DE2461571C3 - Batterie-Ladeanordnung mit einer Zeitsteuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieladeanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung ist bekannt durch die GB-PS 7 03 424 oder die US-PS 35 99 072.

Die aus der GB-PS 7 03 424 bekannte Batterieladesnordnung umfaßt einen Zeitschaltermotor, der zum

"> weiteren Anlegen von Ladung an die Batterie Schalter periodisch schließt. Derartige Zeitschaltermotoren sind jedoch äußerst aufwendige Bauteile, die dem Verschleiß unterliegen, eine große Leistungsaufnahme haben, und die außerdem störanfällig sind.

in Aus der US-PS 35 99 072 ist ferner bereits eine Anordnung bekannt, bei der als Zeitschalter ein Halbleiter-Bauelement verwendet wird, das die Schaltperioden durch die Zeitkonstante einer in der Halbleiterschaltung enthaltenen Kondensator-Wider-

'. Standsschaltung festlegt. Obgleich diese Anordnung wirtschaftlicher ist als eine Zeitschaltung mit mechanischen Zeitschaltern, ist sie dennoch verhältnismäßig aufwendig. Außerdem sind die Schaltperioden auf wenige Minuten begrenzt, während Ladezeiten für

j» gelagerte Batterien zur Erzielung guter Resultate mehrere Stunden oder sogar Tage erfordern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine wirtschaftliche Steuerschaltung für ein Ladegerät zu schaffen, die Ladevorgänge automatisch nach einer vorgegebenen

.· > Zeitspanne auslöst, welche mehrere Stunden oder sogar Tage betragen sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Anordnung der eingangs erwähnten Art, welche die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

ui Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die erfindungsgemäße Steuerschaltung weist folgende Vorteile auf:

(1) Das Batterieladegerät 12 schaltet sich während _n großer Aufbewahrungszeiträume periodisch wieder ein, um eine angeklemmte Batterie in geladenem Zustand zu erhalten und Sulfatbildung zu verhindern; und

(2) es wird ein Pumpen der Relaiskontakte beim _((| Abklemmen der Batterie vom Batterieladegerät

unterbunden.

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

F i g. I ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen ι "> Batterieladeanordnung und einer Batterie; und

F i g. 2 ein schematisches Schaltbild eines Teiles der in F i g. 1 dargestellten Anordnung.

F i g. 1 zeigt eine Steuerschaltung 10, ein Batterieladegerät 12 und eine Batterie 14, die elektrisch miteinander '■'i verbunden sind. Zur Steuerschaltung 10 gehört eine Schaltungsanordnung zur Feststellung der Batteriespannung und zum Abschalten des Batterieladegerätes bei voll aufgeladener Batterie 14.

In den bevorzugten Ausführungsformen weisen das ^r>'> Batterieladegerät 12 und die Steuerschaltung 10 eine Anordnung auf, wie sie zum Aufladen von batteriebetriebenen Fahrzeugen, wie Golfcarts, Verwendung finden, jedoch können sie auch zum Aufladen für andere Zwecke bestimmter Batterien eingesetzt werden.
wi Zur Steuerung des Batterieladegerätes 12 weist die Steuerschaltung 10 einen Meßzähler 60, einen Taktgeber (Multivibrator) 62, eine Analog/Digital-Wandlerschaltung 58, einen Komparator 55, einen Zeitgeberzähler 73 und eine Batterieladegerät-Schalteinheit 22 auf. "> Der Meßzähler 60, die Analog/Digital-Wandlerschaltung 58, der Taktgeber 62 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 Zeitgeberzähler 73. Der Zeitgeberzähler 73 ist mit der Batterieladegerät-Schalteinheit 22 elektrisch verbunden, die ein Oberladen einer voll aufgeladenen Batisrie 14 verhindert. Der aufgeladene Zustand wird letztlich durch eine Verringerung der Änderung der Batteriespannung angezeigt, wobei diese Verringerung durch jene Zeit angezeigt wird, die zur Erhöhung der Batteriespannung von einen Bezugswert auf einen nächsten benötigt wird. Darüber hinaus weist die Steuerschaltung 10 eine Schaltungsanordnung auf, die Signale auf einer der verschiedenen Leitungen vom Meßzähler 60 aufnimmt und Ausgangssignale entsprechend den Eingangssignalen und den intern erzeugten logischen Signalen entweder an der: Zeitgeberzähler 73 oder die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 legt, damit eine der verschiedenen Funktionen durchgeführt wird. Hierzu gehören beispielsweise

(1) Abschalten des Batterieladegerät^s, wenn die Batteriespannung eine maximale Spannung überschreitet;

(2) Auswahl einer Abtastperiode zum Erkennen eines anfänglichen Änderungsbereiches der Spannung;

(3) Einrichtung einer Hilfsschutzschaltung 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, zu der es übertragen werden soll.

Zum An- und Abschalten des Batterieladegerätes 12 weist die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 Schalter auf, die in Abhängigkeit von den über eine Leitung 37 von einem NICHT-ODER-Gatter 39 und über eine Leitung 35 von einem NICHT-UND-Gatier 74 empfangenen Signale gesteuert werden, wobei die Regelung des Batterieladegerätes durch eine Leitung 36 zwischen Batterieladegerät 12 und Batterieladegerät-Schalteinheit 22 angedeutet ist. 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 der bevorzugten Ausführungsform die Steuerschaltung 10 die Batteriespannung abtastet und das Batterieladegerät entsprechend der abgetasteten Spannung regelt, kann in einer anderen Ausführungsform der Ladestrom anstelle der Batteriespannung zur Regelung gemessen werden. Die hierzu notwendigen SchaltungsänderunS;en sind dem Fachmann geläufig, und er kann sie mi¹ der vorliegenden Beschreibung im Sinne der Erfindung vornehmen.

Der Zeitgeberz^'iler 73 besitzt einen elektrisch mit einer Leitung 27 verbundenen Rückstellausgang, einen mit einer Leitung *5 verbundenen Zähleingang, einen mit einer Leitung 3^ verbundenen Einschaltausgang und einen mit einer Leitung 30 verbundenen Abschaltausgang. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zeitgeberzähler 73 ein 12-stufiger MOS-Zähler. t

Während der ZeitgeberzäMpr 73 in einem Aufladevorgang zählt, werden 1,72 nz-lmpulse über die Leitung 75 an seinen Zähieingang gelegt und bewirken bis zur Rückstellung durch einen positiven Impuls auf der Leitung 27, 40 Minuten nach Zählbeginn, das Auftreten t eines Eingangsimpulses am Abschaltausgang und auf der Leitung 30. Durch diese Maßnahme mißt der Zeitgeberzähler 73 die Differenz zwischen der Dauer der Rückstellimpulse und der zur Erhöhung der Batteriespannung um einen Bezugswert benötigten Zeit und liefert bei zu langer Zeit ein Abschaltsignai, denn ein zu 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 n Aufladevorganges sinnvoll.

Falls die Batteriespannung die letzte Bezugsspannung überschreitet, sollen jedesmal Rückstellimpulse erzeugt werden. Hierzu ist der Komparator (Operationsverstärker) 55 mit einem Eingang 61 zur Aufnahme der Ί Batteriespannung über eine Leitung 24 mit der Batterie verbunden und sein anderer Eingang 63 liegt über die Leitung 64 am Ausgang der Analog/Digital-Wandlerschaltung58.

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 der bevorzugten Ausführungsform ist eine stufenweise Spannungserhö- -i hung 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 Meßzähler 60 eine Mehrzahl von Ausgängen auf, . beispielsweise Ausgänge 72A bis 72/ in Fig. 1, wobei bestimmte Ausgänge mit entsprechenden Eingängen der Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 verbunden sind, so daß die Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 in einem Zählvorgang veranlaßt wird, eine Spannung an den Eingang 63 des Komparators 55 zu übertragen, die dem jeweiligen Zählerstand des Meßzählers 60 entspricht.

Der Meßzähier 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 Taktgebers 62 über eine Leitung 66. Hierbei erzeugt der Taktgeber 62 Impulse, die über eine Leitung 68 an den Meßzähler 60 übertragen werden und die den Zählerstand im Meßzähler 60 erhöhen. Wird der Zählerstand erhöht, so treten neue Bezugsspannungen am Ausgang der Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 auf, bis die Spannung am Eingang 63 gleich oder größer als die Spannung am Eingang 61 ist. In dem Fall ist die Ausgangsspannung des Komparators 55 Null und der Taktgeber 62 wird angehalten.

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

Eine wichtige steuerbare logische Funktion ist das Einschalten eines Ladevorganges, wenn die mit dem Batterieladegerät 12 und der Steuerschaltung 10 verbundene Batterie 14 längere Zeit nicht verwendet

wurde, beispielsweise, wenn sie über einen Zeitraum von 2'/2 Tagen aufbewahrt wurde, wie es für batteriebetriebene Golfcarts vorkommen kann.

Um eine der letzten vom Meßzähler 60 erzeugten Bezugsspannung entsprechende Spannung an den positiven Eingang des !Comparators 55 zu legen, weist die Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 mehrere Eingänge auf, die alle mit entsprechenden Ausgängen des Meßzählers 60 verbunden sind. Die Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 formt die vom Meßzähler 60 übertragenen digitalen Signale in entsprechende Spannungen um und überträgt sie über eine Leitung 64 an den negativen Eingang des (Comparators 55. Die Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 ist eine Widerstandsieiter; 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 eine Leitung 28C mit dem Ausgang 72Edes Meßzählers 60 verbunden, wobei auf der Leitung 28C ein Signal vom Ausgang 75£ des Meßzählers 60 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 eine Leitung 32, ein ODER-Gatter 77 und eine Leitung 75 an den Zeitgeberzähler 73.

Um ein vollständiges Entladen der Batterie bei langer Lagerung zu verhindern, wirken der Meßzähler 60 und der Zeitgeberzähler 73 nach Abschluß eines Ladevorganges in der Weise zusammen, daß sie einen Zeitraum von 2V2 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 72/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 nach etwa 2V2 Tagen der Lagerung aktiviert. Um den Meßzähler 60 nach Abschluß eines Aufladevorganges bis zu seiner höchsten Zählstufe durchzählen zu lassen, liefert der Taktgeber 62 weiterhin 10 Hz Impulse über die Leitung 68 an den Meßzähler 60 und läßt diesen bis zum Ausgang 72/ weiterzählen, an dem ein Impuls auftritt und über eine Leitung 28D den Zeitgeberzähler zurückstellt und den Vorgang periodisch wiederholt.

Um den Zeitgeberzähler 73 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 28Z? übertragenen Zählimpulse jeweils nur einmal nach dem vollständigen Durchlaufen aller Zählstufen des Meßzählers 60 erscheinen. Wenn der Zeitgeberzähler 73 bis zum Zählausgang 512 gelaufen ist, wird über die Leitung 33 ein Impuls an das NICHT-UND-Gatter 74 übertragen, 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-Pumpen zu vermeiden, weisl die Steuerschaltung 10 einen Detekior 76 zum Erkenner eines unterbrochenen Schaltkreises auf, der beim Unterbrechen der elektrischen Verbindung zur Batterie einen Impuls erzeugt und diesen an das NICHT-ODER-Gatter 39 überträgt, welches seinerseits über die Leitung 37 mit der Battcrieladegerät-Schalteinheit 22 verbunden ist, die das Batterieladegerät 12 schnell ir einer später näher zu erläuternden Weise abschaltet.

F i g. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild dei Batterieladegeräl-Schalteinheit 22, des Detektors 7f zum Erkennen eines unterbrochenen Stromkreises, die Rückstellschaltung 85 für den Zeitgeberzähler 73 unc eine Rückstellschaltung 89 für den Meßzähler 60 Darüber hinaus gehört zur Batterieiadegerät-Schaliein· heil 22 ein Leistungsschaltrelais 134, ein Handschaltei 136, ein Steuerrelais 138 und ein Hauptlogikschalter 142

Das Batterieladegerät 12 wird immer dann abgeschal tet, wenn ein Signal auf der Leitung 37 durch da: NICHT-ODER-Gatter 39 entweder von einem Rück flankendetektor 31 am Ende eines Aufladevorgange« oder vom Detektor 76 zum Erkennen eines unterbrochenen Schaltkreises erscheint. Dies ist dann dei 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 einen Widerstand 152 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden.

Zur Steuerung des Leistungsschaltrelais 134 in Abhängigkeit von den Befehlen vom Hauptlogikschalter 142 weist das Steuerrelais 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 Spannungsquelle 145 und an einer Platte eines Kondensators 162, dessen andere Platte elektrisch mit dem Kollektor des Transistors 144 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 Leistungsschaltrelais 134 eine mit einer Diode 168 parallel beschaltete Wicklung 166 auf. deren eines Ende über eine Leitung 170 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 einer Schutzdiode 172 und an einem Ende der Wicklung 166 liegen, wobei durch den Widerstand 173 die Batteriespannung auf einen passenden Wert abgesenkt wird. Der andere Kontakt 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 Niederdrücken von Hand werden die feststehenden Kontakte des Handschalters 136 verbunden. Fließt Strom durch die Wicklung 166, dann werden

die Kontakte 175 des Leistungsschaltrelais 134 zum Einschaltendes Batterieladegerätes 12geschlossen.

Um eine Spannung nur im eingeschalteten Zustand des Batterieladegerätes an die Schaltungselemente zu bringen, ist die Kathode der Schutzdiode 172 mit dem Widerstand 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 Pumpen 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. Das Pumpen tritt bei angeschlossener Batterie nicht auf, da die Klemmen der Batterie die Leitungen 170 und 171 auf einer konstanten Gleichspannung halten.

Zur Verminderung des Pumpens 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 ist und welcher mit seiner anderen Platte über eine Leitung 93 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 Überschwingungen vom Batterieladegerät abzuschneiden. Eine zweite Diode 94 ist anodisch mit der Leitung 93 und kathodisch mit einer Leitung 176 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 94 liegt.

Bei dieser Anordnung wird die gleichgerichtete Spannung 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 erscheint, 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 Pumpen unterbunden. Der Rückflankendetektor 31 liegt am anderen Eingang des NICHT-ODER-Gatters 39 zum Abschalten des Batterieladegerätes am Ende eines Aufladevorganges.

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 Meßzähler 60 Impulse liefernde Taktgeber 62 (F i g. 1) bleibt weiterhin aktiviert zur Abgabe von Impulsen an den Meßzähler 60. Ein Impuls an den Zeitgeberzähler 73 wird immer dann übertragen, wenn der Meßzähler bis zu seinem höchsten Wert durchgezählt hat Wenn ein vorgegebener Zähiwert 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 Meßzählrückstellschaltung 89 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 116 ist geerdet, und die andere mit dem Eingang des Inverters 114 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 Bezugspannung aufrechterhält. Die Bezugsspannung

ίο wird durch den Spannungsabfall der Batteriespannung über den Widerstand 173 erhalten.

Um während eines Aufladevorganges eine negative Ausgangsspannung an den Meßzähler 60 zu legen, ist der erste der beiden Eingänge des NICHT-ODER-Gat-

!5 ters 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 Zeitgeberzähler 73 erscheint.

Ein positiver Rückstellimpuls wird durch diese Schaltung am Ende eines Aufladevorganges an den Zeitgeberzähler 73 geführt, da die Spannung an einem 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 GIcichrichterschaltung 119 und an den zweiten Eingang dieses Gatters eine negative Spannung vom Inverter 114 übertragen, was zu diesem Zeitpunkt eine positive Ausgangsspannung bedeutet.

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 Meßzähler 60 während des 2V2 Tagezeitraumes vor dem automatischen Einschalten; der Meßzähler 60 zählt also während dieser Zeit Diese Spannungen treten ebenfalls am NICHT-ODER-Gatter 120 der Rückstellschaltung 85 auf.

Der die Rückstellung in den Rückstellschaltungen 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 Zeitgeberzähler 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 (Fig. 1 und 2)

dem Taktgeber 62 (Fig. 1) zugeführt, um diesen anzustoßen und das Zählen im Meßzähler 60 zu beginnen.

Um einen Aufladevorgang nach dem Verstreichen von 2V2 Tagen nach dem letzten Aufladevorgang auszulösen, weist die Schalteinheit 22 eine Verriegelungsschaltung 103 auf, deren Eingang mit dem 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-Galters 100 mit dem Ausgang des N!CHT-UND-Gatters 74 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 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 Eingangsimpulses 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 eine 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 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 Leistungsschaltrelais 134, wodurch ein Aufladevorgang ausgelöst wird.

Das Batterieladegerät 12 wird vor dem Anschluß der Batterie 14 aktiviert, wobei die Anschlüsse zur Batterie 14 auch die notwendigen Anschlüsse für die Steuerschaltung 10 enthalten.

Im Betriebsfall bei an der Batterie 14 angeschlossenem Batterieladegerät 12 liegt eine negative Spannung auf der Leitung !70 üv.a είπε positive Spannung auf αεΓ Leitung 171 (Fig.2) und an der Spannungsquelle 145. Diese 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 des Ladevorganges wird die Batteriespannung gemessen und beim Oberschreiten eines vorgegebenen Wertes oberhalb eines Bereiches von langsamer Aufladeänderung beginnt der Zeitgeberzähler 73, die Batteriespannungsänderung bis zum vollen Aufladen zu messen und beim Abfallen der Aufladerate unter einem vorgegebenen Mindeständerungswert wird die Aufladung beendet.

Zur Messung der Batteriespannung zählt der Meßzähler 60 (Fig. 1) aufwärts bis zu einem der Batteriespannung entsprechenden Wert und folgt der Erhöhung der Batteriespannung stufenweise mit deren Erhöhung, wobei ein Ausgangssignal immer dann auf der Ausgangssleitung 2f erscheint, wenn die Batteriespannung über den vom Meßzähler 60 erzeugten letzten Bezugswert steigt.

Um den Meßzähler 60 bis zu dem gerade oberhalb der Batteriespannung liegenden Bezugswert zählen zu

is lassen, wird die Batteriespannung an den nicht invertierenden Eingang 61 des Komparators 55 gelegt, in welchem sie mit der Ausgangsspannung der Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 verglichen und die hierbei erhaltene Ausgangsspannung an den invertierenden Eingang 63 über die Leitung 64 zugeführt wird.

Zu Beginn eines Aufladevorganges weist die Analog/ Digital-Wandlerschaltung 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 Meßzähler 60 legt, die den Zählerstand erhöhen.

Zum Anlegen einer analogen Spannung an den invertierenden Eingang 63 des Komparators 55 erhält die Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 den digitalen Zählerstand vom Meßzähler 60 und setzt ihn in einen entsprechenden analogen Wert um. Auf diese Weise vergleicht der Komparator 55 fortlaufend die Batteriespannung mit der vom Meßzähler 60 erzeugten im«J 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 Auflade-Vorganges 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 Voll, dann aktiviert der Meßzähler 60 den Ausgang 72E und liefert damit eine AusgängS&pannung über die Leitung 28C für den zeitgesteuerten Multivibrator 29, der seinerseits 1,72 Hz Impulse über die Leitung 32 an den Zeitgeberzähler 73 weitergibt und dessen Zählerstand erhöhen läßt. Überschreitet die Batteriespannung eine durch den Meßzähler 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.

40 Minuten nach dem letzten Rückstellimpuls, also bei einem Zählerstand von 4096, liefert der Zeitgeberzähler 73 an dem mit der Leitung 30 verbundenen Ausgang ein

SignaL Dieses wird der Batterieladegerät-Schalteinheit 22 über den Rückflankendetektor 31 und das NICHT-ODER-Gatter 39 zugeführt und veranlaßt die Schalteinheit 22, das Batterieladegerät 12 abzuschalten.

Die Batterieladegerät-Schalteinheit 22 arbeitet auf diese Art und Weise unabhängig davon, ob ein Signal vom Rückflankendetektor 31 oder ein Signal vom Detektor 76 zum Erkennen eines unterbrochenen Stromkreises über das N ICHT-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 (Fig. 2) und hierauf wird als Folge der Deaktivierung des Steuergerätes 138 das Leistungsschaltrelais 134 deaktiviert.

Zum jederzeitigen Deaktivieren des Steuerrelais 138 beim Auftreten eines positiven Signals 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.

Wird das Steuerrelais 138 deaktiviert, so öffnen sich dessen normalerweise offenen Kontakte 174 und unterbrechen den Stromfluß durch die Wicklung 166 des Leistungsschaltrelais 134. Wird der Stromfluß durch die Relaiswicklung 166 unterbrochen, dann fällt das ■Leistungsschaltrelais 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 Meßzählers 60 an diesen übertragen wird.

Zum Rückstellen des Zeitgeberzählers 73 empfängt die Rückstellschaltung 85 den vom N ICHT-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 Meßzählers 60 gelegten Rückstellimpulses ist der Ausgang des NICHT-ODER-Galters 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.

Nach Abschluß eines Aufladevorganges und nach dem Deaktivieren des Batterieladegerätes kann ein neuer Aufladevorgang durch Niederdrücken des Handschalters 136 ausgelöst werden. Denn beim Niederdrükken 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 Leistungsschaltrelais 134, indem ein Stromkreis von der positiven Versorgungsspannung 171 durch die Relaiswicklung 166 zur negativen Versorgungsspannung 170 entsteht.

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 2V2 Tage automatisch eingeleitet. Mit dieser Anordnung wird beispielsweise eine aufbewahrte Golfcart-Battcric periodisch aufgeladen und in geladenem Zustand gehalten, wobei die Aufladevorgänge zur Vermeidung von Sulfatbildung hinreichend abgestimmt sind.

Zum Einstellen des Zeitraumes von 2V2 Tagen vor dem Aktivieren des Batterieladegerätes ist der Taktgeber 62 (F i g. 1) über die Leitung 66 mit dem Ausgang des NICHT-ODER-Gatters 120 verbunden, das eine Aktivierungsspannung für den Taktgeber 62 immer dann liefert, wenn die Batteriespannung höher ist als die Spannung am Ausgang der Analog/Digital-Wandlerschaltung 58 oder wenn der Komparator deaktiviert ist. Da der Komparator 55 bei deaktiviertem Batterieladegerät deaktiviert ist, liefert der Taktgeber 62 Impulse von 10 Hz während dieser Zeit über die Leitung 68 an den Meßzähler 60.

Der Ausgang 72/des Meßzählers 60 wird immer dann aktiviert, wenn der Taktgeber 62 4096 von dem Meßzähler 60 zu zählende Impulse überträgt. Wird der Ausgang 72/ 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 Taktgeber 62 4096 bits an den Meßzähler 60 überträgt.

Zählt der Zeitgeberzähler 73 am Batterieausgang 512 Zählimpulse des geringwertigsten Bits, was einem Zählerstand im Meßzähler 60 von 2 097 152 Zählimpulsen entspricht, dann liefert der Zeitgeberzähler 73 einen positiven Impuls an das NICHT-UND-Gatter 74, das gleichzeitig einen Impuls von der Rückstellschaltung 89 für den Meßzähler (Fig. 1) empfängt, was zu einem negativen Impuls am NICHT-UND-Gatter 100 in Fig. 2 führt. Das NICHT-UND-Gatter 100 überträgt seinerseits einen negativen Impuls an das NICHT-UND-Gatter 102, welches mit einem positiven Aus-"ari^sinT^uls an das NICHT-UND-Gatter !00 rückko™-pelt 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 ebenfalls aktiviert, das Leistungsschaltrelais 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 Batteriela-

degerät, da die Batterie diese beiden Zuleitungen nicht langer auf einer konstanten Gleichspannungsdifferenz hält Der gleichgericiitete Wechselstrom koppelt über ilen 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 Leistungsschaltrelais 134 deaktiviert Dieses

öffnet seine Kontakte 175; damit wird das Batterieladegerät 12 deaktiviert.

Diese Anordnung verhindert ein Pumpen der Relaiskontakte 175 und 174 beim Abklemmen der Batterie. Ein solches Pumpen würde nämlich auftreten, weil beim Abklemmen der Batterie die gleichgerichtete Wechselspannung vom Bauerieladegerät 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 Pumpen auftritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Batterieladeanordnung mit einer Zeitsteuereinrichtung, die jeweils nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums einen Ladevorgang einleitet und mit einer Überwachungseinrichtung, die jeweils bei Erreichen des Volladezustandes den Ladevorgang unterbricht, insbesondere für die Ladungserhaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen Digital/Analogwandler sowie einen mit diesem verbundenen Meßzähler (60) aufweisende, an die Batterie (14) angeschlossene Analog/Digital-Wandlerschaltung (58) sowie ein die Zeitabstände zwischen den einzelnen Zählschritten des Meßzählers (60) messender und beim Oberschreiten einer vorgegebenen Dauer des Anstiegs der Batteriespannung um einen vorgegebenen Betrag die Schalteinheit (22) zum Abschalten eines Ladevorganges ansteuernder Zeitgeberzähler (73) vorgesehen sind, daß der Einschaltausgang des Zeilgeberzählers (73) über eine erste Leitung (33) und einen Eingang eines ersten Nicht-Und-Gatters (74) in eine die Batterieladeanordnung (12) aktivierende logische Speicherschaltung (103) innerhalb der Schalteinheit (22) führt, und daß die Rückstelleingänge des Zeilgeberzählers (73) und des Meßzählers (60) sowie der Starteingang eines den Meßzähler (60) ansteuernden Taktgebers (62) und der andere Eingang des ersten NICHT-UND-Gatters (74) an eine von der Schalteinheit (22) aktivierte Rückstellschaltung (89) angeschlossen sind, die zur Rückstellung des Meßzählers (60) und des Zeitgeberzählers (73) am Ende eines Ladevorganges dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hingang des Zeitgeberzählers (73) über zwei Leitungen (75, 28DJ und ein dazwischen liegendes ODER-Gatter (77) mit dem höchsten Zählausgang (72/; des Meßzählers (60) beaufschlagt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Schalter der Schalteinheit (22) bestehend aus einem NICHT-ODER-Gatter (39) mit nachgeschaltetem Vorwiderstand (148) und Transistor (144) über einen Impulsgenerator (91,92,94) an eine Batterieversorgungsleitung (171) angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Eingang einer logischen Speicherschaltung (103) bildendes zweites NICHT-UND-Gatter (100) an seinem ersten Eingang über eine Leitung (35) vom ersten NICHT-UND-Gatter (74) angesteuert ist und mit seinem Ausgang an einem ersten Eingang eines dritten NICHT-UND-Gatters (102) liegt, dessen Ausgang über eine Leitung (104) an den zweiten Eingang des zweiten NICHT-UND-Gatters (100) zurückgeführt und außerdem an einen einen elektronischen Einschalter bildenden Inverter (106) mit nachgeschaltetem Widerstand (108) angeschlossen ist, wobei der zweite Eingang des dritten NICHT-UND-Gatters (102) über die Leitungen (110 und 27) am Ausgang einer Zeitgeberrückstellschaltung (85) hängt.