung 104 zur Einrichtung einer statischen Spannung am Inverter 106 verriegelt. Am Ausgang des Inverters 106 erscheint ein statischer, positiver Impuls, der an den Kollektor des Transistors 144 über den Widerstand 108

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zugeführt wird und diesen Transistor sperrt, wodurch der Transistor 158 leitend wird. Ist der Transistor 158 leitend, dann wird das
Relais 138 aktiviert, schließt seine Kontakte 174 und aktiviert
das Leistungsrelais 134, wodurch ein Aufladevorgang ausgelöst
wird.

Das Batterieladegerat 12 wird vor dem Anschluß der Batterie 14
aktiviert, wobei die Anschlüsse zur Batterie 1S auch die notwendigen Anschlüsse für das Steuergerät 10 enthalten.

Im Betriebsfall bei an der Batterie 14 angeschlossenem Batterieladegerat 12 liegt eine negative Spannung auf der Leitung 170 und eine positive Spannung auf der Leitung 171 (Figur 2) und am Punkt 145. Die an den Punkt 145 gelegte positive Spannung liefert eine Bezugsspannung an der Kathode der Diode 172, die ihrerseits eine Spannung über die Zenerdiode 164 an den Transistor 158 führt,
wodurch ein Strompfad von der positiven Spannungsquelle 145 über die Relaiswicklung 154 und den Transistor 158 gegeben ist. Wird
die Relaiswicklung 154 von Strom durchflossen, dann zieht das
Relais 138 an, die Kontakte 174 schließen und aktivieren das
Relais 134. Hat das Relais 134 angezogen, dann sind die Kontakte 175 zur Aktivierung des Batterieladegerätes 12 geschlossen.

Während das Ladevorganges wird die Batteriespannung gemessen und beim überschreiten eines vorgegebenen Wertes oberhalb eines
Bereiches von langsamer Aufladeänderung beginnt der Zeitgeberzähler 73, die Batteriespannungsänderung bis zum vollen Aufladen

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zu messen und beim Abfallen der Aufladerate unter einen vorgegebenen Mindeständerungswert wird die Aufladung beendet.

Zur Messung der Batteriespannung zählt der Zähler 60 (Figur 1) aufwärts bis zu einem der Batteriespannung entsprechenden Wert und folgt der Erhöhung der Batterispannung stufenweise mit deren Erhöhung, wobei ein Ausgangssignal immer dann auf der Ausgangsleitung 26 erscheint, wenn die Batteriespannung über den vom Zähler 60 erzeugten letzten Bezugswert steigt.

Um den Zähler 60 bis zu dem gerade oberhalb der Batteriespannung liegenden Bezugswert zählen zu lassen, wird die Batteriespannung an den nicht invertierenden Eingang 61 des Operationsverstärkers 55 gelegt, in welchem sie mit der Ausgangsspannung des Analog/Digitalwandlers 58 verglichen wird und die hierbei erhaltene Ausgangsspannung wird an den invertierenden Eingang 63 über die Leitung 64 zugeführt.

Zu Beginn eines Aufladevorganges weist der Analog/Digitalwandler 58 eine niedere Ausgangsspannung auf, so daß der Komparator 55 eine positive Ausgangsspannung an den Multivibrator 62 überträgt, der seinerseits eine Reihe von Taktimpulsen über die Leitung 68 an den Zähler 60 legt, die den Zählerstand erhöhen.

Zum Anlegen einer analogen Spannung an den invertierenden Eingang 63 des Komparators 55 erhält der Analog/Digitalwandler 58 den digitalen Zählerstand vom Zähler 60 und setzt ihn in einen ent-

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sprechenden analogen Wert um. Auf diese Weise vergleicht der Komparator 55 fortlaufend die Batteriespannung mit der vom Zähler 60 erzeugten und der letzten Bezugsspannung entsprechenden analogen Spannung, wobei die Batteriespannung über die Leitung 24 und die Bezugsspannung über die Leitung 64 an den Komparator 55 geführt werden.

Der Zeitgeberzähler 73 ist zu Beginn eines Aufladevorganges zurückgestellt. Zu diesem Zeitpunkt sind keine Zählimpulse über die Leitung 32 an den Eingang des Zeitgeberzählers 73 gelegt.

Dadurch wird ein Zählen des Zeitgeberzählers 73 während des Anlegens der Batteriespannung an den Komparator 55 zu dem Zeitpunkt vermieden, in dem sich ganz am Anfang eines Aufladevorganges die Batteriespannung sehr geringfügig ändert. Ein schnelles Abbrechen des Aufladevorganges wird hierdurch verhindert .

überschreitet die Batteriespannung einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 39,7 Volt in einer bevorzugten Ausführungsform, dann aktiviert der Zähler 60 den Ausgang 72E und liefert damit eine Ausgangsspannung über die Leitung 28C für den zeitgesteuerten Multivibrator 29, der seinerseits 1,72 Hz Impulse über die Leitung 32 an den Zähler 73 weitergibt und dessen Zählerstand erhöhen läßt, überschreitet die Batteriespannung eine durch den Zähler 60 gelieferte Bezugsspannung um einen vorbestimmten Wert, dann wird jedesmal ein positiver Rückstellimpuls über die Leitung 27 an den Rückstelleingang des Zeitgeberzählers 73 gelegt und dieser zurückgestellt.

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40 Minuten nach dem letzten Rückstellimpuls, also bei einem Zählerstand von 4 096, liefert der Zeitgeberzähler 73 an dem mit der Leitung 30 verbundenen Ausgang ein Signal. Dieses wird der Batterieladegerät-Schalteinheit 22 über den Rückflarikendetektor 31 und das NICHT-ODER-Gatter 39 zugeführt, und veranlaßt die Schalteinheit 22, das Batterieladegerät 12 abzuschalten.

Die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 arbeitet auf dieselbe Art und Weise unabhängig davon, ob ein Signal vom Rückflankendetektor 31 oder ein Signal vom Detektor 76 zum Erkennen eines unterbrochenen Stromkreises über das NICHT-ODER-Gatter 39 auf die Leitung 37 übertragen wird. In jedem Fall deaktiviert die Schalteinheit 22 das Batterieladegerät 12 zunächst durch Deaktivieren des Steuerrelais 138 (Figur 2) und hierauf wird als Folge der Deaktivierung des Steuergerätes 138 das Leistungsrelais 134 deaktiviert.

Zum jederzeitigen Deaktivieren des Steuerrelais 138 beim Auftreten eines positiven Signales auf der Leitung 37 wird der Transistor 144 durch den von seiner Basis zu seinem Emitter fließenden Strom aufgesteuert und läßt dadurch die Spannung an der* Kathode der Zenerdiode 164 auf den Wert der Spannungsquelle 145 absinken, wodurch diese Zenerdiode abgeschaltet wird. Wenn die Zenerdiode 164 sperrt, dann ist der Transistor 158 ebenfalls nichtleitend vorgespannt und das Relais 138 wird deaktiviert.

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Wird das Steuerrelais 138 deaktiviert, so öffnen sich die normalerweise offenen Kontakte 174 des Relais 138 und unterbrechen den Stromfluß durch die Wicklung 166 des Leistungsrelais 134. Wird der Stromfluß durch die Relaiswicklung 166 unterbrochen, dann fällt das Leistungsrelais 134 ab, die normalerweise offenen Kontakte können sich öffnen und das Batterieladegerät wird auf diese Weise deaktiviert.

Wenn das Batterieladegerät 12 deaktiviert wird, dann werden der Meßzähler 60 und der Zeitgeberzähler 73 jeweils durch die Rückstellschaltungen 89 und 85 zurückgestellt.

Zum Rückstellen des Meßzählers 60 mißt die Rückstellschaltung 89 den Spannungsabfall an der Kathode der Diode 172 beim Deaktivieren des Batterieladegerätes und überträgt einen entsprechenden Rückstellimpuls an den Zähler 60.

Zur Erkennung des Spannungsabfalles an der Kathode der Diode 172 ist der Kondensator 116 bis zum Deaktivieren des Batterieladegerätes 12 aufgeladen und entlädt sich dann, wobei er einen negativen Impuls an den Eingang des Inverters 112 und einen positiven Impuls an dessen Ausgang liefert, der wiederum an den Eingang des NICHT-ODER-Gatters 118 gelegt wird und zu einem positiven Ausgangsimpuls am NICHT-ODER-Gatter 118 führt, der zum Rückstellen des Zählers 60 an diesen übertragen wird.

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Zum Rückstellen des Zeitgeberzählers 73 empfängt die Rückstellschaltung 85 den vom NICHT-ODER-Gatter 118 an den Rückstelleingang des Meßzählers 60 gelieferten Rückstellimpuls und überträgt ihrerseits einen entsprechenden positiven Impuls an den Rückstelleingang des Zeitgeberzählers 73.

Zur Erkennung des an den Rückstelleingang des Zählers 60 gelegten Rückstellimpulses ist der Ausgang des NICHT-ODER-Gatters 118 an einen Eingang des NICHT-ODER-Gatters 120 gelegt, dessen Ausgang über den Inverter 122 an den Rückstelleingang des Zeitgeberzählers 73 geführt ist, so daß dieser Rückstelleingang immer dann einen positiven Impuls empfängt, wenn ein Rückstellimpuls an den Meßzähler 60 übertragen wird.

Mach Abschluß eines Aufladevorganges und nach dem Deaktivieren des Batterieladegerates kann ein neuer Aufladevorgang durch Niederdrücken des Handschalters 136 ausgelöst werden. Denn beim Niederdrücken dieses Handschalters 136 wird eine positive Spannung auf der Leitung 171 durch die Diode 172 über die Zenerdiode 164 zur Aufsteuerung des Transistors 158 übertragen, wodurch ein Strompfad von der positiven Spannungsquelle 145 durch die Relaiswicklung 154 des Steuerrelais 138 und den Transistor 158 gebildet wird. Dieser Strom aktiviert das Steuerrelais 138, schließt dessen Kontakte 174 zum Erregen des Leistungsrelais 134, indem ein Stromkreis von der positiven Versorgungsspannung 171 durch die Relaiswicklung 166 zur negativen Versorgungsspannung 170 entsteht.

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Wird kein neuer Aufladevorgang von Hand aus begonnen und bleiben das Batterieladegerät und die Batterie über einen längeren Zeitraum verbunden, dann wird ein neuer Aufladevorgang etwa alle 2 1/2 Tage automatisch eingeleitet. Mit dieser Anordnung wird beispielsweise eine aufbewahrte Golfcart-Batterie periodisch aufgeladen und in geladenem Zustand gehalten, wobei die Aufladevorgänge zur Vermeidung von Sulfatbildung hinreichend abgestimmt sind.

Zum Einrichten des Zeitraumes von 2 1/2 Tagen vor dem Aktivieren des Batterieladegerätes ist der Multivibrator 62 (Figur 1) über die Leitung 66 mit dem Ausgang des NICHT-ODER-Gatters 120 verbunden, das eine Aktivierungsspannung für den Multivibrator 62 immer dann liefert, wenn die Batteriespannung höher ist als die Spannung am Ausgang des Analog/Digitalwandiers 58 oder wenn der Komparator deaktiviert ist. Da der Komparator 55 bei deaktiviertem Batterieladegerät deaktiviert ist, liefert der Multivibrator 62 10 H2-Impulse während dieser Zeit über die Leitung 68 an den Meßzähler 60.

Der Ausgang 721 des Zählers 60 wird immer dann aktiviert, wenn der Multivibrator 62 4096 von dem Zähler 60 zu zählende Impulse überträgt. Wird der Ausgang 721 aktiviert, dann wird ein Impuls über die Leitung 28D durch das ODER-Gatter 77 und den Inverter 78 an den Zähleingang des Zeitgeberzählers 73 und erhöht dessen Zählerstand jeweils um eine Stufe, wenn der Multivibrator 62 4 096 bits an den Meßzähler 60 überträgt.

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Zählt der Zeitgeberzähler 73 am Batterieausgang 512 Zählimpulse des geringwertigsten Bits, was einem Zählerstand im Meßzähler von 2 097 152 Zählimpulsen entspricht, dann liefert der Zeitgeberzähler 73 einen positiven Impuls an das NICHT-üND-Gatter 74, das gleichzeitig einen Impuls von der Rückstellschaltung 89 für den Meßzähler (Figur 1) empfängt, was zu einem negativen Impuls am NICHT-üND-Gatter 100 in Figur 2 führt. Das NICHT-UND-Gatter 100 überträgt seinerseits einen negativen Impuls an das NICHT-UND-Gatter 102, welches mit einem positiven Ausgangspuls an das NICHT-UND-Gatter 100 rückkoppelt und diesen Ausgangsimpuls auch an den Inverter 106 überträgt, wodurch der Kollektor des Transistors 144 positiver und in diesem Zustand auch verriegelt wird und der Transistor 144 gesperrt ist. Ist der Transistor 144 nichtleitend, dann wird an die Basis des Transistors 158 eine positive Spannung gelegt, wodurch die Relaiswicklung 154 von Strom durchflossen werden kann.

Wird die Relaiswicklung 154 aktiviert, dann werden die Relaiskontakte 174 geschlossen und die Wicklung 166 des Relais 134 ebenfalls aktiviert, das Leistungsrelais 134 zieht an, die Kontakte 175 werden geschlossen und ein neuer Aufladevorgang kann beginnen.

Wird die Batterie 14 vom Batterieladegerät 12 abgeklemmt, dann erscheint auf den Leitungen 170 und 171 der gleichgerichtete Wechselstrom vom Batterieladegerät, da die Batterie diese beiden Zuleitungen nicht länger auf einer konstanten Gleichstromspannungsdifferenz hält. Der gleichgerichtete Wechselstrom

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koppelt über den Kondensator 91 und führt zu einer positiven Spannung an einem Eingang des NICHT-ODER-Gatters 39, wodurch der Transistor 144 leitend wird und die Spannung an der Basis des Transistors 158 reduziert.

Wird die Spannung an der Basis des Transistors 158 negativ, dann sperrt der Transistor 158 und die Relaiswicklung 154 des Steuerrelais 138 wird deaktiviert. Ist das Steuerrelais 138 abgefallen und sind seine Kontakte 174 offen, dann wird hierdurch die Wicklung 166 des Leistungsrelais 134 deaktiviert. Fällt das Leistungsrelais 134 ab und öffnen sich seine Kontakte 175, dann wird das Batterieladegerät 12 deaktiviert.

Diese Anordnung verhindert ein Kontaktprellen der Relaiskontakte 175 und 174 beim Abklemmen der Batterie. Ein solches Kontaktprellen würde nämlich auftreten, weil beim Abklemmen der Batterie die gleichgerichtete Wechselspannung vom Batterieladegerät, in der Steuerschaltung auftreten würde und entsprechend den Spannungsschwankungen die Relais zu öffnen und zu schließen trachtete. Der an den Transistor 144 gelegte steile, positive Impuls deaktiviert das Batterieladegerät 12 sehr schnell, ohne daß irgendein Kontaktprellen auftritt.

Aus dem vorstehend Gesagten wird klar, daß die erfindungsgemäße Steuerschaltung folgende Vorteile aufweist: (1) das Batterieladegerät 12 läßt sich während großer Aufbewahrungszeiträume periodisch wieder einschalten, um eine angeklemmte Batterie in

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geladenem Zustand zu erhalten und Sulfatbildung zu verhindern; und (2) es wird ein Kontaktprellen der Relaiskontakte beim Abklemmen der Batterie vom Batterieladegerät unterbunden.

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Claims (4)

- 30 Patentansprüche

1. Steuerschaltung für ein Batterieladegerät mit einer Einschaltanordnung zum periodischen Einschalten eines Aufladevorganges und mit einer Ausschaltanordnung zur Steuerung der Dauer der Aufladevorgänge entsprechend der Aufladerate für eine Batterie, wobei die Steuerschaltung mindestens einen Zähler zur Messung der Aufladerate aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (60 oder 73) mit einem Ausgang (33) über eine logische Schaltung (74) mit der Einschaltanordnung (103, 100, 102, 104, 106, 108) der Batterieladegerät-Schalteinheit (22) verbunden ist und mit einem Eingang an einem zwischen den Aufladevorgängen aktivierten Taktgeber (62) liegt, wobei eine Ruckstellschaltung (85 oder 89) zur Rückstellung des Zählers (60 oder 73) am Ende eines Aufladevorganges vorgesehen ist.

2. Steuerschaltung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zähler (60 und 73) in der Aufladebegrenzungs-Steueranordnung (58, 60, 55, 85, 73, 31, 39, 22) durch einen Schaltkreis (28D, 77, 75) mittels Verbindung einer hohen Zählstufe (721) des ersten Zählers (60) und des Einganges zweiten Zählers (73) in Reihe geschaltet sind, wobei ein Zählausgang von hoher Ordnung des zweiten Zählers (73) mit der logischen Schaltung

(74) verbunden ist.

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3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine (Ί71) der beiden zur Verbindung mit der Batterie (14) dienenden Leitungen über einen Impuls erzeugenden Schaltkreis (91, 92, 94) mit der Abschaltschaltung (39, 148, 144) der Batterieladegerät-Schalteinheit (22) verbunden ist.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltschaltung eine Verriegelungsschaltung (103) enthält, deren Eingangs-NIGHT-üND-Gatter (100) 'über eine Leitung (35) mit der logischen Schaltung (74) und mit seinem Ausgang über das NICHT-UND-Gatter (102) über eine Leitung (104) mit seinem zweiten Eingang rückgekoppelt und gleichzeitig mit den restlichen Elementen (106, 108) des Einschaltschaltkreises verbunden ist, wobei der andere Eingang des zweiten NICHT-UND-Gatters (102) über die Leitungen (27, 110) am Ausgang der Zeitgeberrückstellschaltung (85) liegt.

su:hu:bü

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