DE2915487A1 - Geraet zum laden von batterien - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gerät laut Oberbegriff des An-
• spruchs 1.
• Solche Geräte sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Ein Ladegerät wird im allgemeinen an die Netzspannung angeschlossen und weist seinerseits Anschlußklemmen auf, an die die zu ladende Batterie elektrisch angeschlossen wird. Da das Laden eine beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt, ist das Gerät mit einer Einrichtung zum automatischen Abschalten versehen. Dies geschieht dadurch, daß eine Zeituhr mit Erreichen der Gasungsspannung automatisch betätigt wird, die nach Ablauf der eingestellten Zeit(in der Regel 4 h) das Gerät selbsttätig abschaltet.
• Diese Zeitabschaltung bei solchen bekannten Geräten ist insoweit von Nachteil, daß die Batterieladung nicht in Abhängigkeit des echten Ladezustands erfolgt, keine Ladezeit unter 4 h möglich ist sowie Parameter wie Elektrolyttemperatur und das Batteriealter unberücksichtigt bleiben.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Gerät laut Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß das Abschalten in Abhängigkeit des echten Ladezustandes der Batterie erfolgt.
• Diese Aufgabe wird bei einem Gerät laut Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
• Zu bestimmten Zeitpunkten nach zeitlich bestimmten Abständen wird also der Batteriespannungszuwachs gemessen und mit zumindest einer Referenzspannung durch einen Komparator überprüft. Bei Unterschreiten des Batteriespannungszuwachses unter einen bestimmten Wert dieser Referenzspannung wird über eine Steuerschaltung ein Steuersignal abgegeben, welches das Gerät abschaltet. Liegt demgegenüber der Wert des Batteriespannungszuwachses über der Referenzspannung, wird diese bezüglich der echten Batteriespannung in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Überprüfung durch den Komparator für den nächstfolgenden Zeitpunkt über die Steuerschaltung neu abgeglichen.
• Durch diese Ausbildung wird erfindungsgemäß eine "differenzierende Abschaltung" der Batterie in Abhängigkeit von dem echten Ladezustand erreicht. Denn wenn die Batterie zu Anfang der Ladung stark entladen gewesen ist, wird der Batteriespannungszuwachs erst spät in eine Sättigungsphase übergehen, die von dem Ladegerät erkannt wird, woraufhin die Abschaltung erfolgt. War die Batterie jedoch nur zu einem geringen Teil entladen, wird diese Sättigungsphase schneller erreicht, so daß das Laden früher beendet wird.
• In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird der Batteriespannungszuwachs mit zwei verschiedenen, ein Fenster bildenden Referenzspannungen überprüft, und zwar vorzugsweise in Abständen von z. B. 30 Minuten. Liegt der Wert der Batteriespannung ber der die obere Fenstergrenze bildenden größeren Referenzspannung, dann wird diese so neu abgeglichen, daß sie z. B. 180 mV über der echten Batteriespannung liegt.
• Unterschreitet der Batteriespannungszuwachs jedoch zu dem bestimmten Zeitpunkt die die obere Fenstergrenze bildende größere Referenzspannung, so wird die Referenzspannung so eingestellt, daß sie nur z. B. 80 mV als bestimmter zweiter Wert gegenüber dem ersten Wert von z. B. 180 mV über der Batteriespannung liegt.
• In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerschaltung einen Treppenspannungsgenerator zwecks Grundreferenzspannungserzeugung auf, wobei die Treppenstufen 20 mV betragen. Die Treppenspannungsgeneratorspannung wird zu den bestimmten Zeitpunkten an die momentane Batteriespannung angeglichen. Die Summe aus der Treppenspannung und der jeweiligen Steigungsvorgabe bildet die Referenzspannung für den Komparator.
• in zweckmäßige@ Ausgestaltung der Erfindung ist dem Vomparator eine Kompensationsschaltung vorgeordnet, damit Schwankungen der Netzspannung keinen fehlerhaften Einfluß auf die differenzierende Abschaltung ausüben können, obwohl die Fensterbreite des Komparators ohne die Kompensationsschaltung schon so gewählt ist, daß eine Spannunsgänderung von dem 1,1-Fachen auf das 0,9-Fache der Netzspannung keinen Einfluß hat. Diese Kompensationsschaltung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß von dem Batterieladestrom ein konstanter Wert abgezogen wird. Diese Stromersatzgröße und die Batteriespannung bzw. der Batteriespannungszuwachs sind bezüglcih Schwankungen in der Netzspannung zueinander umgekehrt proportional, d. h. ändern sich umgekehrt. Durch Summation der Stromersatzgröße mit der Batteriespannung bzw. dem Batteriespannungszuwachs ergibt sich eine Batteriespannungsersatzgröße, die weitestgehend unabhängig von Schwankungen der Netzspannung ist und darüber hinaus ebenfalls ein Maß für den Ladezustand der Batterie darstellt.
• Durch diese Kompensationsschaltung wird also eine weitestgehend von Netzspannungsschwankungen unabhängige differenzierende Abschaltung des Ladegerätes nach der Lehre der Erfindung erreicht.
• Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform, die ein Blockschaltbild der Erfindung darstellt.
• Mit 1 ist insgesamt eine netzgespeiste und mit 2 eine batteriegespeiste Spannungsversorgung des Ladegeräts für Batterien gemäß der Erfindung dargestellt. Der Spannungsversorgung ist eine Meldeeinrichtung 3 nachgeordnet, mittels der festgestellt wird, ob eine Batterie an den Anschlußklemmen angeschlossen ist - in diesem Fall liegt die Batterierestspanrung über einem bestimmten Wert. Der Meldeeinrichtung 3 ist ein Monoflop 4 nachgeordnet, mit dem die in der Sch tung befindlichen Flipflops beim Einschalten des Geräts zurückgesetzt werden. Ausgangsseitig ist an dem Gerät eine Ladeschützansteuerung 5 vorgesehen, mittels der das Abschalten der Ladung erfolgt. 6 bezeichnet eine Anzeigeeinheit des Geräts.
• In einer der beiden Ladeleitungen ist ein Nebenwiderstand 7 angeordnet, wobei die über ihn abfallende Spannung ein Maß für den Ladestrom darstellt. Diese Spannung wird mittels eines Verstärkers 8 verstärkt. Am Ausgang liegt ein Signal, wie es in dem schematischen Schaubild "A" dargestellt ist.
• Dem Verstärker 8 ist ein Differenzverstärker 9 nachgeschaltet, dessen Ausgangssignal "B" in dem Schaubild B dargestellt ist und die Stromersatzgröße bildet.
• Dem Invertierverstärker 11 ist eine Einrichtung 10 zur Gewinnung der Batteriespannungsänderung so vorgeschaltet, daß der Ausgang dieser Einrichtung 10 mit dem invertierenden Eingang eines Invertierverstärkers 11 verbunden ist, dessen Ausgangssignal "C" ebenfalls in dem Schaubild dargestellt ist und weitgehend der Stromersatzgröße "B" entspricht.
• Die Ausgänge des Differenzverstärkers 9 und des Invertierverstärkers 11 sind jeweils an die Eingänge einer als Summationsverstärker 12 ausgebildeten Summierschaltung angeschlossen, dessen Ausgangssignal "D" in dem Schaubild gezeigt ist und eine Batteriespannungsersatzgröße bildet.
• Diese Batteriespannungsersatzgröße "D" liegt an einem insgesamt mit 13 bezeichneten Komparator an. Diesem Komparator sind ferner noch eingangsseitig zwei Referenzspannungen 14 zugeführt. Der Komparator 13 weist insgesamt drei Ausgänge auf, mit denen angezeigt wird, ob sich die Batteriespannungs-Ersatzgröße innerhalb des durch die größere und die kleinere Referenzspannung gebildeten Spannungsfensters befindet, oder ob sie die die obere Fenstergrenze bildende größere Referenzspannung überschreitet oder die die untere Fenstergrenze bildende kleinere Referenzspannung unterschreitet. Diese von dem Komparator 13 abgegebenen Steuersignale liegen an dem Eingang einer insgesamt mit 16 bezeichneten Steuerschaltung an, die zugleich das Ladeschütz 5 und die Anzeigeeinrichtung 6 ansteuert.
• Eingangsseitig an die Steuerschaltung 16 ist ein Zeitimpulsgeber 17 angeschlossen, der Impulse zu den bestimmten Zeitpunkten in einem Abstand von 1/2 h abgibt. Zu diesen Zeitpunkten wird in einem Treppenspannungsgenerator 15 zunächst der anliegende Wert der Batteriespannungsersatzgröße gespeichert. In Abhängigkeit von Steuersignalen entstehen am Eingang des Komparators 13 durch Summation von Batterieersatzspannung und die Steigungsvorgabe (z. B. 80 mV oder 180 mV) neue Referenzspannungen, die um einen ersten bzw. zweiten Wert -in Abhängigkeit von den Steuersignalen des Komparators 13 -über dem im Treppenspannungsgenerator 15 gespeicherten Wert der Batteriespannungsersatzgröße liegt. Die Umschaltung zwischen den beiden Werten bzw. auf die beiden verschiedenen Referenzspannungen erfolgt mittels der Umschalteinrichtung 1S, die der Steuerschaltung 16 nach- und dem Komparator 13 zugeordnet ist.
• Der Treppenspannungsgenerator 15 gibt eine Treppenspannung in 20 mV-Stufen ab. Der Umschalteinrichtung 18 und dem Treppenspannungsgenerator 15 ist je eine Addierschaltung 20 nachgeordnet, an dessen Eingängen also die momentane Batterieersatzspannung und in Abhängigkeit von dem Steuersignal des Komparators 13 der erste oder zweite Wert als Steigungsvorgabe 21 zugeführt wird. An den Ausgängen der Addierschaltungen 20 liegt also dann die um den ersten oder zweiten Wert erw höhte momentane Batterieersatzspannungsgröße als kleinere oder größere Referenzspannung 14.
• Schließlich ist noch eine Sicherheitsuhr 19 vorgesehen, die das Abschalten des Gerätes bewirkt, wenn innerhalb von 11 h seit Beginn der Ladung die Gasungsspannung nicht erreicht ist oder unabhängig davon wenn nach 16 h nach Ladungsbeginn nicht das Steuersignal des Komparators 13 für die Steuerschaltung 16 zum Abschalten des Geräts über die Ladeschütz einrichtung 5 anliegt, wenn nämlich die Batteriespannungsersatzgröße größer als die untere Referenzspannung nach Erhöhung der Batteriespannungsersatzgröße um den zweitens gegenüber dem ersten kleineren Wert zu dem vorangegangenen bestimmten Zeitpunkt beim nächstfolgenden Zeitpunkt ist.
• Bezugszeichenliste 1 Netzspannungsversorgung 2 Batteriespannungsversorgung 3 Meldeeinrichtung 4 Einschaltrückstellung für Flipflops 5 Ladeschütz 6 Anzeigeeinrichtung 7 Nebenwiderstand 8 Trennverstärker 9 Differenzverstärker 10 Einrichtung zur Gewinnung der Batteriespannungsänderung 11 Invertierverstärker 12 Summationsverstärker 13 Komparator 14 Referenzspannung 15 Treppenspannungsgenerator 16 Steuerschaltung 17 Zeitimpulsgeber 18 Umschalteinrichtung 19 Sicherheitsuhr 20 Addierschaltung 21 Steigungsvorgabe

Claims (22)

1. Gerät zum Laden von Batterien P A T E N g A N S P R 0 C Ei E Gerät zum Laden von Batterien, das an die Netzspannung anschließbar ist, Anschlußklemmen für die zu ladende Batterie aufweist und mit einer Einrichtung zum automatischen Abschalten des Geräts versehen ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung einen den Batteriespannungszuwachs in zeitlichen Abständen zu bestimmten Zeitpunkten mit zumindest einer Referenzspannung (14) überprüfenden und ein Steuersignal abgebenden Komparator (13) aufweist, daß bei Unterschreiten des Batteriespannungszuwachses unter einennbestimmten Wert der Referenzspannung (14) das Gerät abschaltet und bei demgegenüber größerem Batteriespannungszuwachs zu jedem bestimmten Zeitpunkt den neuen Abgleich der Referenzspannung (14) bezüglich der Batteriespannung bzw.

   des Batteriespannungszuwachses in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung für den nächstfolgenden Zeitpunkt über eine Steuerschaltung (16) steuert.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Komparator (13) den Batteriespannungszuwachs mit zwei voneinander verschiedenen, ein Fenster bildenden Referenzspannungen (14) überprüft.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das von dem Komparator (13) abgegebene Steuersignal das Überschreiten der die obere Fenstergrenze bildenden größeren Referenzspannung, das Unterschreiten der die untere Fenstergröße bildenden kleineren Referenzspannung und das Anliegen der Batteriespannung innerhalb des Spannungsfensters anzeigt und dieses so gewählt ist, daß die Batteriespannung innerhalb desselben bei einer Änderung vom 1,1-Fachen auf das 0,9-Fache der Netzspannung oder umgekehrt bleibt.
4. 4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei Oberschreiten der oberen Fenstergrenze zu dem bestimmten Zeitpunkt durch die Batteriespannung die größere Referenzspannung (14) infolge des Steuersignals durch die Steuerschaltung (16) um einen bestimmten ersten Wert über die Batteriespannung erhöht wird.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der erste Wert 180 mV beträgt.
6. 6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei innerhalb des Spannungsfensters liegendem Batteriespannungswert zu dem bestimmten Zeitpunkt die kleinere Referenzspannung (14) infolge des Steuersignals durch die Steuerschaltung (16) um einen bestimmten zweiten Wert über die Batteriespannung erhöht wird.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der zweite Wert 80 mV beträgt.
8. 8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei Unterschreiten der unteren Fenstergrenze zu dem bestimmten Zeitpunkt durch die Batteriespannung infolge des Steuersignals durch die Steuerschaltung (16) das Gerät abgeschaltet wird.
9. 9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der zeitliche Abstand der bestimmten Zeitpunkte voneinander von einem Zeitimpulsgeber (17) vorgegeben und gleichgroß ist.
10. 10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Zeitimpulsgeber (17) Impulse zu den bestimmten Zeitpunkten im AbStaIld von 1/2 h abgi bt.
11. 11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Komparator (13) der Fensterspannungskomparator TCA 965 verwendet wrd.
12. 12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, g e k e n n -z e i c h n e t durch eine dem Fensterspannungskompa rator (13) zugeordnete, in Abhängigkeit der Steuersignale auf die jeweilige Referenzspannung schaltende Umschalteinrichtung (18).
13. 13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Umschalteinrichtung (18) an den Fensterspannungsgenerator (13) angeschlossen ist, dem in Abhängigkeit von der Ans-teuerung der Umschalteinrichtung (18) durch die Steuerschaltung (16) eine Referenzspannung (14) zugeführt wird, die um den ersten bzw. zweiten Wert größer als die Batteriespannung ist.
14. 14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, g e k e n n -z e i c h n e t durch eine aus der Batteriespannung oder der Batteriespannungsänderung und dem Batterieladestrom eine von Schwankungen der Netzspannung weitestgehend unabhängige Batteriespannungsersatzgröße bildende Kompensationsschaltung (8, 9, 11, 12).
15. 15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch g e k e n ii z e i c h -net , daß der Batterieladestrom über einen Nebenwiderstand (17) gewonnen und einem Verstärker (8) zugefünrt wird.
16. 16. Gerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß dem Verstärker (8) ein Differenzverstärker (9) nachgeschaltet ist, an dessen invertierendem Eingang eine konstante Spannung anliegt und an dessen Ausgang eine Batterieladestromersatzgröße abgegeben wird.
17. 17. Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Batteriespannung an einem Invertierverstärker (11) anliegt.
18. 18. Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Batteriespannungsänderung an einem Invertierverstärker (11) anliegt.
19. 19. Gerät nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ausgang des Invertierverstärkers (11) und des Differenzverstärkers (9) an einer Summierschaltung (12) liegen.
20. 20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Summierschaltung (12) ein Summationsverstärker ist.
21. 21. Gerät nach Anspruch 19 oder 20, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Summierschaltung (12) der Komparator (13) nachgeschaltet ist.
22. 22. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Referenzspannung des Komparators (13) durch Summation von Batterieersatzspannung und Steigungsvorgabe gebildet wird.