DE2639506C2 - Method and charger for charging accumulators - Google Patents

Method and charger for charging accumulators

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Ralf Dr.-Ing. 6101 Nd.-Ramstadt Gretsch
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Robert Bosch GmbH
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/0071—Regulation of charging or discharging current or voltage with a programmable schedule

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Description

Stand der TechnikState of the art

1010

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung der Anspräche 1 und 2. Es wird also als bekannt vorausgesetzt, daß man Akkumulatoren mit Hilfe von Ladegeräten aus einem Wechselspannungsnetz bevorzugt während der Niedrigtarifzeiten auflädt, wobei der Ladezustand beim Aufladen insoweit berücksichtigt wird, als gegen Ende des Ladevorgangs eine Absenkung des Batteriestromes erfolgt, um ein Gasen der Batterie zu verhindern.The invention is based on a method according to the preamble of claims 1 and 2. It is therefore known as provided that accumulators with the help of chargers from an AC voltage network are preferred charges during the low tariff periods, taking into account the state of charge when charging when the battery current is reduced towards the end of the charging process, the battery gasses to prevent.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß man in Zukunft, insbesondere für den Stadtverkehr, zur Verringerung der Luftverschmutzung verstärkt Elektrofahrzeuge einsetzen wird, deren Batterien man dann natürlich vorzugsweise aus Kostengründen während sog. Niedrigtarifzeiten, insbesondere während der Dauer der Gültigkeit des Nachttarifs, aufladen wird. Ferner wird davon ausgegangen, daß die durch das Speichervermögen der Akkumulatoren vorgegebene Reichweite der Elektrofahrzeuge im Verlauf eines Tages nur selten voll genutzt werden wird, so daß angenommen werden kann, daß die Akkumulatoren zu Beginn eines Ladevorgangs nur teilweise entladen sind. Geht man schließlich davon aus, daß die Batterieladegeräte, wie dies bei anderen elektrischen Verbrauchern wie z, B. Nachtspeicheröfen der Fall ist in großer Anzahl alle mit Beginn der Niedrigtarifzeit automatisch oder von Hand eingeschaltet werden, dann ergibt sich trotz der Tatsache, daß viele Akkumulatoren nur teilweise entladen sind, zunächst einmal eine hohe Belastung des Wechselspannungsnetzes, da alle angeschlossenen Ladegeräte mit ihrer vollen Leistung arbeiten und dann je nach dem Anfangsladegrad der einzelnen Akkumulatoren die aufgenommene Leistung reduzieren und schließlich abschalten. Gegen Ende der Niedrigtarifzeit wird also die Netzbelastung durch die Ladegeräte deutlich abnehmen. Dies hat aber zur Folge, daß die Leistungsfähigkeit des Wechselspannungsnetzes während der Niedrigtarifzeiten, insbesondere während der Nachtzeit, nur unvollkommen genutzt wird.The invention is based on the idea that in the future, especially for city traffic, to reduce Due to air pollution, electric vehicles will be used more and their batteries will then be used of course, for reasons of cost, preferably during so-called low tariff periods, especially during the duration the validity of the night tariff. It is also assumed that the memory capacity The range of the electric vehicles specified by the accumulators in the course of a day only rarely is fully used, so that it can be assumed that the batteries are at the beginning of a charging process are only partially discharged. Finally, assume that the battery chargers are like this with others electrical consumers such as night storage heaters is the case in large numbers all with the beginning of the If the low tariff time is switched on automatically or manually, then it arises despite the fact that many accumulators are only partially discharged, initially a high load on the AC voltage network, since all connected chargers work with their full power and then depending on the The initial charge level of the individual accumulators reduce the power consumed and finally switch them off. Towards the end of the low tariff period, the network load from the chargers will decrease significantly. However, this has the consequence that the performance of the AC voltage network during the low tariff times, is used only imperfectly, especially during the night.

Zur Erzielung einer ausgeglichenen Netzbeiastung während des Aufladens der Akkumulatoren ist es aus ETZ-A Bd. 94 (1973), Seite 706 bis 710 bekannt, lebensdauererhöhende Langzeitladevorgänge für Batterien insbesondere in Schwachlastzeiten durchzuführen. Derartige Ladevorgänge sind einerseits netzfreundiieh und erhöhen andererseits wegen der ständig mit geringem Strom vorgenommenen Ladung die Lebensdauer der Akkumulatoren. Als Schwachlastzeiten stehen insbesondere die Nachtzeiten zur Verfügung, vorzugsweise für Fahrzeuge, welche eine geringere Tageskilometerleistung aufweisen, als mit einer Batteriefüllung zu fahren möglich wäre. Zur Steuerung des Ladevorganges ist es aus dieser Druckschrift bekannt, daß seitens der Energieversorgungsunternehmen durch Schaltuhren oder Rundsteueranlagen derart auf den Ladevorgang eingewirkt wird, daß die Akkumulatoren ausschließlich in Schwachlastzeiten geladen werden. Hierbei soll der Ladevorgang auch seitens der Energitversorgungsunternehmen unterbrochen werden können, wenn bestimmte Netzbelastungsgrenzen überschritten werden.In order to achieve a balanced network load while the batteries are charging, it is over ETZ-A Vol. 94 (1973), pages 706 to 710 known, life-increasing Carry out long-term charging processes for batteries, especially in times of low load. Such Charging processes are network-friendly on the one hand and increase on the other hand because of the constantly low Current charge made the life of the accumulators. In particular, the night times are available, preferably for vehicles with a lower daily mileage than would be possible to drive with one battery charge. To control the charging process is it is known from this publication that on the part of the energy supply company by time switches or ripple control systems act on the charging process in such a way that the accumulators only can be charged in off-peak times. Here the The charging process can also be interrupted by the energy supply company if certain Network load limits are exceeded.

Auf der GB-PS 13 60563 oder aus der GB-PS 14 22 826 ist es grundsätzlich bekannt die Steuerung von Batterieladevorgängen entsprechend dem Entladegrad der Batterien durchzuführen. Besondere Maßnahmen zur Optimierung der Netzauslastung in Schwachlastzeiten sind diesen Druckschriften nicht zu entnehmen. On GB-PS 13 60563 or from GB-PS 14 22 826 it is basically known the control of battery charging processes according to the degree of discharge of the batteries. Special measures These publications cannot be used to optimize network utilization in off-peak times.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art zum Aufladen einer Vielzahl von Akkumulatoren aus einem Wechselspannungsnetz während der Niedrigtarifzeiten eine gleichmäßigere Belastung des Wechselspannungsnetzes zu erreichen und ausgeprägte Belastungsspitzen durch das Laden von Akkumulatoren weitgehend zu vermeiden. The invention is based on the object in a method of the generic type for charging a A large number of accumulators from an alternating voltage network during the low tariff periods to achieve more uniform loading of the AC voltage network and pronounced load peaks through to avoid charging accumulators as much as possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.The object is achieved according to the invention by the characterizing features of claims 1 and 2.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Insbesondere ergibt sich dann, wenn das Einschalten der Ladegeräte automatisch in Abhängigkeit vom Batterieladegrad solange verzögert wird, daß die restliche Niedrigtarifzeit zur Volladung noch ausreicht, der Vorteil, daß das Wechselspannungsnetz zu Beginn einer Niedrigtarifzeit durch die erfindungsgemäß zeitlich gesteuerten Ladegeräte nur wenig belastet wird, so daß auch dann, wenn außer den erfindungsgemäßen Ladegeräten auch zeitlich nicht gesteuerte Ladegeräte eingesetzt werden, insgesamt eine gleichmäßigere Belastung des Wechselspannungsnetzes erreicht wird. Unter der Voraussetzung, daß alle Ladegeräte oder zumindest der überwiegende Teil derselben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten, ist es dagegen günstiger, zwar die gesamte Niedrigtarifzeit zur Aufladung der Akkumulatoren zu nutzen, aber den Ladestrom von Anfang an automatisch soweit zu reduzieren, daß die Akkumulatoren am Ende der Niedrigtarifzeit gerade voll geladen sind. Auch in diesem Fall verringert sich jedenfalls die max. Netzbelastung und man erhält während der gesamten Niedrigtarifzeit eine weitgehend gleichmäßige Belastung des Wechselspannungsnetzes, wodurch insgesamt ein wirtschaftlicher Strombezug ermöglicht wird, da die vorhandene Netzkapazität optimal genutzt wird.In particular, the result is when the charging devices are switched on automatically depending on the battery charge level is delayed so long that the remaining low tariff time is still sufficient for a full charge, the advantage, that the AC voltage network at the beginning of a low tariff period by the time-controlled according to the invention Chargers is only slightly loaded, so that even if apart from the chargers according to the invention Chargers that are not timed can also be used, resulting in a more even load overall of the AC voltage network is achieved. Provided that all chargers or at least the work predominantly of the same according to the method according to the invention, it is, however, cheaper to use the entire low tariff time to charge the batteries, but the charging current from the beginning on automatically to the extent that the accumulators are just full at the end of the low tariff period are loaded. In this case, too, the maximum network load is reduced and you get during the entire low tariff period a largely even load on the AC voltage network, whereby Overall, an economical electricity purchase is made possible, since the existing network capacity is optimal is being used.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit Ladegeräten gemäß den Ansprüchen 3 bis 13 durchführen, da mit den dort vorgeschlagenen Meß- und Schalteinrichtungen das gewünschte Ladeprogramm wirtschaftlich und zuverlässig verwirklicht werden kann.The method according to the invention can be particularly advantageously carried out with charging devices according to claims 3 to 13 carry out the desired loading program with the measuring and switching devices proposed there can be realized economically and reliably.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele von Ladegeräten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in mehreren Figuren in der Zeichnung dargestellt, welche auch Diagramme wesentlicher Funktionen umfaßt, und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of charging devices for carrying out the method according to the invention are shown in several figures shown in the drawing, which also includes diagrams of essential functions, and explained in more detail in the following description. It shows

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Teils der Schaltung eines Ladegerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welcher eine der für dieF i g. 1 shows a first embodiment of the part of the circuit of a charger for carrying out the invention Procedure, which one of the for the

Ladung noch zur Verfügung stehenden Restzeit entsprechende Spannung erzeugt;Charge generates voltage corresponding to the remaining time available;

F i g. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Teilschaltung gemäß F i g. 1;F i g. FIG. 2 shows a modified exemplary embodiment of a partial circuit according to FIG. 1;

F i g. 3 eine graphische Darstellung des Verlaufs der für die Ladung noch zur Verfügung stehenden Restzeit;F i g. 3 a graphical representation of the course of the remaining time still available for charging;

F i g. 4 ein Schaltbild eines Ladegeräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch ohne den Schaltungsteil gemäß F i g. 1 oder 2;F i g. 4 shows a circuit diagram of a charger for carrying out the method according to the invention, but without it the circuit part according to FIG. 1 or 2;

F i g. 5 eine graphische Darstellung des Verlaufs einer dem Entladezustand eines zu ladenden Akkumulators entsprechenden Spannung undF i g. 5 shows a graphical representation of the course of the discharge state of a rechargeable battery to be charged appropriate voltage and

F i g. 6 ein Schaltbild desjenigen Teils eines Ladegeräts zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, mit dessen Hilfe die Steuerung des der Batterie zugeführten Stroms in Abhängigkeit von der Restladezeit, vom Entladezustand und von vorgegebenen Grenzwerten erfolgtF i g. 6 is a circuit diagram of that part of a charger for carrying out the method according to the invention, with the help of which the control of the current supplied to the battery depending on the remaining charging time, from the state of discharge and from specified limit values

Beschreibung der Erfindung
a) Zeitgerechte EinschaltungDescription of the invention
a) Timely activation

Wenn der Beginn des Ladevorgangs gemäß einer ersten bevorzugten Form der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend der nachzuladenden Ladungsmenge AQ verzögert werden soll, ist es erforderlich, während der Niedrigtarifzeit — welche gemäß den eingangs gemachten Voraussetzungen für den Ladevorgang genutzt werden soll — jeweils die für den Ladevorgang noch zur Verfügung stehende Restzeit tu und andererseits die fehlende Ladungsmenge AQ zu messen. Ferner muß ein Ladegerät, welches einen Ladestrom Il abzugeben vermag, bei Berücksichtigung einer Nachladezeit Inl. in der der Batterie ein verringerter Ladestrom zugeführt wird, eingeschaltet werden, wenn die BedingungIf the start of the charging process is to be delayed according to a first preferred form of carrying out the method according to the invention in accordance with the amount of charge AQ to be recharged, it is necessary during the low tariff period - which is to be used for the charging process in accordance with the prerequisites set out above - in each case for the charging process the remaining time tu still available and, on the other hand, the missing charge amount AQ to be measured. Furthermore, a charger which is capable of delivering a charging current II , taking into account a recharging time Inl, in which the battery is supplied with a reduced charging current, must be switched on if the condition is met

AQ/Il = (1 — p) ■ KnIIl = tL> f« = tNT- tNL —t (1) erfüllt ist. In dieser Gleichung (1) bedeuten: AQ / II = (1 - p) ■ K n IIl = t L > f «= t NT - t NL - t (1) is fulfilled. In this equation (1):

f/. = erforderliche Starkladezeit;f /. = required boost charging time;

tNT = Dauer der Niedrigtarifzeit; tNT = duration of the low tariff period;

i = seit Beginn der Niedrigtarifzeit verflossene i = since the beginning of the low tariff period

Zeit;Time;

ρ = Ladegrad des Akkumulators; ρ = charge level of the accumulator;

Kn = Nennkapazität des Akkumulators; Kn = nominal capacity of the accumulator;

Il = Ladestrom; Il = charging current;

tR = Restladezeit; tR = remaining charging time;

tNL = Nachladezeit tNL = reload time

Die Bestimmung der für den Ladevorgang jeweils noch zur Verfügung stehenden Restzeit tR erfolgt vorzugsweise mit der Schaltung gemäß F i g. 1. Diese Schaltung weist eine Schaltuhr 1 auf, welche zu Beginn der Niedrigtarifzeit (t = 0) über eine Steuerleitung la einen frei schwingenden Impulsgenerator 2 freigibt bzw. einschaltet, der eine Impulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz von 50 Hz erzeugt Der impulsgenerator 2 besitzt einen Synchronisiereingang, der über einen Trenntransformator 3 mit dem Wechselspannungsnetz (50 Hz, 220 V) verbunden ist Die Impulsfolge vom Ausgang des Impulsgenerators 2 wird einem Frequenzteiler 4 zugeführt, der an seinem Ausgang eine Impulsfolge niedrigerer Impulsfolgefrequenz liefert, beispielsweise eine Impulsfolge, die gegenüber der Impulsfolge am Ausgang des Impulsgenerators 2 im Verhältnis 4096 :1 heruntergeteilt ist Bei dem angegebenen Teilerverhältnis ergibt sich am Ausgang des Frequenzteilers 4 etwa alle 80 s ein Impuls, der einem Binärzähler 5 zugeführt wird. Das an den Ausgängen des Binärzählers 5 in binärer Form zur Verfügung stehende Zählergebnis wird mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers 6 in eine äquivalente Spannung umgesetzt, die der seit Beginn der Niedrigtarifzeit verflossenen Zeit / proportional ist. Diese Spannung wird dem einen Eingang (—) eines Summierverstärkers The remaining time tR still available for the charging process is preferably determined using the circuit shown in FIG. 1. This circuit has a timer 1, which at the beginning of the low tariff period (t = 0) enables or switches on a freely oscillating pulse generator 2 via a control line la, which generates a pulse train with a pulse train frequency of 50 Hz. The pulse generator 2 has a synchronization input , which is connected to the alternating voltage network (50 Hz, 220 V) via an isolating transformer 3 The output of the pulse generator 2 is divided down in the ratio 4096: 1. With the specified division ratio, a pulse is produced at the output of the frequency divider 4 approximately every 80 s and is fed to a binary counter 5. The counting result available in binary form at the outputs of the binary counter 5 is converted into an equivalent voltage with the aid of a digital-to-analog converter 6, which is proportional to the time / has elapsed since the beginning of the low tariff period. This voltage becomes one input (-) of a summing amplifier

ίο 8 zugeführt. An dem anderen Eingang ( + ) des Summierverstärkers 8 wird eine Spannung angelegt, welche der um die Nachladezeit tNL verkürzten Gesamtdauer tNT der Niedrigtarifzeit entspricht. Diese zweite Spannung kann, wie in F i g. 1 schematisch angedeutet, beispielsweise an einem Potentiometer 7 eingestellt werden. Der Summierverstärker 8 liefert an seinem Ausgang eine Spannung u\, welche bei vorgegebener Starkladezeit ti der erforderlichen Restladezeit f« in Gleichung (1) entspricht. Am Ende der Niedrigtarifzeit tNT setzt die Schaltuhr 1 den Impulsgenerator 2 über ein Signal auf der Steuerleitung la still und stellt gleichzeitig über eine zweite Steuerleitung 1 b den Binärzähler 5 auf Null zurück.
In den Fällen, in denen die Netzspannung erst zu Beginn der Niedrigtarifzeit eingeschaltet, d. h. an die Primärseite des Trenntransformators 3 gelegt wird, beispielsweise durch automatische Zählerumschaltung, kann die Schaltuhr 1 entfallen.
Stattdessen sorgt wie dies F i g. 2 zeigt, ein bistabiles Flip-Flop 9 dafür, daß der Binärzähler 5 beim Anliegen der Netzspannung zählt, bis bei Erreichen einer bestimmten Impulszahl, d. h. bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes, das Flip-Flop 9 umgeschaltet wird und daraufhin den Impulsgenerator 2 sperrt und den Binärzähler 5 wieder auf Null setzt. Die Impulszahl bzw. der Zählerstand werden so gewählt, daß sie erst nach Ende der Niedrigtarifzeit erreicht werden. Auf diese Weise wird vermieden, daß kurze Spannungsunterbrechungen während der Niedrigtarifzeit zur Folge haben, daß der Binärzähler 5 zurückgesetzt wird und dann erneut zu zählen beginnt Im einzelnen ist das Flip-Flop 9 in der Schaltung gemäß F i g. 2 mit seinem einen Eingang über eine Diode mit der Ausgangsseite des Trenntransformators 3 und über einen Kondensator zur Glättung der gleichgerichteten Spannung mit Bezugspotential verbunden. Der zweite Eingang des Flip-Flops 9 ist mit einem Ausgang des Binärzählers 5 verbunden, der einem höheren Stellenwert zugeordnet ist als die Ausgänge des Binärzählers 5, die mit dem Digital-Analog-Wandler 6 verbunden sind. An dem genannten Ausgang erscheint also dann eine binäre »1«, wenn an allen übrigen Ausgängen des Binärzählers 5 bereits eine »1« angelegen hat Die beiden Ausgänge des Flip-Flops 9 sind mit dem Steuereingang des Impulsgenerators 2 bzw. dem Rückstelleingang des Binärzählers 5 verbunden. Im übrigen ist die Schaltung gemäß F i g. 2 ebenso aufgebaut wie die Schaltung gemäß F i g. 1.ίο 8 supplied. At the other input (+) of the summing amplifier 8, a voltage is applied which corresponds to the total duration tNT of the low tariff time shortened by the recharging time tNL. This second voltage can, as shown in FIG. 1 indicated schematically, for example, can be set on a potentiometer 7. The summing amplifier 8 supplies a voltage u \ at its output which, for a given high charging time ti, corresponds to the required remaining charging time f «in equation (1). At the end of the low-tariff time TnT the timer sets 1 to the pulse generator 2 via a signal on the control line la silent and at the same time via a second control line 1 b the binary counter 5 to zero.
In those cases in which the mains voltage is only switched on at the beginning of the low tariff period, ie is applied to the primary side of the isolating transformer 3, for example through automatic counter switching, the timer 1 can be omitted.
Instead, as shown in FIG. 2 shows a bistable flip-flop 9 for the fact that the binary counter 5 counts when the mains voltage is applied until the flip-flop 9 is switched over when a certain number of pulses is reached, ie when a predetermined count is reached, and then the pulse generator 2 blocks and the Binary counter 5 resets to zero. The number of pulses or the count are selected so that they are only reached after the end of the low tariff period. In this way, it is avoided that brief voltage interruptions during the low tariff period have the consequence that the binary counter 5 is reset and then starts counting again. In detail, the flip-flop 9 is in the circuit according to FIG. 2 with its one input connected via a diode to the output side of the isolating transformer 3 and via a capacitor to smooth the rectified voltage with reference potential. The second input of the flip-flop 9 is connected to an output of the binary counter 5 which is assigned a higher value than the outputs of the binary counter 5 which are connected to the digital-to-analog converter 6. A binary “1” appears at the output mentioned when a “1” has already been applied to all other outputs of the binary counter 5. The two outputs of the flip-flop 9 are connected to the control input of the pulse generator 2 and the reset input of the binary counter 5 tied together. Otherwise, the circuit according to FIG. 2 is constructed in the same way as the circuit according to FIG. 1.

Der zeitliche Verlauf der der Restladezeit f« entsprechenden Spannung u\ ist in F i g. 3 für verschiedene Differenzen tNT— (nl als Parameter dargestellt The time course of the voltage u \ corresponding to the remaining charging time f «is shown in FIG. 3 for various differences tNT— (nl shown as a parameter

Die in F i g. 4 gezeigte Schaltung dient der Bestimmung der für den Ladevorgang jeweils erforderlichen Zeit bzw. der Bestimmung der fehlenden Ladungsmenge AQ. Die Schaltung basiert darauf, daß mit steigendem Ladegrad die Ruhespannung eines Akkumulators geringfügig zunimmt, und zwar nahezu unabhängig von der Temperatur. Die Klemmenspannung des Akkumulators wird deshalb über einen Spannungsteiler 10 ei-The in F i g. 4 is used to determine the time required for the charging process or to determine the missing amount of charge AQ. The circuit is based on the fact that the no-load voltage of an accumulator increases slightly with increasing degree of charge, almost independently of the temperature. The terminal voltage of the accumulator is therefore a voltage divider 10

nem Verstärker 11 mit unterdrücktem Nullpunkt — sog. Voltlupe — zugeführt, dessen Ausgangsspannung u2 über ein Potentiometer 12 so justiert wird, daß sich für einen vollständig geladenen unbelasteten Akkumulator gerade die Ausgangsspannung Null ergibt. Mit Hilfe eines Potentiometers 13 in einem Rückkopplungszweig des Verstärkers 11 kann dessen Verstärkungsgrad und damit die Höhe seiner Ausgangsspannung an unterschiedliche Kapazitäten der Akkumulatoren und an unterschiedliche Nennladeströme der Ladegeräte angepaßt werden. Bei der Schaltung gemäß F i g. 4 entspricht die Ausgangsspannung ui des Verstärkers 11 der erforderlichen Starkladezeit fz. in Gleichung (1). Der Verlauf der Ausgangsspannung u2 in Abhängigkeit vom Ladegrad ρ ist in F i g. 5 dargestellt, wobei das Verhältnis der Nennkapazität Kn zum Nennladestrom h den Parameter für die einzelnen Kurven darstelltnem amplifier 11 with suppressed zero point - so-called. Volt magnifier - supplied, whose output voltage u 2 is adjusted via a potentiometer 12 so that the output voltage is zero for a fully charged unloaded accumulator. With the aid of a potentiometer 13 in a feedback branch of the amplifier 11, its gain and thus the level of its output voltage can be adapted to different capacities of the accumulators and to different nominal charging currents of the chargers. In the circuit according to FIG. 4, the output voltage ui of the amplifier 11 corresponds to the required boost charging time fz. in equation (1). The course of the output voltage u 2 as a function of the degree of charge ρ is shown in FIG. 5, the ratio of the nominal capacity Kn to the nominal charging current h representing the parameter for the individual curves

In der Schaltung gemäß F i g. 4 ist der Ausgang des Verstärkers 11 mit dem einen Eingang ( + ) eines Komparators 14 verbunden, an dessen anderem Eingang die Spannung u\ anliegt, welche mit einer der Schaltungen gemäß F i g. 1 oder 2 erhalten werden kann. Wenn die Spannung U1 kleiner wird als die Ausgangsspannung u2, dann schaltet der Komparator 14 ein Relais 15 ein, das nunmehr einen Ladevorgang für einen aufzuladenden Akkumulator freigibt Der von dem Relais 15 betätigte Schaltkontakt 15a kann beispielsweise im Eingangskreis eines üblichen Batterieladegeräts liegen.In the circuit according to FIG. 4, the output of the amplifier 11 is connected to one input (+) of a comparator 14, at the other input of which the voltage u \ is applied, which is connected to one of the circuits according to FIG. 1 or 2 can be obtained. When the voltage U 1 is less than the output voltage u 2 , the comparator 14 switches on a relay 15, which now enables a charging process for an accumulator to be charged.The switching contact 15a actuated by the relay 15 can, for example, be in the input circuit of a conventional battery charger.

Um zu verhindern, daß der Komparator 14 sofort wieder ausschaltet, wenn die Klemmenspannung des aufzuladenden Akkumulators aufgrund des Ladevorgangs rasch ansteigt, wird ein Komparator 14 mit Hysterese verwendet, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist. Außerdem wird durch eine Dioden-Widerstands-Kombination 16 an dem Eingang (+) des Komparators 14, an dem die Ausgangsspannung ui anliegt, dafür gesorgt, daß nur positive Ausgangsspannungen uz zum Komparator 14 gelangen. Die Schaltung gemäß F i g. 4 gewährleistet ein zeitgerechtes Einschalten des Ladegeräts, welches im übrigen, wie dies bereits oben angedeutet wurde, hinsichtlich der Steuer- und Regeleinrichtungen, wie üblich aufgebaut sein kann.In order to prevent the comparator 14 from switching off again immediately if the terminal voltage of the accumulator to be charged rises rapidly due to the charging process, a comparator 14 with hysteresis is used, as indicated in the drawing. In addition, a diode-resistor combination 16 at the input (+) of the comparator 14, to which the output voltage ui is applied, ensures that only positive output voltages uz reach the comparator 14. The circuit according to FIG. 4 ensures that the charger is switched on in a timely manner, which, moreover, as already indicated above, can be constructed as usual with regard to the control and regulating devices.

b) Bedarfsgerechte Leistungssteuerungb) Demand-based performance management

Eine zweite günstige Möglichkeit für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, einen teilweise entladenen Akkumulator im wesentlichen während der gesamten Dauer einer Niedrigtarifzeit bis zum Erreichen der Gasungsspannung mit einem konstanten Netzstrom aufzuladen, dessen Höhe bereits zu Beginn des Ladevorgangs so festgelegt wird, daß die fehlende Ladungsmenge AQ mit Ablauf der Niedrigtarifzeit nachgefüllt ist Dies ist dann der Fall, wenn die BedingungA second favorable possibility for carrying out the method according to the invention is to charge a partially discharged accumulator essentially for the entire duration of a low tariff period until the gassing voltage is reached with a constant mains current, the level of which is determined at the beginning of the charging process so that the missing charge quantity AQ is refilled at the end of the low tariff period. This is the case if the condition

tR-lL tR-l L

eingehalten ist Da der Netzstrom dem Ladestrom annähernd proportional ist und als Wechselstrom einer Messung leichter zugänglich ist, kann die Bedingung (2) durch die Beziehungis adhered to Since the mains current is approximately proportional to the charging current and as an alternating current of a measurement more accessible can condition (2) through the relationship

k ■ tR ■ Inetz = AQ k ■ t R ■ Inetz = AQ

tung gemäß F i g. 6 besitzt drei Eingänge, von denen der eine der Phasenleiter eines Wechselspannungsnetzes ist, über den ein Netzstrom Inetz fließt. Dieser Eingang ist mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet. An den beiden anderen Eingängen 24 und 25 liegt die Spannung U\ bzw. ui an, die jeweils in der vorstehend beschriebenen Weise gewonnen werden kann. Der Strom Inetz wird mit Hilfe eines geeigneten Strommessers 17 gemessen, dessen Ausgang einerseits mit einem Multiplizierer 18 und andererseits mit einem Stromregler 21 verbunden ist. Statt des Netzstromes Inetz kann natürlich auch der Ladestrom Il mit Hilfe eines geeigneten Strommessers 17a gemessen werden, dessen Ausgang dann mit dem Multiplizierer 18 und dem Stromregler 21 verbunden ist.according to FIG. 6 has three inputs, one of which is the phase conductor of an AC voltage network through which a network current Inetz flows. This input is denoted by the reference number 23. The voltage U \ and ui , which can be obtained in the manner described above, is applied to the two other inputs 24 and 25. The current Inetz is measured with the aid of a suitable ammeter 17, the output of which is connected on the one hand to a multiplier 18 and on the other hand to a current regulator 21. Instead of the line current Iline course of the charging current Il can be measured 17a, whose output is then connected to the multiplier 18 and the current regulator 21 by a suitable flow meter.

Ein entsprechender Schaltungszweig ist in F i g. 6 gestrichelt angedeutet. In dem Multiplizierer 18 wird eine dem gemessenen Netzstrom proportionale Spannung, in der auch die Gerätekonstante A: berücksichtigt ist, bzw. eine dem Ladestrom //. proportionale Spannung, mit der Spannung ui multipliziert, welche der Restzeit tR entspricht. Die durch diese Multiplikation erhaltene Ausgangsspannung des Multiplizierers 18 wird dem einen Eingang (—) eines Vergleichsverstärkers 19 zugeführt, dessen zweiter Eingang (+) dem Eingang 25 der Schaltung entspricht, an dem die Spannung t/2 anliegt, die der fehlenden Ladungsmenge AQ entspricht. Der Vergleichsverstärker 19 integriert einen eventuell bestehenden Betragsunterschied der an seinen beiden Eingängen liegenden Spannungen auf und vergrößert oder verkleinert so lange seine Ausgangsspannung, welche dem Sollwert des Netzstromes entspricht, bis der tatsächliche Netzstrom Inetz innerhalb der Leistungsgrenzen des Ladegeräts einen Wert annimmt, der die Bedingung (3) im Falle der Meßstelle 17 bzw. die BedingungA corresponding circuit branch is shown in FIG. 6 indicated by dashed lines. A voltage proportional to the measured mains current, in which the device constant A: is also taken into account, or a voltage to the charging current //. proportional voltage, multiplied by the voltage ui, which corresponds to the remaining time t R. The output voltage of the multiplier 18 obtained by this multiplication is fed to one input (-) of a comparison amplifier 19, the second input (+) of which corresponds to the input 25 of the circuit to which the voltage t / 2 is applied, which corresponds to the missing amount of charge AQ. The comparison amplifier 19 integrates any difference in magnitude between the voltages applied to its two inputs and increases or decreases its output voltage, which corresponds to the nominal value of the mains current, until the actual mains current Inetz, within the performance limits of the charger, assumes a value that meets the condition ( 3) in the case of measuring point 17 or the condition

(2) im Falle der Meßstelle 17a erfüllt. Die Ausgangsspannung des integrierenden Vergleichsverstärkers 19 wird dem einen Eingang eines Minimal-Verstärkers 20 zugeführt, an dessen zweitem Eingang eine Spannung anliegt, die dem jeweils zulässigen Grenzwert des Lade-Stroms entspricht. Der Minimalwert-Verstärker 20 liefert eine Ausgangsspannung als Führungsgröße für den Stromregler 21. Die Ausgangsspannung des Minimalwert-Verstärkers 20 entspricht dabei jeweils der kleineren der beiden Spannungen an seinen beiden Eingängen. Das Ausgangssignal des Stromreglers 21 entspricht der Differenz zwischen dem Stromistwert und dem Stromsollwert und liegt am Stelleingang eines stellbaren Gleichrichters 22, dessen Eingangsseite der Netzstrom Inetz zugeführt ist und dessen Ausgangsseite einen Akkumulator 26 mit dem Ladestrom Il speist(2) fulfilled in the case of measuring point 17a. The output voltage of the integrating comparison amplifier 19 is fed to one input of a minimal amplifier 20, at the second input of which a voltage is applied which corresponds to the respectively permissible limit value of the charging current. The minimum value amplifier 20 supplies an output voltage as a reference variable for the current regulator 21. The output voltage of the minimum value amplifier 20 corresponds in each case to the lower of the two voltages at its two inputs. The output signal of the current regulator 21 corresponds to the difference between the current actual value and the current setpoint and is at the control input of an adjustable rectifier 22, the input side of which is supplied with the mains current Inetz and the output side of which feeds an accumulator 26 with the charging current II

Als Grenzwerte für den Minimalwert-Verstärker 20 können beispielsweise während der Starkladestufe der Gerätenennstrom oder der max. zulässige Netzstrom vorgegeben werden. Nach Überschreiten der Gasungs-Spannung kann ferner als Grenzwert derjenige Gasungsstrom vorgegeben werden, der für den betreffenden Akkumulator zulässig ist Die Umschaltung zwischen den Ladestufen kann dabei in spezieller Weise, beispielsweise temperaturabhängig, gesteuert werden.The limit values for the minimum value amplifier 20 can be, for example, during the high-charge stage Rated device current or the maximum permissible mains current can be specified. After exceeding the gassing voltage can also be specified as the limit value that gassing flow, which for the relevant Accumulator is permissible Switching between the charging stages can be done in a special way, for example, temperature-dependent, controlled.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

ersetzt werden. Darin ist k eine Gerätekonstante.be replaced. Here k is a device constant.

Eine derartige Steuerung des Ladevorgangs läßt sich mit der Schaltung gemäß F i g. 6 erreichen. Die Schal-Such a control of the charging process can be achieved with the circuit according to FIG. 6 reach. The scarf

Claims (13)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Aufladen einer Vielzahl von Akkumulatoren aus einem Wechselspannungsnetz, aus dem die elektrische Leistung während zeitlich begrenzter Niedrigtarifzeiten zu einem verbilligten Tarif entnehmbar ist, mit Hilfe von Ladegeräten, von denen jedes jeweils einem zu ladenden Akkumulator individuell zugeordnet ist unter Berücksichtigung des Ladezustandes der Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß spätestens zu Beginn einer Niedrigtarifzeit für mindestens einen Teil der Akkumulatoren die fehlende Ladungsmenge (JQ) jedes dieser Akkumulatoren ermittelt wird und daß der Zeitpunkt der Einschaltung der einzelnen Ladegeräte entsprechend der fehlenden Ladungsmenge (JQ) in dem jeweils zugehörigen Akkumulator jeweils höchstens solange verzögert wird, daß der Akkumulator bei vorgegebenem Ladestrom, insbesondere unter Berücksichtigung einer Nachladezeit (tNiJ, gerade noch voll aufgeladen werden kann.1. A method for charging a large number of accumulators from an alternating voltage network, from which the electrical power can be taken during temporary low tariff periods at a discounted tariff, with the help of chargers, each of which is individually assigned to an accumulator to be charged, taking into account the state of charge of the Accumulators, characterized in that at the latest at the beginning of a low tariff period the missing charge (JQ) of each of these accumulators is determined for at least some of the accumulators and that the time at which the individual chargers are switched on according to the missing charge (JQ) in the respective associated accumulator is delayed at most until the accumulator can just be fully charged with a given charging current, especially taking into account a recharging time (tNiJ). 2. Verfahren zum Aufladen einer Vielzahl von Akkumulatoren aus einem Wechselspannungsnetz, aus dem die elektrische Leistung während zeitlich begrenzter Niedrigtarifzeiten zu einem verbilligten Tarif entnehmbar ist, mit Hilfe von Ladegeräten, von denen jedes jeweils einem zu ladenden Akkumulator individuell zugeordnet ist unter Berücksichtigung des Ladezustandes der Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladevorgang für alle Akkumulatoren in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert für die fehlende Ladungsmenge (JQ) mit solchen Stromstärken durchgeführt wird, daß sich der Ladevorgang über die gesamte Dauer (int) einer Niedrigtarifzeit erstreckt2. Method for charging a large number of accumulators from an alternating voltage network, from which the electrical power can be taken during temporary low tariff periods at a discounted tariff, with the help of chargers, each of which is individually assigned to an accumulator to be charged, taking into account the state of charge of the Accumulators, characterized in that the charging process for all accumulators is carried out as a function of the determined value for the missing charge (JQ) with such currents that the charging process extends over the entire duration (int) of a low tariff period 3. Ladegerät zum Aufladen eines Akkumulators nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu Beginn einer Niedrigtarif zeit einschaltbare Zeitmeßschaltung (Fig. 1, Fig.2) vorgesehen ist, mit deren Hilfe ein der restlichen Dauer der Niedrigtarifzeit entsprechendes Signal (u\) erzeugbar ist, daß eine Ladungsmengenmeßschaltung vorgesehen ist, mit deren Hilfe ein der fehlenden Ladungsmenge (JQ) des Akkumulators entsprechendes Signal (u2) erzeugbar ist, und daß Schalteinrichtungen (14,15,15a, 16, F i g. 4; 17—22, F i g. 6) vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein der restlichen Niedrigtarifzeit und der im Akkumulator fehlenden Ladungsmenge (JQ) entsprechendes Ladeprogramm durchführbar ist.3. Charger for charging a battery according to the method according to claim 1 or 2, characterized in that a time measuring circuit (Fig. 1, Fig.2) that can be switched on at the beginning of a low tariff is provided, with the aid of which a corresponding to the remaining duration of the low tariff Signal (u \) can be generated, that a charge quantity measuring circuit is provided, with the aid of which a signal (u 2 ) corresponding to the missing charge quantity (JQ) of the accumulator can be generated, and that switching devices (14,15,15a, 16, F i g 4; 17-22, FIG. 6) are provided, with the aid of which a charging program corresponding to the remaining low tariff time and the amount of charge (JQ) missing in the accumulator can be carried out. 4. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßschaltung einen zu Beginn einer Niedrigtarifzeit einschaltbaren Oszillator (2), einen Zähler (5) zum Zählen der Ausgangsimpulse des Oszillators (2) und Einrichtungen (6) zum Umwandeln des Zählerstandes in eine Spannung aufweist. 4. Charger according to claim 3, characterized in that the timing circuit has one at the beginning an oscillator (2) that can be switched on at a low tariff time, a counter (5) for counting the output pulses of the oscillator (2) and means (6) for converting the count into a voltage. 5. Ladegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Summierverstärker (8) vorgesehen ist. dessen einem Eingang die dem Zählerstand entsprechende Spannung und dessen zweitem Eingang eine Spannung zuführbar ist, die der Dauer der Niedrigtarifzeit (tm) abzüglich einer vorzugsweise einstellbaren Nachladezeit (Inl) entspricht, und daß am Ausgang des Summierverstärkers (8) eine Spannung (u\) abgreifbar ist, welche der in der laufenden Niedrigtarifzeit noch zur Verfügung stehenden5. Charger according to claim 4, characterized in that a summing amplifier (8) is provided. One input of which can be supplied with the voltage corresponding to the counter reading and the second input of which a voltage which corresponds to the duration of the low tariff time (tm) minus a preferably adjustable reload time (Inl) , and that a voltage (u \) at the output of the summing amplifier (8) It is possible to determine which of the ones that are still available in the current low tariff period Restzeit (tR) für die Starkladestufe entsprichtRemaining time (t R ) corresponds to the high-charge stage 6. Ladegerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Oszillators (2) und dem Eingang des Zählers (5) ein Frequenzteiler (4) vorgesehen ist6. Charger according to claim 4 or 5, characterized in that between the output of the oscillator (2) and the input of the counter (5) a frequency divider (4) is provided 7. Ladegerät nach einem der Ansprüche 4—6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltuhr (1) zum Ein- und Ausschalten des Oszillators (2) und zum Rückstellen des Zählers (5) am Ende einer Niedrigtarifzeit vorgesehen ist7. Charger according to one of claims 4-6, characterized in that a timer (1) for Switching the oscillator (2) on and off and resetting the counter (5) at the end of a low tariff period is provided 8. Ladegerät nach einem der Ansprüche 4—7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler als Binärzähler (5) ausgebildet ist8. Charger according to one of claims 4-7, characterized in that the counter is a binary counter (5) is formed 9. Ladegerät nach einem der Ansprüche 4—6 und 8, dadurch gekennzeichnet daß ein Flip-Flop (9) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Oszillator (2) beim Einschalten der Netzspannung einschaltbar und bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes abschaltbar ist9. Charger according to one of claims 4-6 and 8, characterized in that a flip-flop (9) is provided is, with the help of which the oscillator (2) can be switched on when the mains voltage is switched on and at Can be switched off when a predetermined count is reached 10. Ladegerät nach einem der Ansprüche 3—9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladegradmeßschaltung einen Verstärker (11) mit unterdrücktem Nullpunkt aufweist, der drei Eingänge besitzt, von denen dem einen die Klemmenspannung des Akkumulators, dem zweiten über ein Potentiometer (12) eine einstellbare Referenzspannung und dem dritten über ein Potentiometer (13) eine einstellbare Rückkopplunrsspannung zur Berücksichtigung unterschiedlicher Batteriekapazitäten und Nennladeströme zuführbar ist (F i g. 4).10. Charger according to one of claims 3-9, characterized in that the charge level measuring circuit an amplifier (11) with suppressed zero point having three inputs of one with the terminal voltage of the accumulator, the other with a potentiometer (12) an adjustable reference voltage and the third an adjustable feedback voltage via a potentiometer (13) can be supplied to take into account different battery capacities and nominal charging currents (FIG. 4). 11. Ladegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen einen Komparator (14) aufweisen, der beim Absinken der der Restzeit entsprechenden Spannung (u\) unter die der fehlenden Ladungsmenge (JQ) entsprechende Ausgangsspannung (ui) des Verstärkers (11) den Ladevorgang für das Aufladen des Akkumulators freigibt (F ig. 4).11. Charger according to claim 10, characterized in that the switching devices have a comparator (14) which, when the voltage (u \) corresponding to the remaining time drops below the output voltage (ui) of the amplifier (11) corresponding to the missing charge amount (JQ) enables the charging process for charging the accumulator (Fig. 4). 12. Ladegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen einen Strommesser (17) aufweisen, mit dessen Hilfe der zu einem stellbaren Gleichrichter (22) fließende Netzstrom (Inetz) meßbar ist, daß die Schalteinrichtungen einen Multiplizierer (18) aufweisen, mit dessen Hilfe das der Restzeit entsprechende Signal (u\) mit einer dem gemessenen Netzstrom (!netz) entsprechenden Spannung multiplizierbar ist, daß die Schalteinrichtungen einen Vergleichsverstärker (19) aufweisen, der das Ausgangssignal des Multiplizierers (18) mit der der fehlenden Ladungsmenge (JQ) entsprechenden Ausgangsspannung (ui) des Verstärkers 11 vergleicht und eine dem Stromsollwert entsprechende Ausgangsspannung erzeugt, daß die Schalteinrichtungen einen Minimalwert-Verstärker (20) aufweisen, dem das Ausgangssignal des Vergleichsverstärkers (19) einerseits sowie beim Ladevorgang zu beachtende Grenzwerte in Form entsprechender Spannungen andererseits zuführbar sind und der ein der jeweils kleineren Eingangsgröße entsprechendes Ausgangssignal als Führungsgröße erzeugt, und daß die Schalteinrichtungen einen Stromregler (21) aufweisen, dem das als Führungsgröße dienende Ausgangssignal des Minimal-Verstärkers (20) einerseits und das Ausgangssignal des Strommessers (17) andererseits zuführbar sind und über dessen Ausgang der stellbare Gleichrichter (22) für den Ladestrom des Akkumulators (26) beeinflußbar ist (F ig. 6).12. Charger according to claim 10, characterized in that the switching devices have an ammeter (17) with the aid of which the mains current (Inetz) flowing to an adjustable rectifier (22) can be measured, that the switching devices have a multiplier (18) with whose help the signal (u \) corresponding to the remaining time can be multiplied by a voltage corresponding to the measured mains current (! Netz) , so that the switching devices have a comparison amplifier (19) which converts the output signal of the multiplier (18) with that of the missing charge (JQ ) compares the corresponding output voltage (ui) of the amplifier 11 and generates an output voltage corresponding to the current setpoint, so that the switching devices have a minimum value amplifier (20) to which the output signal of the comparison amplifier (19) on the one hand and limit values to be observed during the charging process in the form of corresponding voltages on the other can be supplied and the one of each klei An output signal corresponding to its input variable is generated as a reference variable, and that the switching devices have a current regulator (21) to which the output signal of the minimal amplifier (20) serving as reference variable on the one hand and the output signal of the ammeter (17) on the other hand can be fed and via its output the adjustable Rectifier (22) for the charging current of the accumulator (26) can be influenced (F ig. 6). 13. Abänderung des Ladegeräts nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen statt eines Strommessers (17), mit dessen Hilfe der zu einem stellbaren Gleichrichter (22) fließende Netzstrom (!netz) meßbar ist, einen Strommesser (t7a) aufweisen, mit dessen Hilfe der in einen Akkumulator (26) fließende Ladestrom (IJ meßbar ist13 except that the switching means instead of a flow meter (17), by means of which the current flowing to an adjustable rectifier (22) AC current (! Network) measured is a current meter (T7A) having the charger according to claim 12, characterized in that with whose help the charging current (IJ flowing into an accumulator (26) can be measured
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