DE2542487A1 - Steuerschaltung fuer batterieladegeraet - Google Patents

Description

pate ν TAr wait:

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

2000 HAMBURG 50,

KDNIGSTRASSE28 TELEFON: 381233 TELEGRAMME: KARPATENT TELEX: 212979 KARP D

22. Sept. 1975

W. 26853/715 20/Bt

Westinghouse Brake and

Signal Company Limited

London (England)

Steuerschaltung für Batterieladegerät Zusatzanmeldung zu Patent ... (Patentanmeldung P 23 51 601.0)

Die Erfindung bezieht sich auf Steuers'tromkreise bzw. Steuerschaltungen zur Batterieladung und insbesondere auf eine Verbesserung des Batterieladegerätes gemäss dem Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 23 51 601.0). Diese Anmeldung bezieht sich auf einen Batterieladesteuerstromkreis, in welchem der Zustand des Batterieladungsvorganges durch Messungen festgehalten und festgestellt wird, wenn der Batterieladestrom unterbrochen ist, und weist weiterhin eine Einrichtung auf, die während einer Unterbrechung wirksam ist, um eine Zeitperiode zeitlich zu steuern, weiterhin eine Einrichtung, die auf das Ende dieser Periode anspricht, um die Batteriespannung zu registrieren, eine Einrichtung, um die registrierte Batteriespannung mit der

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BANK: DEUTSCHE BANK AG, HAMBURG (BLZ 20070000), KONTO NR. «5/18823 · POSTSCHECK: HAMBURG 1428«-205

Batteriespannung zu vergleichen, welche früher während einer Unterbrechung des Ladestromes registriert worden ist, und weist schliesslich eine Einrichtung auf, welche auf das Ergebnis dieses Vergleichs anspricht, um den darauffolgend an die angeschlossene Batterie angelegten Ladestrom zu modifizieren, bzw. ihn überhaupt anzulegen oder nicht.

Es ist bekannt, dass währenddes Ladevorganges bestimmter Batterietypen, insbesondere von Bleisäurebatterien, ein Phänomen auftritt, welches Gasen benannt ist, d. h. , der Elektrolyt der Batterie dissoziiert in gasförmige Komponenten, welche in Form von Bläschen auftreten bzw. austreten können. Es ist für gewöhnlich erwünscht, den Batterieladungsstrom währenddes Gasens zu reduzieren, um so Zerstörungen zu vermeiden, welche ansonsten durch Aufrechterhaltung des Ladestroms auf einem höheren Pegel verursacht werden, welcher z. B. während der Phase vor dem Gasen oder in der Hauptphase (der sogenannten "Bulk"-Ladung) möglich ist. Wie bereits in der vorangehend genannten Patentanmeldung erwähnt, wurde angenommen, dass der Einsatzpunkt des Gasens unmittelbar vor demjenigen Punkt zu finden ist, bei dem eine bestimmte BatterieZellenspannung (2,35 V pro Zelle während des Ladens in dem in der vorgenannten Patentanmeldung beschriebenen Beispiel) erreicht wird. Es ist jedoch nun gefunden worden, dass der wahre Einsatz des Gasens durch eine vollständig unterschiedliche Methode festgestellt werden kann, obwohl im grundstäzlichen eine ähnliche Vorrichtung hierzu verwendet wird, wobei dieses Verfahren auf dem Erkennen bzw. der Kenntnis eines einzigen Punktes im zeitlichen Verlauf bzw. der Verteilung der Unterschiede zwischen aufeinanderfolgend registrierten Batteriespannungen abhängt, welche während Unterbrechungen des Ladevorgangs gemessen werden.

Gemäss der Erfindung ist eine Batterieladesteuerschaltung zur Steuerung des Ladevorganges einer Batterie geschaffen worden, wobei im Verlauf des Ladens der Gasungsvorgang an bestimmten Stufen während des Ladevorgangs eintreten kann

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wobei der Zustand der Ladung der Batterie durch Messungen festgehalten oder festgesetzt wird, wenn der Batterieladestrom unterbrochen wird, wobei ZeitSteuereinrichtungen vorgesehen sind, welche währenieiner Unterbrechung in Tätigkeit gesetzt werden, um eine Zeitperiode zeitlich zu steuern, eine Spannungsregistriereinrichtung vorgesehen ist, die auf das Ende dieser Periode anspricht, um die Batteriespannung zu registrieren, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit der Batteriespannung vorgesehen ist, welche früher während einer Unterbrechung des Ladestromkreises registriert worden ist, und wobei eine auf den Vergleich ansprechende Steuereinrichtung vorgesehen ist, die auf das Ergebnis des Vergleichs anspricht, um den Ladestrom, der darauffolgend an die angeschlossene Batterie angelegt wird, entweder anzulegen, nicht anzulegen oder zu modifizieren, wobei die auf den Vergleich ansprechende Steuereinrichtung auf ein Minimum zwischen ansteigenden und abfallenden Unterschieden zwischen den verglichenen registrierten Spannungen anspricht, welches für den Einsatz der Gasungsphase der Ladung der Batterie charakteristisch ist, um den La ιestramkreis auf einen zweckmässigen Pegel abzuändern, um die Batterie, während sie gast, zu laden.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Batterie um eine Bleisäurebatterie, jedoch kann auch irgendeine andere Art einer Batterie verwendet werden, welche entsprechende Charakteristiken in bezug auf ein Minimum oder einen anderen bestimmten Punkt in ihrem Betriebsverhalten bzw. ihrer Verteilung von relativen Inkrementen und Dekrementen aufgenommener Zellenunterschiede aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Batterieladegeräts.

Fig. 2 zeigt eine Kurve zur Beschreibung der Arbeitsweise des Ladegeräts nach Fig. 1.

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Die Fig. 3a und 3b sind ausführlicher dargestellte Schaltbilder von Teilen des Ladegeräts gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Kurve zur Beschreibung der Arbeitsweise der Teile des Ladegeräts gemäß Fig. 3.

Die Fig. 5a und 5b zeigen in schematischer Darstellung ein Blockschaltbilddiagramm eines Batterieladesteuerstromkreises.

Fig. 6 ist ein mit mehr Einzelheiten versehenes

Stromkreisdiagramm des Stromkreisdiagramms gemäß Fig. 5.

Fig. 7 zeigt einen Satz von Kurven, die den Abfall

in der Batteriespannung bei der Unterbrechung

des LadeVorgangs wiedergeben.

Fig. 8 zeigt einen Satz von Kurven der Spannung über

der Zeit und dient zur Erläuterung des Prinzips gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Batterieladegeräts nach der Erfindung. Der eigentliche Ladeschaltkreis erstreckt sich von dem Wechselspannungsanschluß, der normalerweise mit einer Wechselspannungsleitung verbunden ist, über die Kontakte des Schalters S 1 und 2 gesteuerter Halbleitergleichrichter SCR, die zum Steuern des Stromflusses in beiden Richtungen angeordnet sind, zur Primärwicklung eines Transformators Tl. Die Sekundärwicklung des Transformators T i ist mit einer Glättungsdrossel L 1 und mit den diagonal gegenüberliegenden Anschlüssen eines Diodenbrückengleichrichters D verbunden. Die anderen diagonal gegenüberliegenden Anschlüsse der Brücke D sind mit einem Anschluß für die zu ladende Batterie über einen Stromineßwiderstand Sh 1 verbunden, Der Meßwiderstand ist mit Anschlüssen A und B verbunden, so daß der Ladestrom Ι_ηΑφτι "¹^* einer geeigneten Einrichtung gemessen werden kann. Ein weiterer Anschluß C ist so vorgesehen, daß eine andere geeignete, mit den Anschlüssen CB verbundene Einrichtung

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die Spannung über der Batterie U_Ba_TT messen kann. Die Batterie ist mit BATT bezeichnet. Ein Zündpunktsteuerkreis FAC, der in einer später zu beschreibenden Weise betrieben wird, steuert den Phasenwinkel der Leitung der gesteuerten Gleichrichter SCR, so daß damit der Strom ■""BATT ^un(i damit die Stärke der Batterieladung gesteuert wird. Es ist klar, daß der Strom I_Ba_TT und die Spannung ^BATT durch Steuern des Zündwinkels verändert werden kann, um die Geschwindigkeit der Ladung zu steuern.

Es ist nun zweckmäßig, die Arbeitsweise des Batterieladegeräts zu beschreiben. Eine normal entladene Batterie, die mit dem Ladegerät verbunden wird, wird in drei bestimmten Stufen geladen. In der ersten Hauptstufe erfolgt die Ladung mit einem konstanten Strom I„, der entweder durch den maximalen Strom, den das Ladegerät liefern kann, oder durch den maximalen Strom bestimmt wird, der für die Batterie bezüglich ihrer Lebensdauer usw. zulässig ist. Es können natürlich auch andere Werte für den Strom I_ß verwendet werden, wie für den Fachmann ohne weiteres klar ist. Ferner braucht die Hauptphase nicht aus einem konstanten Strom zu bestehen. Z.B. kann während dieser Phase eine konstante Leistung von einer Quelle geliefert werden. Wenn die Energieversorgung eine begrenzte Kapazität hat, etwa eine 13 A—Steckdose, kann die minimale Ladungsdauer erreicht werden. Während der Hauptstufe wird die Batteriezellenspannung überwacht bzw, aufgezeichnet, und wenn ein Wert, der charakteristisch für das Einsetzen der Gasentwicklung in der zu ladenden Batterie ist, erreicht wird, wird die Hauptladung beendet.

In diesem Punkt beginnt die abnehmende Ladungsstufe. Während dieser Stufe wird der Strom mit steigender Batteriespannung vermindert entsprechend einer vorgegebenen Ladungs— verminderung. Während der Verminderungsstufe wird die Ladung in Intervallen unterbrochen und die Batteriespannung gemessen, um den Ladungszustand der Batterie abzuschätzen. Eine spezielle

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Methode der Abschätzung wird im einzelnen anschließend beschrieben. Wenn festgestellt wird, durch welche Methode auch immer, daß die Batterie voll geladen ist, wird die Verminderungsstufe ihrerseits beendet und die letzte, die Bereitschaftsstufe, beginnt. In der Bereitschaftsstufe wird die Batterie mit einem Wert des Stroms geladen, der kleiner ist als I_ß, wobei dieser Wert konstant sein oder verändert werden kann entsprechend der Verminderungs— charakteristik oder einer anderen gewünschten Funk-

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

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

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mit einer angezapften Drossel kann der gewünschte Erfolg jedoch nur erreicht werden i'ür einen bestimmten Wert der Eingangsspannung und einer bestimmten Batterie. Bei Änderungen in der Eingangsspannung und Änderungen in dem Batteriezustand während ihrer Lebensdauer kann das Ladegerät nicht mit seinem maximalen Wirkungsgrad betrieben werden. Es sei auch bemerkt, daß in bekannten Ladegeräten, in denen eine Form von gepulstem Strom verwendet wird, der Strom durch einen elektromechanischen Schalter im Primärkreis ein- und ausgeschaltet wird, wobei alle die wohlbekannten .Nachteile von elektromechanischen Einrichtungen bei häufiger starker Belastung auftreten. Aus der Fig. 1 kann entnommen werden, daß die gesteuerte Gleichrichteranordnung SCR in dem Primärkreis des Ladekreises aufgenommen ist. Die Drossel L 1 ist entsprechend dem maximalen Strom dimensioniert, den das Ladegerät liefern kann, während der gesteuerte Gleichrichter SCR als verlustarmes Steuerglied und Schalter arbeitet, das bei geeigneter Steuerung des Zündwinkels irgend eine von vielen Charakteristiken nur durch Änderung von Schaltkreiskonstanten erzeugen kann und auch den Ladestrom ein- und ausschalten kann, ohne daß die mit den früher verwendeten elektromechanischen Kontakten verbundene Abnutzung und Beschädigung auftritt. Solche Charakteristiken können eine schrittweise Annäherung einer gradlinigen Abnahme enthalten. Ein einfacher Schalter S 1 ist in der dargestellten Anordnung nur aus Gründen des elektrischen Schutzes vorgesehen.

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

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rät mit einer geeigneten elektrischen Stromversorgung verbunden ist und daß durch eine geeignete, vorzugsweise mechanische Einrichtung der Schalter S 1 geschlossen wurde. Die Leitung Ιώαφφ = 0 führt ein Signal, das das Leiten von SCR verhindert, und da keine Batterie mit den Anschlüssen des Ladegeräts verbunden ist, entsteht auch keine Spannung über den Anschlüssen B und C. Alle logischen Schaltkreise werden in diesem Zustand auf einen Startzustand gebracht. Das Spannungssignal U_ZEt» das durch die Schaltung V_gIG erzeugt wird, ist daher kleiner als 1,5 Volt pro Zelle des Typs der Batterie, für den das Ladegerät entworfen ist. Entsprechend erzeugt der Stromkreisblock des Batteriezellen-Spannungsabtaster VS, der mit 1,5 bezeichnet ist, ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß die Zellenspannung kleiner als 1,5 ist, um das Arbeiten der Folgesteuerung SC zu verhindern und um ein Sperrsignal auf der Leitung ΙβΑφφ = 0 zu erzeugen. Die Polgesteuerung SC ist im einzelnen in Fig. 3 dargestellt. Dieses Signal sperrt das Arbeiten der Zündwinkelsteuerschaltung FAC und verhindert, daß die gesteuerten Gleichrichter SCR irgendwelchen Strom leiten, aber es löst den Schalter S 1 durch das Arbeiten des Schaltkreises TO₁-,.,, nicht aus, der das Gerät gegen einen Ausfall der Gleichrichter SCR schützt und abschaltet, wenn kein Strom fließt.

Wenn nun eine Batterie an das Ladegerät angeschlossen wird, führt der Schaltkreis V_gIG deren Spannung den Zel]-r spannungs—

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GS,

fühlern VS zu, deren Blöcke mit 2,9,/2,35, 2,2 und 1,5 bezeichnet sind, und dies sind die Werte der entsprechenden Zellenspannungen, auf die die Fühler ansprechen. Es wird zunächst angenommen, daß die Batterie normal entladen ist und daß die Zellenspannung daher kleiner als 2,2 YoIt pro Zelle ist, aber mehr als 1,5 Volt pro Zelle. Andere Fälle werden später beschrieben. Entsprechend verschwindet die Sperrung, die durch den 1,5 Volt pro Zelle-Detektor erzeugt wurde, und die leitung I-r«™™ = O sperrt nicht mehr das Arbeiten der Zündwinkelsteuerung FAC. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß alle die verschiedenen erwähnten Einheiten von einer Stromversorgungseinheit PSlT gespeist werden, die über einen Transformator T 2 mit der Hauptversorgungsleitung nach den Kontakten des Schalters S 1 verbunden ist.

Die Zündwinkelsteuerung wird nach dem Entfernen der Sperrung auf der Leitung I-DAmm = O nicht sofort zum Arbeiten gebracht. Die mit SD bezeichnet Startverzögerungsschaltung verzögert das Arbeiten der Zündwinkelsteuerschaltung um etwa eine Sekunde, um den verschiedenen später beschriebenen Schutzschaltungen zu ermöglichen, falls erforderlich zu arbeiten. Die Verzögerung erlaubt außerdem das richtige Einstecken das Batteriesteckers. Wenn am Ende der Verzögerung alles in Ordnung ist, wird die Zündwinkelsteuerschaltung angesteuert, um der Batterie einen Strom zuzuführen. Der tatsächliche Zündwinkel wird durch die Zündwinkelsteuerschaltung gesteuert, die durch den mit I_G0It bezeichneten Block dargestellt ist. Die durch diesen Block dargestellte Schaltung enthält einen Operationsverstärker in

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einer Rückkopplungsschleife, dem die analogen Steuereingänge zugeführt werden. In Fig. 1 sind drei Eingänge dargestellt. Einer von diesen ist noch durch das Arbeiten des mit INHIBIT 1 bezeichneten Blocks gesperrt. Einer der anderen beiden Eingänge ist ein Ladungsstrom-Bezugssignal, das von dem mit I-g bezeichneten Schaltkreis abgeleitet wird, und der andere Eingang stellt den tatsächlichen Strom dar, der der Batterie zugeführt wird und der durch die Spannung über den Anschlüssen A und B des Strommeßwiderstands Sh 1 gemessen und dem Schaltkreis Iqqjt über die Stromsignalschaltung Iotq. zugeführt wird. Die Zeitkonstanten des Operationsverstärkers sind so gewählt, daß die Zündwinkelsteuerung so eingestellt wird, daß sich ein Stromfluß unter der Steuerung des Operationsverstärkers bis zu dem durch I-g gegebenen Wert von dem Jtfullwert an aufbaut, der durch das Arbeiten der Verzögerung SD erzeugt wurde. Die (Haupt)-Phase ist nun wirksam und der Haupt strom wird nun mit einem konstanten Strom aufrechterhalten, der durch den Hersteller der Einrichtung gewählt wurde und der durch den Bezugswert I-g dargestellt wird, auch wenn die Hauptversorgungsspannung sich ändert oder andere Bedingungen sich ändern. Der Bezugswert wird von einer stabilisierten Spannung von der Versorgungseinheit PSU abgeleitet und wird daher nicht durch Veränderungen der Hauptversorgungsspannung beeinflußt. Die Hauptladung kann daher mit größter Wirksamkeit stattfinden.

Während der Hauptstufe der Ladung steigt die Batteriespannung an. Die von der Schaltung Vqtq. erzeugte Spannung pro Zelle

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erreicht schließlich den Wert hei dem der GasungsVorgang beginnt, und hei diesem Wert spricht der entsprechende Erkennungsschaltkreis an. Dieses Ansprechen entfernt die Sperrung des Schaltkreises INHIBIT 1 an dem dritten Eingang des Schaltkreises Ip™ und bringt die Folgesteuerung SC, einen Taktimpulsgenerator CL mit einem programmierbaren Unijunction-Transistor, einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO, einen Zeitgeberschaltkreis 1000m^s zum Bestimmen einer Periode von iOOOm^s und einen Detektorschaltkreis DET zum Arbeiten. Der Takt CL kann mit einer von zwei Geschwindigkeiten durch Steuerung des Detektorschaltkreises DET betrieben werden, der auf das Arbeiten des Vorwärts-Rückwärts-Zählers N anspricht, der die Anzahl der von dem gesteuerten Oszillator VCO in der 1000m^s-Zeitperiode des Zeitgebers erzeugten Zyklen zählt. Die Frequenz des Oszillators VCO wird durch den tatsächlichen Wert der Spannung pro Zelle bestimmt, die durch das von dem Schaltkreis Vq-rp erzeugte positive Signal U^™ dargestellt wird. Wenn der Gasungsfühler GS anspricht, wird die Folgesteuerung SC zurückgesetzt und der Takt CL beginnt. Der Takt läuft mit einer Geschwindigkeit von etwa einem kurzen Impuls in jeweils 8 Sekunden. Die Folgesteuerung zählt diese Impulse bis zu einem Wert von 128, das sind etwa 15 Minuten. Beim Erreichen der Zählstellung 128 erzeugt die Folgesteuerung ein Signal auf der Leitung Ι_βΑΤΤ = 0» um das Arbeiten der Zündwinkelsteuerung durch Steuerung des Schaltkreises !„m* zu beenden und damit den der Batterie tatsächlich zugeführten Strom abzuschalten. Die Folgesteuerung fährt fort, Taktimpulse zu zählen.

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Nachdem der Ladestrom abgeschaltet worden ist, erzeugt die Schaltung Vqjq ein Spannungssignal U_ZEt» das die tatsächliche Batteriespannung pro Zelle im Leerlauf darstellt. Dieses Signal wird dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt, der eine um einen Wert von etwa 5 KHz zentrierte Frequenz erzeugt mit einem Frequenzhub von etwa 2 KHz/Volt. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators ist daher eine Frequenz, die die tatsächliche Batteriespannung pro Zelle im Leerlauf darstellt. Der Zeitgeber lOOOmS kann durch die Folgesteuerung zum Arbeiten gebracht werden, so daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators VCO dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler N zugeführt wird.

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

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

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Der allgemeine Zählvorgang, wie er vorstehend näher ■beschrieben wurde, kann wie folgend dargestellt werden. Die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten Oszillators, die während des Betriebes des Zeitgebers am Beginn und am Ende des konstanten Zwischenraums erfolgen, der eine konstante Zeitperiode nach dem Ende des Ladestroms auftritt, werden entsprechend mit A und B bezeichnet. Die Anzahl von Zyklen des spannungsgesteuerten Oszillators während des ersten der beiden Zyklen der Folgesteuerung sind A- und B₁, während die in dem zweiten Zyklus der Folgesteuerung A₂ und B₂ sind. Durch das Arbeiten der Tore an dem Eingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers N wird der algebraische Wert dieser Anzahlen von Zyklen + A-, - B-, - A₂ + B₂. Am Ende der beiden Zyklen der Folgesteuerung SC ist die Zählstellung in dem Zähler N (A₁- B₁ - A₂ + B₂). Wenn der Wert dieser Zählstellung Null - 1 ist, wird der Unterschied der Batteriespannung während gleicner Intervalle in dem Paar von Zyklen der Folgesteuerung für die Zwecke dieser Schätzung als konstant angenommen. Die Unsicherheit von - 1 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt eine Unsicherheit von 0,5 Millivolt pro Zelle dar.

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

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

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

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

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

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

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dargestellt. Die Linie parallel zur Spannungsachse stellt den konstanten Strom der Hauptstufe dar. Die schräg abfallenden Linien stellen die Abnahmecharakteristik dar. Eine Linie ist gestrichelt fortgesetzt und schneidet die Stromachse beim Wert Iy₀. Dieser Stromwert ist sehr viel größer als jeder Strom, der der Batterie während der Ladung zugeführt werden kann, ohne diese zu zerstören, aber er ist ein zweckmäßiger Parameter zum Bestimmen einer geeigneten Ladungscharakteristik. Durch das Anlegen von Spannungen, die den zwei Größen 1^₀ und der Spannung U-g.φ_Τ über der Batterie analog sind, an einen Operationsverstärker ist es möglich, eine Punktion zu erzeugen, die die Abnahmecharakteristik darstellt. Diese Operation wird vorschriftsmäßig in den mit TAPER und I^-q bezeichneten Blöcke in Fig. 1 durchgeführt.

Der Wert 1^₀ wird als Bezugsspannung durch einen Spannungsteiler erzeugt, der an dem stabilisierten Ausgang der Stromversorgungseinheit PSU angeschlossen ist. Wenn für eine andere Batterie eine andere Abnahme und damit ein anderer Wert für Iy₀, erforderlich ist, kann der Spannungsteiler entsprechend geändert werden.

Der Ausgang des Operationsverstärkers wird über den Schaltkreis IUHIBIT 1 während der Abnahmestufe der Stromsteuerung I zugeführt. Durch Verwendung des negativen Werts der Zellspannung U₂EL ^is* ^{es dem A}k^nanmescnal"fc^kreis nicht möglich, den Batterieladestrom über den durch den Block I^ gegebenen Lade-

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wert zu erhöhen. Die Zeitkonstanten des Operationsverstärkers der Abnahmesteuerung sind wesentlich länger als die des Operationsverstärkers I₀₀If* ^{so daß}» währen! der letztere den Wert des Stroms im wesentlichen kurzzeitig konstant hält, die Abnahmesteuerung eine Langzeitabnahme des Stroms zu einem niedrigeren Wert hin erzeugt, der durch die Abnahmecharakteristik erforderlich ist. Durch die Wahl eines anderen Wertes x'ür Itjq bzw. Itjq ι ^unc*· eines geeigneten Ladungswertes I-g kann eine andere Batterietype geladen werden. Dieser Wechsel erfolgt nur durch das Verändern von Werten von Bauteilen, um den Betrieb des Operationsverstärkers zu ändern.

In der dritten, der Bereitschaftsstufe, wird das Ladegerät unter der Steuerung des beschleunigten Taktes GL und dem 2,2 Volt pro Zelle -Detektor betrieben. Der Zähler zählt wieder wie vorher bis auf 128 Impulse hoch, aber dies erfordert nun zwei Minuten, und während dieser Zeit wird die Batterie vorzugsweise durch Steuerung der Abnahmeschaltung über den Schaltkreis I₀₀₁T geladen. Am Ende dieser Zeit wird die Ladung beendet und es erfolgt keine weitere Ladung, bis der 2,2 Volt pro Zelle -Schaltkreis anzeigt, daß die Zellenspannung unter diesen Wert gefallen ist. An diesem Punkt startet die Folgesteuerung erneut den Takt' für eine weitere zwei Minuten Ladeperiode unter Steuerung durch den Abnahmeschaltkreis. Wie oben erlätert, kann die Bereitschaftsstufe beliebig lange andauern.

Die Zündwinkelsteuerschaltung FAG wird vorzugsweise mit einer genauen Widergabe der Eingangskurvenform über einen besonderen

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

Es sind zwei Schutzschaltungen vorgesehen, von denen die eine Schaltung TOj>att. bereits vorher erwähnt wurde. Diese Schaltung löst den Kontakt S 1 aus, wenn die Schaltung Ig_IG. anzeigt, daß ein Strom fließt, obwohl die Leitung I^^ = O anzeigt, daß kein Strom fließen soll. Dieser Zustand kann entstehen, wenn die gesteuerten Gleichrichter SCR versagen und nicht abschalten. Die andere Schutzschaltung ist mit SHAPE bezeichnet und spricht auf den Strom un die Batteriespannung während der Abnahmestufe an, um sicherzustellen, daß die gewünschte Abnahmecharakteristik nicht überschritten wird. Wenn der Strom den Wert überschreitet , der durch die Abnahme charakteristik I-gAmm = ^"^βδφφ)/⁰ gegeben ist, wobei b und c Konstanten sind, wird der Kontakt S 1 ebenfalls ausgelöst, um das Ladegerät von der Energieversorgung abzutrennen. Wenn die Batteriespannung pro Zelle außerhalb des Bereichs von 2,9 bis 1,5 Volt liegt, spricht kein Meßfühler an und kein Strom fließt, jedoch der Schalter S 1 bleibt geschlossen.

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

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

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

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

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sistors T 31 wird von dem Detektorschaltkreis DET abgeleitet und bildet das in Fig. 1 angegebene SPEED-rSignal.

Die Mg. 3 zeigt die Folgesteuerung SO und einige damit verbundenen Schaltkreise mehr im einzelnen. Die Folgesteuerung enthält den Zähler B 1/ B 2 und die Tormatrix GM 1.

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

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sind mit einem Paar der Tore verbunden, um die Eingänge über kreuz zu verbinden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Das Flipflop F 1 enthält zwei Steuereingänge, nämlich den Löscheingang CL und den Einstelleingang PS, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Löscheingang spricht auf einen Spannungspegelübergang am Ausgang des Gasungsfühlers GS an, der am Ende der Haupt1adungsstufe auftritt, wenn die Gasung beginnt und daher die Abnahmestufe beginnt. Dies setzt das Flipflop F 1 so, daß deren Ausgangssignale die Tore M 2 A und M 2 B der Matrix M 2 freigeben. Die anderen Tore M 2 C und M 2 D werden durch den anderen Ausgang des Flipflops gesperrt.

Beim Auftreten der Zählstellung I36 erzeugt das Tor 136 ein Signal, und dieses steuert den Einstelleingang PS des Flipflops F i an und vertauscht damit die Pegel an dessen Ausgängen, wodurch die Tore M 2 A und M 2 B gesperrt und die Tore M 2 C und M 2 D freigegeben werden. Die Ausgänge von M 2 A und M 2 C sind mit einem Aufwärts-Tor UP und die Ausgänge der Tore M 2 B und M 2 D sind mit dem Abwärts-Tor DN verbunden. Beim Betrachten von zwei aufeinanderfolgenden Zyklen des Zählers B 1/B2 ist es klar, daß während des ersten Zyklus bei der Zählerstellung I32 das Tor M 2 A ein Ausgangssignal erzeugt, das das Aufwärts-Tor UP freigibt, und daß bei der Zählerstellung 13^ das Tor M 2 B ein Ausgangssignal abgibt, das wiederum das Abwärts—Tor DN freigibt, anstelle des Aufwärts—Tors UP.

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

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

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

Die in dem Zähler N gezählten Impulse werden durch den spannungsgesteuerten Oszillator YCO entsprechend der Batteriezellenspannung erzeugt. Die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators wird durch die Batteriezellenspannung in der vorner beschriebenen Weise bestimmt, und diese Ausgangsfrequenz wird einem Eingang eines Tores G3 zugeführt. Der andere Eingang des Tores G3 wird während einer Periode von 1000ms durch den monostabilen Schaltkreis 100OmS aufgesteuert, der selbst wiederum durch ein Tor angesteuert wird, dessen Eingänge den Ausgängen der Tore 132 und 134 verbunden sind. Die bisher beschriebene Anordnung ist diejenige, durch die zeitgesteuerte Gruppen von Impulse, die die momentane Zellenspannung darstellen, den geeigneten Eingängen des Zählers N zugeführt werden, der der vorher mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist. In einem bevor-

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zugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung übersteigt die Anzahl der durch den spannungsgesteuerten Oszillator während der Periode des Zeitgebers 100OmS die Kapazität des binären Zählers N um einige Größenordnungen. Bs wurde jedoch als zweckmäßig festgestellt, den vierstufigen Zähler anstelle eines größeren Zählers zu verwenden und den Vergleich nur auf die durch den Zähler Ή gezählten 3 Digits höheerer Wertigkeit zu basieren. Daher werden die Digits höchster Wertigkeit und das Digit geringster Wertigkeit bei dem Vergleich nicht berücksichtigt, das Digit geringster Wertigkeit, weil es zu klein ist,und die Digits höchster Wertigkeit, weil sie während der hier betrachteten Periode konstant bleiben. Entsprechend werden die Ausgänge der Ordnung N , N und M" des Zählers N mit den entsprechenden Eingängen eines EAND-Tores verbunden, dessen weiteren Eingänge mit Ausgängen von Toren verbunden sind, die durch die Zählerstellung 135 und den Ausgang (J des Flopflops Έ 1 freigegeben werden. Die Signale an den letzten beiden Eingängen des NAND-Tores sind so gewählt, dass das Tor nur während des zweiten der beiden aufeinanderfolgenden, oben beschriebenen Zyklen durch das Arbeiten des Flipflops Έ1 und bei der Zählstellung 135 in diesem zweiten Zyklus durch das Arbeiten des Tores 135 freigegeben wird. Der Ausgang des NAND-Tores wird einem Eingang des I'lipflops Έ2 zugeführt, das gleichzeitig mit Flipflop 11 gelöscht wird. Der Ausgang Q des Flipflops 12 bildet einen Eingang eines weiteren Tores, dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Zählertores 136 zugeführt wird. Der Ausgang Q des Flipflops F2

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wird auch der Basis des Transistors T 3I über den Transistor R 36 zugeführt, um das SPEED-Signal zu bilden, das bereits bei der Erläuterung der Fig. 1 erwähnt wurde. Das Flipflop F2 kann nur dann ein Signal am Ausgang Q erzeugen, wenn das Ergebnis der beiden Aufwärts— und der beiden Abwärts—Zählungen in einem Paar von aufeinanderfolgenden Zyklen, die die Änderung in der Abnahme der Batterieleerlaufspannung zwischen der Zählstellung I32 und 134 in den aufeinanderfolgenden Zyklen darstellen, zu klein ist, um einen Restwert in den

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Ordnungen N , N und N des Zählers N bei der Zählstellung 135 in den zweiten Zyklus zu hinterlassen. Es ist zu erkennen, daß, wenn das Flipflop F2 kein Signal am Ausgang Q erzeugt, die Zähler Bl und B2 zurückgesetzt werden und daß dieses Zurücksetzen über das Tor, das mit dem Zählausgang 128 der Zähler B 1 und B 2 verbunden ist, ein geeignetes Signal auf der Leitung Ιώαφφ = 0 in Fig. 1 erzeugt, um einen weiteren Stromfluß zur Ladung der Batterie für eine weitere Zeitperiode zu ermöglichen, die durch die Zählstellung von 128 der Zähler Bl und B2 dargestellt wird.

Von dem Zeitpunkt, an dem der Gasungsfühler GS auf dieses charakteristische Minimum anspricht, um die abnehmende Ladungsstufe zu beginnen, erfolgt die abnehmende Ladung unter Steuerung durch die Takt- und Folgesteuerung in einer Reihe von Paaren von Folgezyklen, wobei während jedem Paar dieser Serie zwei Werte des Abfalls der Batterieleerlaufspannung zu gleichen Zeiten nach der Be-

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endigung der Batterieladung gemessen und dann verglichen werden, um den Batterieladezustand zu schätzen. Wenn der Unterschied zwischen zwei Werten des Abfalls in einem Paar von Zyklen, der durch den Zähler N gemessen wird, innerhalb eines vorgegebenen Unterschieds liegt, dann wird das Flipflop 12 angesteuert, um die Stufe abnehmender Ladung zu beenden. Es sei bemerkt, daß der Zähler N durch das Übergangssignal am Ende eines Paares von Zyklen zurückgesetzt wird. Dieses Signal ist von dem Signalwechsel am Ausgang Q des Flipflops F1 durch den Kondensator C 33 abgeleitet.

Die Elemente in Fig. 1,die nicht näher beschrieben worden sind, können durch den Fachmann leicht hergestellt werden. Die Elemente TOp_AIL> SHAPE und ΙΜΙΒΙ,Τ 1 sind daher Tore. Das Element I¹AC kann eine übliche Zündwinkelsteuerung sein. Wenn die durch die Spannungsversorgung eingestreute Brummstörung auf eine Minimum reduziert werden soll, ist es möglich, eine "Impulszündungs-"Type für die Steuerung zu verwenden, da die Periode, während der in dem Batterieladekreis ein Strom fließt,, lang ist im Vergleich mit der Frequenz der Wechselspannungsversorgung. Die Steuerungen mit Operationsverstärkern können entsprechend der üblichen Analogtechnik aufgebaut sein, und die Bezugssignale I_ß und I_UQ Können von dem etabilisierten Ausgang der Stromversorgungseinheit PSU abgeleitet sein.

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

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

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ergeben. Der Abfall in diesem Zeitintervall, das in Ausdrücken des vorher beschriebenen Ausführungsbeispiels mit t^p - ^λ-ζ α bezeichnet wird, ist d U₂EL' ^und- ^es ^^s^ ^{aus 1}^S* 4 zu erkennen, daß er einen im wesentlichen konstanten Wert für alle drei Kurven hat. Die Größe von d U_ZEIj ist daher eine viel bessere Grundlage zum Schätzen des Ladezustands der Batterie als die bisher vorgeschlagene Anordnung, in der die Zeit des Abfalls auf eine vorgegebene Leerlaufspannung von dem Ende der Ladung an gemessen wird. Insbesondere die Verschiebung der Kurven in dem Bereich t..*« ~ ^134.' ^Ζ·^Β· durch Veränderung der Hauptspannungsversorgung, beeinflußt nicht die Schätzung, da der Gradient der Kurven in diesem Punkt nahezu für alle gleich ist. Das wesentliche Merkmal ist hier, die Zeit von t_Q bis t..,^ verstreichen zu lassen und die folgende Messung ein kurzes Zeitintervall danach zum Zeitpunkt t..,, während einer Zeitperiode vorzunehmen, in der der Batterie überhaupt keine Ladung zugeführt wurde. Während des Intervalls t^p ~ ^134 ^naben die Kurven alle im wesentliche gleiche Gradienten, und daher ist das Schätzen der Batterieladung durch Messen der Zählspannung während eines Intervalls zuverlässig. Vorausgesetzt, daß die Periode, während der keine Ladung stattfindet, langer ist als die bis zum Zeitpunkt t..,*, kann diese Periode in der geeigneter Weise für das einzelne Ladegerät bestimmt werden.

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

abnehmenden Ladesteuerung, die in dem vorstehenden Ausfüh— rungsbeispiel beschrieben wurde, oder in anderen Steueroder Vorwiderstandsschaltungen, bei denen ein größerer Unterschied in dem Wert von I_BATT zwischen aufeinanderfolgenden Messungen des Wertes von d U_17131x vorhanden sein kann.

JjEjIJ

Es wird nun wieder auf Fig. 3 Bezug genommen. Am Ende der abnehmenden Ladungsstufe, die durch das Arbeiten des Flipflops F2 angezeigt wird, um das SPEED-Signal dem PUT-Takt CL zuzuführen, sperrt die Erzeugung des Signals am Ausgang Q des Flipflops F2 zusammen mit dem Signal "Zählstellung größer als 128" das Tor G5. Dies sperrt das Arbeiten eines Takttores G6, das andernfalls den Zählern Bl und B2 Taktimpulse zuführen würde. Obwohl die Taktgeschwindigkeit erhöht wurde, werden die Impulse daher nicht dem Zähler zugeführt, so daß der Zähler auf dem Wert von 135 stehenbleibt. Es ist jedoch eine weitere Maßnahme vorgesehen, um den Zähler durch das Arbeiten des Detektors zurückzusetzen, der darauf anspricht, daß der Wert von U_{ZEL kleiner als 2>2 Volt} ist. Beim Durchgehen ist festzustellen, daß die Folgesteuerung SC während der Periode nicht in Tätigkeit gesetzt werden kann, während der die Spannung an der angeschlossenen Batterie von 1,5 Volt auf 2,2 Volt ansteigt, da ein ständiges Rücksetzsignal von dem entsperrten Gasungsfühler GS von VS erzeugt wird, bis der charakteristische Minimalwert

erreicht worden ist. Wenn jedoch der Gasungsvorgang erst einmal eingesetzt hat, schaltet der Gasungsfühler ^_n den nicht zurücksetzenden Zustand um. Wenn die abnehmende Ladungsstufe beendet ist, wird der

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Ausgang der Zähler B1 und B2 auf der Zählstellung 128 gehalten, um siherzustellen, daß kein Strom zur Batterie geliefert wird, bis die Batterieleerlaufspannung pro Zelle auf den Wert von 2,2 Volt abfällt und der 2,2 Volt-Zellspannungsdetektor anspricht, um die Zähler B1 und B2 zurückzusetzen. Durch dieses Zurücksetzen verschwindet der Zählausgang 128 und gibt das Tor G6 und damit das Tor G5 frei, und es kann wieder ein Ladestrom fließen. Dieser Strom fließt so lange, bis die Zählstellung 128 durch die das Tor G6 passierenden Impulse erreicht worden ist, diesmal mit der schnelleren Impulsgeschwindigkeit, worauf das Signal I-gAmm = 0 wieder dem Ladegerät zugeführt wird, um die Ladung der Batterie zu beenden. Wenn die Batteriespannung wieder abfällt, ist die Ladung solange verhindert, bis der Abfall den Wert von 2,2 Volt erreicht, bei dem die Zähler wieder zurückgesetzt wird und ein neuer Ladezyklus beginnt. Dies ist die oben beschriebene Bereitschaftsstufe. Es ist anhand der Fig. 1 zu erkennen, daß Abnahmesteuerung fortfahren kann, den Ladestrom L._H zu regulieren, falls dies gewünscht ist.

In Pig. 3 sind die Schaltkreise Iqqm· und TAPER ausführlicher dargestellt. Der Schaltkreis Inrw sorgt für die schrittweise Annäherung an die Abnahme IyQ.in Pig. 2. Der Summier-Eingang des Operationsverstärkers OA 1 enthält vier Schaltelemente in Form von Widerständen R^, R , R, und R . R₁ erhält eine negative Spannung um ein den Hauptladestrom I_Uldarstellendes Signal zu erzeugen. Während der Hauptladestufe

sind beide Schalter S2 und S3 offen. Der Widerstand R₂ erhält über IgTQ. ein positives Signal, das den tatsächlichen Lade-

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strom anzeigt. Der Schaltkreis I_C0N liefert daher ein Eingangssignal an FAC, um I_ßATT auf I_ßl zu erhöhen und auf diesem Wert zu halten. Wenn der GasungsVorgang beginnt, spricht der Gasungsfühler GS an, um den Schalter S2 zu schließen und über R^ ein positives Signal anzulegen, um einen Teil des Signals Ι_Βλφφ ^zu ersetzen, das das Signal I ausgleicht. Ι_ΒΑφφ wird daher, wie in Fig. 2 dargestellt, verringert. Bei 2,5 Volt wird der Schalter S3 durch einen weiteren Fühler (in Fig. 1 nicht dargestellt) betätigt, um in entsprechender Weise L·.™™ weiter auf den Wert von 2,5 Volt in Fig. 2 zu verringern.

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

Der in Fig. 3 dargestellte Schaltkreis TAPER enthält einen Operationsverstärker 0A2. Der Summiereingang enthält Widerstände R- und R^, deren Werte durch die bereits früher erwähnten Konstanten b und c bestimmt werden. Diese Konstanten stellen I_UQ und das Verhältnis U/l entsprechend dar. Das Ausgangssignal von 0A2 wird dem Schaltkreis INHIBIT I über eine Diode D32 zugeführt, um ein negatives Ausgangssignal zu vermeiden, das ^κγψ über I_ß hinaus erhöht, das durch

Es ist klar, daß die geeignete Abnahme leicht durch

entsprechende Werte der Widerstände R-j-Rg festgelegt werden kann. Dies ist

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

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

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

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dung der Batterie fortzuführen, wenn deren Leerlaufspannung einmal aufgehört hat anzusteigen, was den vollgeladenen Zustand anzeigt, abgesehen von kleinen Ladungen in Abständen in manchen Fällen, um den vollgeladenen Zustand aufrecht zu erhalten, da eine Überladung diese Batterie beschädigen kann.

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

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

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

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

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Kurven die beiden wichtigen Punkte bei der Steuerung einer Batterieladung an, und die zu beschreibende Einrichtung zeigt Schaltungsanordnungen, die den Zustand der Batterieladung in Übereinstimmung mit dem Verhalten der Batteriespannung entsprechend den Kurven abschätzt.

Es ist herausgefunden worden, daß einer dieser Punkte eine genaue Anzeige des tatsächlichen Einsatzes des Gasungsvorganges gibt, indem der Verlauf der Leerlaufspannung in bezug auf die Zeit betrachtet wird, die für den Wechsel benötigt wird, so wie dies unter Angabe von Einzelheiten unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben wird. Die Fig. 8 zeip;t eine Darstellung von 4 /einander gezeichneten Kurven-dar, wobei die horizontale Achse die Zeit in Stunden angibt, die die Batterie geladen worden ist, wobei für alle h Kurven der gleiche Zeitmaßstab gewählt worden ist. Für die mit zurückgegebenen Ah und Ladestrom bezeichneten Kurven sind keine Maßstäbe angegeben, da sie, obwohl maßstäblich und in wahrem Verhältnis wiedergegeben, insofern willkürlich sind, als sie von der Batterie abhängen, welche zur Ladung angeschlossen ist. Ein senkrechter Maßstab für die Aufladespannung in V pro Zelle ist angegeben.

Die Kurve, auf welcherdie vorliegende Erfindung beruht, ist mit Spannungsdifferenz bezeichnet;» wobei ein entsprechender senkrechter Maßstab vermerkt ist. Diese Kurve stellt den Unterschied zwischen der während einer gegebenen Unterbrechung des Ladestroms registrierten Spannung bei einer festen Zeit nach dem Beginn der Unterbrechung und der gleichen Messung für die nachfolgende Unterbrechung dar, und in diesem Sinne

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stellt die Kurve Spannungsdifferenz einen senkrechten Querschnitt durch die Darstellung gemäß Fig. 7 dar. Es wird bemerkt, daß derartige Unterbrechungen des Ladestroms um die Klarheit der Darstellung nicht zu beeinträchtigen, weggelassen sind. Der senkrechte Maßstab für die Spannungsdifferenz-Kurve ist in mV pro Zelle und Minute angegeben, wobei die Minuten sich auf diejenige Zeit beziehen, die zwischen Unterbrechungen im Ladezustand verflossen ist . Es wird bemerkt, daß die Spannungsdifferenz-Kurve ein einziges Minimum aufweist, welches mit X bezeichnet ist, und an dieser Stelle verändern sich aufeinanderfolgende Spannungsdifferenzen von abnehmenden auf zunehmende Werte. Dieser einzige Minimalwert X ist derjenige Punkt, zu welchem der Gasungsvorgang einsetzt, und die Bestimmung dieses Punktes dient zur Festlegung des Wechsels bzw. Übergangs von der Hauptladephase vor dem Gasen zur Gasungsphase mit verringerter Ladung. Obwohl der Punkt X mit einer bestimmten Zeit und Spannung zusammenfallend dargestellt ist, ist dieses zeitliche Zusammenfallen rein willkürlich und dadurch bedingt, daß die graphische Darstellung aus Messungen an einer ganz bestimmten Blei-Säure-Batterie hergeleitet worden ist. Minimalwerte können zu anderen Zeiten und bei anderen Spannungswerten auftreten, was bei Messungen an anderen Batterien festgestellt worden ist.

In Fig. 5 sind die wichtigsten Elemente der Steuerschaltung eines Batterxeladegerätes in Blockform dargestellt und die verschiedenen logischen Vorgänge angegeben, die während der Zyklen der Steuerschaltung ausgeführt werden.

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Während des Betriebs wird die Steuerschaltung mit einer Ladestromquelle verbunden, wie beispielsweise eine mit der Wechselspannungsversorgung verbundene Brücke-:- mit gesteuerten Halbleitergleichrichtern, um den Ladestromfluß und auch den Ausgang des Ladegeräts zu steuern, mit dem die Batterie verbunden ist, um ein Signal abzuleiten, das die Spannung pro Zelle (ü ) der Batterie darstellt. Es wird außerdem angenommen, daß die Steuerschaltung eine Anordnung zum Erzeugen von elektrischer Energie mit geeigneten Spannungen zum Speisen der verschiedenen Schaltungselemente enthält. Diese Quelle wird in Betrieb mit den mit "+" und "0" bezeichneten Anschlüssen in der Figur verbunden. Die Schaltung kann auch mit geeigneten Anzeigegeräten verbunden sein, die lichtaussendende Dioden-sein können, um den gerade im Betrieb befindlichen Zyklus des Ablaufs anzuzeigen.

In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß die Steuerschaltung mit einem Ladegerät und beide mit der Wechselspannungsversorgung verbunden sind, daß das Ladegerät eingeschaltet ist und daß eine Batterie gerade mit den Anschlüssen des Ladegeräts zum Laden verbunden worden ist. Die Steuerschaltung enthält eine Einrichtung in irgendeiner der bekannten Formen, um sicherzustellen, daß beim Einschalten die verschiedenen logischen Schaltungen alle in einen geeigneten Anfangszustand gesetzt werden, um falsche Betriebsweise zu vermeiden. Die Spannung U , die die Batteriespannung pro Zelle darstellt, wird von dem Ausgang des Ladegeräts in bekannter Weise abgeleitet und vier Vergleichern C:

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1,5 V, C: 2,22 V, C: 2,85Vund dem Gasungsfühler GS der Steuerschaltung zugeführt. Jeder von diesen spricht auf die Spannung U und eine entsprechende Bezugsspannung an und erzeugt ein Ausgangssignal, das anzeigt, ob oder ob nicht die Spannung U_n über oder unter dem in der Bezeichnung des Vergleichers angegebenen Spannungswert liegt. Die Bezugsspannungen für die beiden niedrigeren Werte werden von einer Spannungsteilerkette abgeleitet, die mit einer durch Zenerdioden 200 und 201 stabilisierten Spannung verbunden sind. Für den höchsten Spannungsver— gleicher wird eine Spannung - U von gleicher Größe, aber entgegengesetzter Polarität wie die Spannung U einer Spannung gegengeschaltet, die direkt von einer Spannung der Spannungsversorgung für die Steuerschaltung abgeleitet ist. Wenn die aus dieser Gegenschaltung resultierende Spannung negativ zur Nullspannungsleitung wird, wechselt das Ausgangssignal des Vergleichers, um anzugeben, daß die Spannung pro Zelle 2,85 Volt überschreitet.. Es wird angenommen, daß eine teilweise entladene Batterie mit einer Spannung pro Zelle über 1,5 Volt und unter 2,22 Volt mit dem La-

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

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

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eine "binäre 1, die einem Inverter 406/3 zugeführt wird und das Tor 408/1 sperrt und damit den der Batterie zugeführten Ladestrom abschaltet. Es ist zu erkennen, daß die Arbeitsweise der Schaltung bis hierher die ist, beim Anschluß einer Batterie einen Ladestrom dieser Batterie für eine Periode von sechs Minuten zuzuführen, an deren Ende der Strom abgeschaltet wird. Die Größe des Ladestroms ist vorzugsweise die, die für die Hauptstufe der Batterieladung geeignet ist. Die Steuerung der Größe dieses Stroms in diesem Betriebszustand ist bereits bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen erläutert worden. Das Ausgangssignal des Vergleichers G: 1,5 Volt führt auch die folgenden Funktionen aus. Erstens gibt es das Tor 400/I frei, um an seinem Ausgang ein "BULK"-Signal zum Ansteuern eines Anzeigeelements zu erzeugen, das anzeigt, daß die Hauptladestufe abläuft. Zweitens gibt es einen Eingang des Tores 403/1 frei, das/das Arbeiten des Relais-Treibers RD steuert, um die Spule des Relais RL zu erregen. Wenn die Spule erregt ist, betätigt sie den Reedrelais-Kontakt RL/1, um die Reihenschaltung des Kondensators C und des Widerstands R zwischen der Hullschiene und der Spannung + U einzuschalten. Der Kondensator C wird damit auf die Spannung + II_ aufgeladen. Der Ladestrom des Kondensators G fließt durch den Widerstand R, und wenn der Strom über einem vorgegebenen Wert liegt, erzeugt der Verstärker AMP einen Ausgangsimpuls.

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

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ο ^ln

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

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

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

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stärker AMP aufhört, groß genug zu sein, um den Zähler zurückzusetzen. Dies tritt, wie oben erwähnt auf, wenn die Zunahme von U_ zwischen aufeinanderfolgenden Ladungsperiodeh unterhalb eines vorgegebenen Pegels abfällt. Wenn bei der Zählerstellung 10000001 dem Tor 408/2 über den Inverter 406/5 kein Rücksetzimpuls zugeführt wird, geht der Zähler auf die Zählerstellung 10000010 vor. Der binäre 1-Zustand in der Stufe zweitniedrigster Ordnung erzeugt das letzte Freigabesignal für das Tor 403/3» und der Ausgang dieses Tores wechselt seinen Zustand. Dieser Wechsel sperrt das Tor 403/2, und die Zufuhr der Taktimpulse zu dem Element CSC hört auf und stoppt die Zählung indem zuletzt erwähnten Zustand. Das Ausgangssignal des Tores 403/3 wird über eine Schaltung S zur Unterdrückung von Störungen einem Eingang des Flipflops FFHR zugeführt. Der Ausgangsanschluß 5 dieses Flipflops wechselt seinen Zustand, und dieser Wechsel steuert die Basis des Transistors 300, um diesen Transistor abzuschalten und den Kondensator 404 von dem zeitbestimmenden Schaltkreis des Taktgenerators PUT zu entfernen. Das Entfernen dieses Kondensators IO4 erhöht die Taktimpulsfrequenz um einen Faktor von etwa 3» so daß eine vollständige Zählung in dem Element CSC in etwa zwei Minuten anstatt in sechs Minuten erfolgt. Der andere Ausgang 6 des Flipflops FFHR wechselt seinen Zustand und nimmt den freigebenden Eingang vom Tor 4O8/3 weg. Dieser Wechsel wird auch dem Tor 400/4 zugeführt, so daß sein Ausgang nicht mehr das Tor 403/2 freigibt und damit den Durchgang der Taktimpulse verhindert. Der Ladestrom wird weiterhin wie vorher beschrieben dadurch verhindert, daß der

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Ausgang 2 des Elements CSC auf das Tor 408/1 wirkt.

Da der Ladestrom aufgehört hat, beginnt die Batterie Spannung abzufallen und erreicht möglicherweise einen Tfert, bei jl-em der Vergleicher G-: 2,22 YoIt anzeigt, daß U₀ unterhalb des ,Bezugswertes für diesen Vergleicher liegt. Das Ausgangssignal dieses Vergleichers wechselt daher seinen Zustand und der freigebende Eingang des Tores 4-03/3 über den Inverter 406/2 wird weggenommen. Der Zustand am Ausgang dieses Tors wechselt und gibt den Eingang des Tors 403/2, mit dem dieser Ausgang -verbunden ist, frei. Der Wechsel im Ausgangszustand des Vergleichers wirkt auch über das Tor 408/3 und setzt den Zähler im Element CSC über das Tor 408/2 zurück. Alle Ausgänge des Zählers keh-

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

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

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

Bisher ist auf das Arbeiten des Gasungsfühlers GS nicht eingegangen worden, dies wird jetzt anhand der Fig. 5a und 5d durchgeführt, wobei diese Figuren wie auf Fig. 5b angegeben, zusammengefügt werden.

Fig. 5a und 5b entsprechen der Fig. 7 der vorangehend genannten Anmeldung, wobei jedoch der 2,35 V-Vergleicher entfernt worden und durch einen Spannungsdifferenz- oder Gasungsfühler GS (Fig. 1) ersetzt worden ist. Der Gasungsfühler GS ist in Blockform in Fig. 5 gezeigt, wobei diese Blöcke mit Einzelheiten in Fig. 6 wiedergegeben sind. Ansonsten ist die Vorrichtung identisch und arbeitet in der gleichen Art und Weise wie die Vorrichtung, die in der vorangehend genannten Anmeldung beschrieben ist. Nachfolgend wird eine Beschreibung der Arbeitsweise des Gasungsfühlers GS gegeben.

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Wegen der beiden Teile mit positiver Steigung der Spannungsdifferenzkurve (Fig. 8) ist es notwendig, zwischen diesen beiden Bereichen der Kurve zu unterscheiden. Dies wird dadurch erreicht, indem anfänglich nach einer negativen Schleife oder Steigung gesucht wird.

Um das Ausmass der Veränderung der Spannungsdifferenz zu ermitteln, ist es notwendig, die Spannung in Volt pro Zelle zu messen und zu vergleichen, so wie diese in drei aufeinanderfolgenden Ladestromunterbrechungen ermittelt wird. Der Aufbau des Gasungsfühlers GS (Fig. 5a) umfasst zwei elektrische Signalspeicher, einen Speicher (1), welcher den Wert des zuletzt erhaltenen Abfrageergebnis der Entladespannung U , speichern, und einen Speicher (2), welcher den Wert des vorangehenden Abfrageergebnisses U ρ speichert. Zu der Zeit, zu welcher.eine neue Abfrage vorgenommen wird (Spannungswert + U_c), vergleicht -ein Vergleicher ¹A¹ U ₂ mit U₁, und ein Vergleicher 'B' vergleicht ■*■ U_ mit U , .

SX CSx

Die Ausgänge der Vergleicher ¹A' und 'B' werden einem dritten Vergleicher, einem Steigungsdetektor, zugeführt, welcher mit Schleifendetektor bezeichnet ist. Der Schleifendetektor speist seinen Ausgang in einen - UE-Schleifenspeicher in solch einer Art und Weise, dass er solange in seinem ursprünglichen Zustand verbleibt, bis eine negative Steigung festgestellt wird, woraufhin der Speicher seinen Zustand verändert. Ein Ladungszustandsdetektor ist in einem Zustand festgestellt, welcher den Hauptphasenladebedingungen entspricht, bis eine negative Steigung festgestellt worden ist, woraufhin er frei ist, seinen Zustand zu ändern,

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um seinen Zustand der Feststellung einer positiven Steigung folgend zu ändern. Der Ladungszustandsdetektor wirkt auf die Ladesteuerschaltung in der Weise ein, um einen konstanten Batterieladestrom aufrecht zu erhalten^bis der Minimalwert X festgestellt worden ist.und um darauffolgend die Steuerschaltung in ein Arbeiten mit Verringerungscharakteristik zu Dringen.

Die folgende Beschreibung der Fig. 5a, 5b und der Fig. 6 liefert weitere Einzelheiten zur Arbeitsweise der Schaltung. Wie bereits beschrieben tritt das Ladegerät beim Beginn des Ladevorgangs in die Hauptphase ein und gibt einen Batterieladestrom mit konstantem Pegel ab, wobei dieser Vorgang fortgesetzt wird, bis eine festgelegte Periode verstrichen ist, woraufhin der Ladestrom für eine festgelegte Zeitperiode unterbrochen wird, während welcher die Leerlaufspan— nung oder Entladespannung (+ U_n) festgehalten wird. Das Abfragebefehl-Signal tritt an einer festgelegten Zeitstelle danach und nach jeder darauffolgenden Ladestromunterbrechung auf. Dieses Befehlssignal ist eine positiv verlaufende Spannung von ungefähr 10 ms Dauer.

Die Vergleicher ¹A¹ und ¹B¹ sind durch zwei identische Operationsverstärker gebildet, welche in Summierarbeitsweise zusammengeschaltet sind. Zu Beginn des Batterieladevorganges werden der Speicher (l) und (2) geleert, so daß ihre Ausgangssignale U_gl (und aaher -Ul) und U₂ Null sind. Die Vergleicher •A^f und ¹B¹ vergleichen die Spannung + U₂ ^mi* "~^sl ^un(* + U mit - U _Λ entsprechend und geben die Summation der

C Sx

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proportionalen Signale in den Schleifendetektor ein.

Es wird nochmals die Folge betrachtet, die durch das erste Abfragebefehlssignal eingeleitet wird, wobei das Löschsignal zum Schleifendetektor weggenommen wird und der Schleifendetektor den Ausgang der Vergleicher ¹A¹ und ¹B' liest. Da zu diesem Zeitpunkt die Batteriespannung (+ U ) größer als U ^ und U₂ ist (welche auf Null reduziert worden sind zu Beginn des Ladevorganges), stellt der Schlei— fendetektor einen positiven Anstieg oder eine positive Schleife fest und sein Ausgang verbleibt negativ, wodurch der Schleifenspeicher nicht angeregt wird und der Ladungszustandsdetektor auf "Hauptphase" eingestellt bleibt. Nach ungefähr einer ms nach dem ersten Befehlssignal geht ein zweites Befehlssignal zum Eingang I des Schleifendetektors. Ungefähr 3ms nach dem ersten Befehlssignal bewirkt ein drittes Befehlssignal, daß die im Speicher (l) enthaltene Spannung auf den Speicher (2) übertragen wird, wobei diese Übertragung ungefähr eine ms später endet. Es wird bemerkt, daß, weil es sich um die erste Abfragung handelt, U ^ Null ist und die neue Spannung U „ ^^e^- Null verbleibt.

Ein weiteres Befehlssignal, welches ungefähr 5ms nach

daß dem ersten Befehlssignal auftritt, bewirkt die Spannung auf

der +U -Leitung auf die U .-Leitung übertragen wird, wobei

C SX

diese Übertragung ungefähr ims später endet.

Der Abfrageperiode folgt eine weitere Batterieladeperiode von gleicher Dauer zu der vorangehend durchgeführten Ladeperiode. Die oben beschriebene Folge von Befehlssignalen

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und Ereignissen, welche durch diese gesteuert werden, wird während der nächsten Unterbrechung des Ladestroms wiederholt und da der gespeicherte Wert von U ~ Null ist, wird die festgestellte Steigung oder Schleife wiederum positiv sein und der Ladestrom in der Hauptphase verbleiben. Die gespeicherten Werte werden wiederum übertragen und dieses Mal nehmen die Spannungen U . und TJ ₂ realistische Werte bzw. Werte grosser als Null an.

Die oben geschilderte Folge von Ladungs- und Abfragungsvorgängen wird fortgesetzt, bis der Unterschied zwischen U und U . kleiner als der Unterschied zwischen U ^ und U ₂ ist, woraufhin der Ausgang des Schleifendetektors positiv wird, um eine negative Steigung der Spannungsdifferenzkurve anzuzeigen. Der Ausgang des Schleifenspeichers wird nun negativ und gibt den Ladezustandsdetektor frei, welcher nunmehr in der Lage ist, um auf einen negativ verlaufenen Ausgang des Schleifendetektors anzusprechen, welcher eine zweite positive Schleife der Spannungsdifferenzkurve anzeigt. Der Spannungszustandsdetektor zeigt nun einen negativen Ausgang und gestattet den Übergang vom Ladearbeiten in der Hauptphase zum Laden während des Gasungsvorganges mit Verringerungscharakteristik. Ein zweckmäßiges Netzrückstellsignal stellt den Schleifenspeicher und den Ladungszustandsdetektor im Falle eines Netzausfalls zurück.

Beim Prüfen der in den Fig. 5a und 5b dargestellten Schaltung ist zu erkennen, daß der Gasungsfühler GS jederzeit ansprechen kann, um über den Inverter 406/1 ein Signal anzulegen,

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Dieses Signal wird der Stromsteuerungsschaltung des Ladegeräts zugeführt, um den Ladestrom auf der Grundlage zu verringern, daß die Batterie den Zustand des "Gasens" erreicht hat. Wie bekannt ist, ist es wünschenswert, den Ladestrom zu verringern, wenn die Batterie in diesem Zustand ist. Ein Beispiel für eine geeignete Ladestromsteuerschaltung, die dies ausführt, ist vorher anhand der Figuren 1 und k beschrieben. Wenn der Gasungsfühler GS in der eben beschriebenen Weise arbeitet, wird der Eingang des Tores 400/1 gesperrt, der die Anzeige ermöglicht hat, daß die Hauptladung in Betrieb ist, während dem Tor 400/2 ein Eingangssignal zugeführt wird, und dieses Tor wird bei Abwesenheit eines Ausgangssignals vom Anschluß 5 des Flipflops FF HR, was anzeigt, daß die Bereitschaftsstufe in Betrieb ist, freigegeben und liefert ein Signal an den Anschluß "GAS" Signal, um eine lichtaussendende Diode anzusteuern und damit anzuzeigen, daß eine "Gasungs"-Ladung sbegrenzung in Betrieb ist. Der Gasungsfühler GS schaltet beim Ansprechen ein, bis die Batterie entfernt wird.

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

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beginnt, die Batterie durch die Verringerung des Ladestroms unter der Steuerung des Gasungsfühlers GS geschützt wird.

Es ist klar, daß die Strombegrenzung beim Gasen üblicherweise auftritt, während die Batterie noch unter der Steuerung durch die Abtastschaltung in Verbindung mit dem monostabilen Generator MS geladen wird. Es ist festgestellt worden, daß bei Anwendung der Strombegrenzung beim Gasen in diesem Falle ein Sprung zurück im Wert der Spannung U auftreten kann. Diese Verringerung in der Spannung U wird beim nächsten Betrieb des monostabilen Generators MS durch den Verstärker AMP abgetastet als eine Angabe, daß die Batteriespannung einen konstanten Pegel erreicht hat. Als Ergebnis entsteht kein Rucksetζimpuls, der dem Tor ^08/2 zugeführt wird, und die Steuerschaltung würde in den Bereitschaftszustand zurückkehren, bevor die Batterie so viel Ladung bekommen hätte, wie sie aufnehmen könnte. Um diese unnormale Betriebsweise zu verhindern, wird ein Übergangs— zyklus eingeführt, wenn die Gasen-Spannung erreicht ist. Der erste Teil in diesem Zyklus wird direkt durch den Ausgang des Gasungsfühlers GS gesteuert, der über den Widerstand 34 und dem Kondensator 108 dem Eingang des Verstärkers AMP zugeführt wird, so daß nur der Übergang zur Gasen-Spannung durch das Arbeiten des Verstärkers und des anschließenden Inverters ^06/5 als ein Rücksetzsignal dem Element CSC zugeführt wird, so daß der Zähler zurückgesetzt

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wird, um eine Ladeperiode von 6 Minuten von dem Übergang an abzuzählen. Der Übergang am Ausgang des Vergleichers wird auch über den Verstärker 406/1 und den Kondensator 111 und die Unterdrückungsschaltung S dem Eingang 13 eines Flipflops FF TRANS zugeführt. Der Eingang 13 ist der Rücksetzeingang dieses Flipflops, das den nächsten Teil des Übergangs von,der Hauptladung zur Ladungsstufe beim Gasen steuert. Der Ausgang 8 des Flipflops FF TRANS war auf dem binären Wert 1 geblieben, nachdem es durch den Ausgang des Vergleichers C:1,5 Volt über den Setzeingang 10 gesetzt wurde, als die Spannung U unterhalb dieses Wertes lag, und wechselt nun auf Nach dem Zurücksetzen zählt der Zähler in dem Element CSC die Periode von 6 Minuten ab und die Zählstellung 10000000 schaltet den Ladestrom ab. Bei der Zähl-

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stellung 10000001 wird der monostabile Generator MS angesteuert. Dessen Ausgang wird, außer daß er in oben erwähnter Weise dem Tor 403/1 zugeführt wird, über eine Unterdrückungsschaltung S dem Taktansehluß 11 des Flipflops Fl¹' TRANS zugeführt. Ein an den Eingang 11 angelegtes Eingangssignal hat keinerlei Auswirkung auf das Flipflop, bevor der Übergang dem Rücksetzeingang 13 zugeführt wurde, wodurch das Flipflop vorbereitet wird. Es ist zu erkennen, daß das Arbeiten des monostabilen Generators MS bei der Zählstellung 10000001 zwei Auswirkungen hat. Erstens wird das Tor 403/I freigegeben, um den Relaistreiber RD,wie oben beschrieben, anzusteuern, so daß der Kondensator C auf den dann vorhandenen Wert der Spannung U aufgeladen wird. Falls ein Schritt zurück in dem Wert der Spannung U vorhanden war, wird auf diese Weise die Ladung auf dem Kondensator C so eingestellt, daß die folgenden Abtastzyklen nicht auf der Grundlage eines unnormalen Startpunktes arbeiten. Zweitens wird der Übergang am Ausgang des Anschlusses 8 von 0 nach 1 beim Ansprechen auf das Signal am Anschluß 11 des Flipflops FF I¹RAHS über einen Widerstand 41 und einen Kondensator 110 dem Eingang des Verstärkers AMP zugeführt, um ein Eingangssignal an dem Verstärker zu simulieren, das ausreicht, das Zuführen eines Rücksetzimpulses zu dem Tor 4O8/2 zu bewirken. Der Zähler in dem Element CSC wird auf 0 zurückgesetzt und eine Ladeperiode von 6 Minuten beginnt. Am Ende dieser Periode wird der monostabile Generator MS angesteuert, wie vorher beschrieben, um das Aufladen des Kondensators auf den erhöhten Wert von U zu bewirken, wobei diese Erhöhung bei genügender Größe einen weiteren Rücksetzimpuls

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

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

Die Einrichtungen für diesen Zyklus" sind wie folgend. Bei Abwesenheit eines geeigneten Signals von dem Vergleicher C: 2,22 Volt ist das Tor 403/3 nicht in einem geeigneten Zustand, um

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die Bereitschaxtsstufe, wie oben besenrieben, einzuleiten, wenn eine Zählstellung 10000010 erreicht worden ist. Der Zähler zählt weiter, obwohl das Ladegerät bereits abgeschal-

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

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

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

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

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

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

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Wenn eine Batterie mit

falscher Spannung angeschlossen wird, die z.B. eine Spannung U von weniger als 1,5 Volt pro Zelle für eine richtige Batterie erzeugt, beginnt keine Ladung, weil kein Vergleicher anspricht. In ähnlicher Weise kann das Ladegerät, wenn die Spannung U aus irgendeinem Grunde höher als 2,85 Volt pro Zelle ist, keinen Strom liefern, da das Ausgangssignal des Vergleichers C: 2,85 Volt über den Inverter 406/4 dem Tor 408/1 zugeführt wird und dieses sperrt. Wenn eine Batterie von dem Ladegerät abgeklemmt wird, steigt die Ausgangs— spannung über 2,85 Volt pro Zelle und schaltet das Ladegerät ab. Wenn einmal 2,85 Volt pro Zelle erreicht worden sind, muß die Ladung durch erneutes Anklemmen der Batterie erneut gestartet werden, da der Vergleicher eine Haltefunktion aufweist.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist jedoch der Aufbau der Kombination Relais/Kondensator HL und C, die zum Abtasten der Batteriespannung verwendet werden. Es ist klar, daß der Kondensator C eine hohe Qualität haben muß, damit er einen stabilen Wert und einen geringen Leckstrom besitzt, und der Relaiskontakt RL/l muß ebenfalls einen

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geringen Leckstrom haben, und zwar muß der Isolations-

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widerstand mindestens 10 Ohm sein. Wenn auch ein solcher Kondensator vorhanden ist, ist es dennoch festgestellt worden, daß wesentlich verbesserte Eigenschaften erhalten werden, wenn der Kondensator und der Relaiskontakt RL/l gemeinsam gekapselt sind, so daß deren Verbindungspunkt (X in Fig. l) von der Umkapslung eingeschlossen wird. Aus diesem Grunde ist der Relaiskontakt RL/l ein glasumhüllter Reedkontakt, der mit dem Kondensator durch ein geeignetes Umhüllungsmaterial oder Füllmittel (Potting material) umschlossen ist, um ein Element mit zwei Anschlüssen zu erzeugen und damit einen Leckstrom vom Punkt X zu vermeiden. Die Relaisspule RL umgibt die Umhüllung in der üblichen Weise.

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

Wenn die Steuerschaltung ohne eine angeschlossene Batterie eingeschaltet wird, stellt der Ausgang des Vergleichers C: 1,5 Volt, der einen Wert von U unter 1,5 Volt darstellt, die Flipflops FFHR und FFTRANS auf ihren richtigen Anfangswert zurück und steuert den Relaistreiber RD an, um den Kontakt RL/l zu schließen und den Kondensator C über die Schaltung zu entladen, die die Spannung U von der

L*

Batterieladestromversorgung ableitet. Dieser Ausgang hält auch

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den Zähler des Elements CSC über das Tor 408/2 auf der Nullstellung zurück.

Die obengenannten Steuerstromkreise beziehen sich auf den Vergleich von Batteriespannungen, die bei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten registriert worden sind, welche während einer Unterbrechung oder verschiedener Unterbrechungen des Ladestromes durchgeführt werden können,und falls erforderlich^können mehr als zwei Spannungen registriert und durch Erweiterung des beschriebenen Verfahrens verglichen werden, wobei derartige Erweiterungen im Rahmen fachmännischen Könnens liegen. Darüber hinaus sind die Stromkreise lediglich als Beispiele für spezielle Formen einer Batterieladestromquelle beschrieben worden aber auch für andere Formen von Ladegeräten geeignet, die bei Bedarf abgewandelt werden können, wie dies einem Fachmann ohne weiteres klar ist. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele geben nicht die einzige Weise an, auf die der Ladezustand der Batterie in bezug auf die Batteriespannung beim Auftreten von Unterbrechungen geschätzt oder festgelegt werden kann, andere Schaltungen und Anordnungen, durch welche die Erfindung angewendet werden kann, liegen für den Fachmann auf der Hand. Ferner stellen die beschriebenen speziellen Stromkreise und Schaltungen und die beschriebenen Zeitsteuerzyklen keine Begrenzung der Erfindung dar.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Steuerschaltung zur Steuerung des Ladevorgangs einer bei einer bestimmten Ladungsstufe gasenden Batterie, wobei der Batterieladezustand bei unterbrochenem Ladestrom ermittelt wird, mit einer während der Unterbrechung des Ladestroms tätigen Einrichtung zur Steuerung einer Zeitperiode, einem auf das Ende der Zeitperiode ansprechenden Spannungsregister zum Festhalten der Batteriespannung, einer Einrichtung zum Vergleichen der registrierten Batteriespannung mit der während einer vorherigen Unterbrechung des Ladestromes registrierten Batteriespannung und mit einer auf das Ergebnis des Vergleichs ansprechenden Schaltung zur Steuerung des darauffolgend an die Batterie angelegten Ladestromes, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Ergebnis des Vergleichs ansprechende Steuerschaltung (US, Fig. 1; Fig. 5) eine auf ein den Gasungseinsatz kennzeichnendes Minimum zwischen abnehmenden und zunehmenden Differenzen zwischen verglichenen registrierten Batteriespannungen (U„_ELL) ansprechende Einrichtung (GS, Fig. 1; Fig. 5a) zum Einstellen des Ladestromes auf ein Niveau zwecks Ladens der gasenden Batterie aufweist.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Minimum ansprechende Einrichtung (GS, Fig. 1) einen ersten Signalspeicher für eine erste

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registrierte Batteriespannungsdifferenz, einen zweiten Signalspeicher für eine zweite registrierte Batteriespannungsdifferenz aus zeitlich später registrierten Batteriespannungen und eine an den ersten und den zweiten Speicher angeschlossene Einrichtung zum Vergleichen der ersten mit der zx^eiten registrierten Batteriespannungsdifferenz zwecks Bestimmung des Minimums und zum Erzeugen eines Ladestrommodifiziersignal aufweist.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf ein Minimum ansprechende Einrichtung einen ersten Signalspeicher (1) mit einem aufeinanderfolgend registrierte Batteriespannungen (+Uc) aufnehmenden Eingang, einen zweiten Signalspeicher (2), eine erste den Ausgang des ersten Signalspeichers mit einem Eingang des zweiten Signalspeichers koppelnde Signalübertragungseinrichtung ₃ die bei Registrierung einer Batteriespannung (+Uc) die vorangehend registrierte Batteriespannung vom Ausgang des ersten Signalspeichers (1) zum Eingang des zweiten Signalspeichers (2) überträgt, einen an die Ausgänge des ersten Signalspeichers (1) und des zweiten Signalspeichers (2) angeschlossenen ersten Signalvergleicher (A) zum Festlegen einer ersten registrierten Batteriespannungsdifferenz (^u _S2~^u _si^' einen zweiten an die Eingänge des ersten Signalspeichers (1) und des zweiten Signalspeichers (2) angeschlossenen Signalvergleicher (B) zum Pestlegen einer zweiten registrierten Spannungs-

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differenz (Uc-U ,), einen an den ersten und den zweiten Signalvergleicher angeschlossenen Steigungs- oder Schleifendetektor, der die erste und die zweite Spannungsdifferenz empfängt und ein die zeitliche Zu- oder Abnahme der Spannungsdifferenzen anzeigendes Signal((Uc-U ,)-(U ,-U p' erzeugt, einen dieses Signal aufnehmenden Schleifenspeicher, der auf eine einer durch dieses Signal gegebenen Anzeige entsprechenden Stellung eingestellt ist, und eine auf eine Veränderung im Zustand bzw. in der Einstellung des Schleifenspeichers von abnehmenden auf zunehmende Spannungsdifferenzen ansprechende Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals zum Einstellen des Ladestromes auf ein Niveau zwecks Ladens der gasenden Batterie aufweist.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Anwendung auf eine Blei-Säure-Batterie.

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