DE3014274A1

DE3014274A1 - Batterieladegeraet

Info

Publication number: DE3014274A1
Application number: DE19803014274
Authority: DE
Inventors: Detlef Ing.(grad.) 2359 Henstedt-Ulzburg Rotkehl
Original assignee: Jungheinrich Unternehmensverwaltung KG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 1980-04-14
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1981-10-29
Also published as: GB2074402A; FR2480524A1; FR2480524B1; GB2074402B; DE3014274C2

Description

Unternehmensverwaltung KG

2ooo Hamburg 7o

ZUCELASSENER VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

Ίο. April 198o K/ eg - 58o4

Anwaltsakte:

Batterieladegerät

Die Erfindung "betrifft ein Batterieladegerät mit Abschaltvorrichtung für den Ladevorgang in Abhängigkeit von einem Steuersignal, das von der Ladecharakteristik abgeleitet und in ZeitIntervallen unterteilt und durch Vergleich dieser Zeitintervall-Steuersignale ausgewertet wird, wobei das Steuersignal von der Batteriespannung abhängig und ein Impulsgenerator, der ein Steuersignal mit von der Spannung abhängiger Impulsfrequenz erzeugt, und ein Steuertaktgeber vorgesehen ist, der die Länge der Steuersignalintervalle bestimmt und die Zählanordnung steuert.

Ein solches Batterieladegerät ist aus der G-B-PS 1 527 bekannt, ein solches Batterieladegerät hat Vorteile gegenüber anderen Ladegeräten, die mit Hilfskennlinien

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arbeiten, welche mit dem Strom oder den Spannungswerten verglichen werden. Da die Hilfskennlinien nur simulieren und nicht direkt die Batteriespannung bzw. den Strom darstellen, ergeben sich Unsicherheiten und Nachteile, abgesehen davon, daß der Aufwand solcher bekannter Ladegeräte groß ist.

Es ist auch bekannt, Zellen bis zum Erreichen der Gasungsspannung von 2,4 V/Zelle zeitunabhängig zu laden un-d dann auf eine fest zeitlich begrenzte Nachladephase umzuschalten. Weil aber diese Nachladezeit nie optimal angepaßt werden kann, ist die Ladezeit entweder zu kurz oder zu lang. Die Folge ist entweder eine nicht vollgeladene Batterie oder bei zu langer Ladung erhöhter Wasserverbrauch.

Die bekannte Ausführung nach der britischen Patentschrift beseitigt diese Mangel schon dadurch, daß ein von der Batteriespannung gesteuerter Impulsgenerator vorgesehen ist, der ein Steuersignal als Impulskette mit einer Frequenz erzeugt, die von der Höhe der Batteriespannung abhängig ist. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, in Abhängigkeit von der Batteriespannung zu arbeiten, wobei dann die Abschaltung in Abhängigkeit davon erfolgt, daß die mittlere Impulsfrequenz bei Vergleich dieses Impulssteuersignals in einer Vergleichsvorrichtung unter einen gegebenen Wert fällt.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, als Vergleichsvorrichtung einen Aufwarts-/Abwärts-Zähler anzordnen, an den abwechselnd impulsfÖrmige Steuersignale in vorgegebabenen Steuersignalintervallen angelegt werden. Eine solche Vergleichsvorrichtung wird einbezogen.

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Es ist aber auch bekannt, zwei Zählvorrichtungen in einer Vergleichsanordnung vorzusehen, welche Zählvorrichtungen beide in abwechselnden Steuersignalintervallen in derselben Richtung zur Zählung gespeist werden und die an einen Digitalvergleicher angeschlossen sind, der die Zählstände vergleicht, um eine Abschaltung in Abhängigkeit von der Übereinstimmung zu bewirken, wenn nämlich die Ladekurve praktisch gleichbleibende Höhe beibehält, sich also nicht mehr in Abhängigkeit von der Zeit ändert.

Dabei ist es ebenfalls aus der britischen Patentschrift im Zusammenhang mit B-leibatterien bekannt, eine Abschaltung in Abhängigkeit von einem Vergleich mit einer Zellenspannung solange auszuschließen, bis die Batteriespannung über einen bestimmten Wert steigt, der der Gasungsspannung in Höhe von 2,35 Volt pro Zelle entspricht. Ferner ist gemäß der genannten GB-PS berücksichtigt, daß sich das Steuersignal in Abhängigkeit von der Speisespannung (Netzspannung) ändert. Diese Wirkung hebt eine Kompensationseinrichtung auf.

Die soweit beschriebene bekannte Ausführung hat zwar Vorteile, aber den Nachteil einerseits eines erheblichen Aufwandes insbesondere im Zusammenhang mit der Zählanordnung und ferner dahingehend, daß das Auflösungsvermögen zur überwachung der Batteriespannung zwecks Ableitung von Schaltfunktionen gering ist. Wenn mit steigender Batteriespannung der Zählanordnung zugeführte Werte ständig zunehmen,

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ergibt sich die Gefahr eines sogenannten Zählerüberlaufes, d. h. es müssen sehr große Zählvorrichtungen vorgesehen sein. Ferner ist die Spannungsänderung der Batteriespannung insgesamt relativ gering, bezogen auf die absolute Spannungshöhe, so daß die Genauigkeit des bekannten Batterieladegerätes gering ist. Wenn die bekannte Ausführung auch davon ausgeht, daß in einer Vergleichsvorrichtung der Zählanordnung die Gleichheit der Meßwerte ausgewertet wird, dann führen obige Einschränkungen zu erheblichen Unsicherheiten für die Abschaltung.

Es ist bereits auch in Verbindung mit Bleibatterien vorgeschlagen worden, unter Berücksichtigung des Umstandes, daß bei einer Sulfatierung einer an sich entladenen Batterie, die dadurch einen erhöhten inneren Widerstand erhält und deshalb einen Spannungswert oberhalb der Gasungsspannung entwickelt, eine Zeitverzögerung vorzusehen, welche eine Nachladephase erst nach einem bestimmten Zeitablauf einzuschalten gestattet.

Für Bleibatterien werden entsprechende Gesichtspunkte, soweit sie vorstehend angeführt sind, einbezogen. Die Erfindung ist jedoch - abgesehen von diesen speziellen, auf Bleibatterien bezogene Vorkehrungen - nicht auf solche beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batterieladegerät der eingangs angegebenen Ausführung dahingehend zu verbessern, daß mit einer einfacheren Ausführung, d. h. mit geringerem Aufwand, insbesondere in der Vergleichsvorrichtung, auch eine erhöhte Genaugkeit zum Abschalten erzeugt wird, wobei weiterhin zweckmäßig Vorkehrungen getroffen sind,

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um auch den Einfluß einer sulfatierten Batterie hinsichtlich einer Fehlladung zu vermeiden. Diese Aufgabe wird im Zusammenhang mit einem batteriespannungsabhangig in Impulse umgesetzten Steuersignal dadurch gelöst, daß für die Batteriespannung eine Invertierungsschaltung vorgesehen ist, welche mit zunehmender Batteriespannung zunehmend kleinere Signalfrequenzwerte liefert. Das bedeutet, daß die Frequenz, d. h. die Impulsrate je Zeiteinheit, mit steigender Batteriespannung abnimmt. Dadurch können für die Vergleichsvorrichtung relativ kleine Zähler gewählt werden, da diese durch die Invertierung praktisch nach unten, d. h. auf einen Minimumwert, zählen. Dies gibt auch für die Genauigkeit der Steuerung eine Freiheit für die Zeitbemessung der Steuersignalintervalle, so daß die tatsächliche Strom- oder Spannungskennlinie der Batterie mit höchster Genauigkeit erfaß-bar ist. Hierbei versteht sich, daß die Invertierungsschaltung in Verbindung mit der Steuerung der Zeitintervalle eine Langzeitintegration darstellt, so daß eine größere Länge der Zeitintervalle auch zu einer genaueren Erfassung der Batteriekennlinie führt.

Dabei liegt eine vorteilhafte Ausführung darin, daß die Invertierungsschaltung als Umkehrverstärker vorgesehen ist, der an eine Referenz spannung angeschlossen ist und die Differenz zwischen der Referenzspannung und der Batteriespannung invertiert verstärkt. Der Verstärkungsfaktor wird dabei- durch äußere Beschaltung des Verstärkers festgelegt. Hierdurch wird ein Lupeneffekt für die Steuerung der Abschaltung erreicht, indem durch die Verstärkung praktisch nur des Batteriespannungsanteiles, der sich ändert, ein großes Auflösungsvermögen erzielt wird. Auch das trägt erheblich zur Genauigkeit bei.

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Wenn auch ein Auf- und Abwärts-Zähler gemäß obigen Darlegungen, jedoch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Merkmalen, nicht ausgeschlossen wird, so liegt jedoch die bevorzugte Ausführung in der Verwendung von zwei Speicherzählern, denen in Steuersignalintervallen abwechselnd Steuersignale zugeführt werden. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Speicherzähler an einen Digitalvergleicher angesc-hlossen sind, der unabhängig von den Impulsen der Steuersignale gespeiste Vergleichsanschlüsse hat, deren einer auf 0 bzw. an Masse geschaltet ist und deren anderer an einen Steueranschluß mit Schaltungsmitteln angeschlossen ist, die eine Umschaltung des Steueranschlusses auf 0 wenigstens in Abhängigkeit von einer Mindestanzahl von Steuersignalintervallen zulassen. Dabei wird zweckmäßig einbezogen, daß der Steueranschluß an einen Komparator angeschlossen ist, welcher das reduzierte Steuersignal mit einer entsprechend reduzierten Batterie-Zellenspannung vergleicht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Steueranschluß mit einer Ausgangsleitung des Digitalvergleichers über eine Inverterschaltung verbunden, welche eine Umschaltung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal herbeiführt. Dadurch können nach Abschaltung die anderen Beschaltungen keinen Einfluß mehr ausüben, da der Steueranschluß auf "Null" gehalten wird.

Die erwähnte Zeitverzögerungsschaltung wird vorteilhaft dadurch verwirklicht, daß ein Sperrzähler vorgesehen ist, der auf den Steueranschluß ein O-Signal erst nach einer voreingestellten Anzahl von Steuersignalintervallen liefert.

*) in Impulsform

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Mit anderen Worten: es wird der Steueranschluß vom Sperrzähler so lange auf einem L-Signal gehalten, "bis die eingestellte Anzahl von Steuersignalintervallen durchgelaufen ist. Insofern hat der Sperrzähler eine Sperrfunktion für die Wirkung der Abschaltvorrichtung für den Ladevorgang.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform sind jedem Speicherzähler zwei &-Gatter zugeordnet, dessen eines den Zählereingang freigibt und dessen anderes einen Rücksetz- bzw. Rückstellimpuls zum Beginn einer Zählperiode erzeugt, und deren Eingänge einerseits von einem Oszillator als Steuersignal-Intervallgeber direkt, bzw. über einer Inverterschaltung, und andererseits vom Impulsgenerator für das Steuersignal mit von der Spannung abhängigen Impulsfrequenzen speisbar sind. Hierdurch ergibt sch eine besonders vorteilhafte, zuverlässig und einfach aufgebaute Speichersteuerelektronik.

Dabei wird bevorzugt, daß zwischen den jeweils im Speicherzähler zugeordneten &-Gattern ein Hochpaß, angeordnet ist.

Ferner ist vorteilhaft eine Ueztüberwachungsschaltung vorgesehen, durch welche der Steuertaktgeber als Oszillator für die Steuersignalintervalle und der Impulsgenerator mit dem spannungsgaäbeuerten Oszillator bei Netzausfall stoppbar sind und der Meßablauf für eine Zeit eines Netzausfalls unterbrechbar ist.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführung sb ei spie Is beschrieben, das in der Zeichnung
dargestellt ist.
In der Zeichnung zeigen

Figur 1 ein schematisches Blockschaubild für
das Batterieladegerät;

Figur 2 eine mehr ins einzelne gehende, teilweise schematische Darstellung einer Einzelheit der für die Erfindung bevorzugten Schaltungsanordnung ;

Figur 3 ein Spannungszeitdiagramm, bezogen auf eine Bleibatterie zur Erläuterung der Funktion der Erfindung.

Das Batterieladegerät zur Anschaltung einer Batterie 1 hat zwei Anschlußklemmen 2, 3i von denen 2 eine positive und 3 eine negative Anschlußklemme ist, die auch über
die Leitung 4 bei 5 an Masse liegt. Ferner besitzt das Gerät einen Netzanschluß 6, der an einen Leistungsteil 7 angeschlossen ist.

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Dieser Leistungsteil ist zunächst über die Leitungen 8 und mit einem Netzspeisungsteil 1o für Signallampen und einer Schaltungsanordnung 11 für eine kompensierte Bezugsspannung verbunden, welche sicherstellt, daß sich das Steuersignal nicht in Abhängigkeit von Schwankungen der Netzspannung ändert, d.h. daß nachteilige Einflüsse netzseitiger Spannung^chwankungen ausgeglichen werden. Die Schaltungsanordnung 11 ist zu diesem Zweck durch eine Leitung 86 mit einem Umkehr-Meßverstärker verbunden, der noch beschrieben wird.

Ferner ist der Leistungsteil über eine Leitung 12 mit einer Netzüberwachungsschaltung 13 verbunden, die in noch zu beschreibender Weise bei Netzausfall wirksam wird. Dabei wird auch eine angeschlossene Signallampe 87 betätigt, die den Ladungsvorgang anzeigt, solange kein Netzausfall vorliegt.

Die positive Anschlußklemme 2 ist über eine Terbindungsleitung 16 mit dem Leistungsteil 7 verbunden. Dadurch wird zugleich, wenn eine Batterie 1 angeschlossen wird, und zwar auch in Abhängigkeit von der Verbindung 17 zur Leitung 4-, eine Einheit 18 für die stabilisierte Versorgungsspannung für die Elektronikelemente in Betrieb gesetzt. Diese liefert aus ihrem Ausgang eine mit +St bezeichnete stabilisierte Versorgungsspannung, die an die entsprechend bezeichneten Anschlüsse der anderen Einheit der Schaltung angelegt ist.

An die Anschlußklemme 2 ist über einen Spannungsteiler 2o ein sogenannter Umkehr-Meßverstärker 21 angeschlossen. Dieser erhält von der Batteriespannung nur einen von dem Spannungsteiler 2o abhängigen Wert der Batteriespannung, welcher Wert im wesentlichen auf den Bereich der Änderung der Spannung bezogen ist. Durch die Aufnahme nur eines begrenzten Batteriespannungswertes wird der Lupeneffekt erreicht, so daß praktisch nur die auftretende Spannungsänderung verstärkt und dadurch

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ein erhebliches Auflösungsvermögen erreicht wird.

Die Ausführung als Umkehrverstärker führt dabei dazu, daß mit zunehmenden Spannungswerten am Ausgang 22 kleinere Signalwerte erzeugt werden. Dieser Ausgang 22 ist mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 23 verbunden, in welchen eine digitale Impulsfolge zwischen festgelegten Spannungswerten, insbesondere 0 und einem Maximalwert, erzeugt wird. Die Frequenz der Impulsfolge entspricht der Spannungshöhe. Mit steigender Eingangsspannung nimmt die Ausgangsfrequenz, d.h. die Anzahl der Impulse ,je Zeiteinheit, zu. Alle Impulse haben jeweils die gleiche Amplitude. Diese Impulsfolge wird über eine Verbindung 24 einem Binärzähler 25 zugeführt und in ein Signal aufgearbeitet, welches einer sich anschließenden Speicherelektronik für eine Vergleichsvorriihtung angepaßt ist.

Der Binärzähler 25 ist über eine Leitung 26 mit einer insgesamt mit 27 bezeichneten Speichersteuerelektronik verbunden, die noch eingehend anhand der Fig. 2 deutliche? beschrieben wird, und die über Zähleingänge 28, 29 und Rücksteileingänge 3o, 31 mit Speicherzählern 32, 33 verbunden ist. Diese Speicherzähler haben beispielsweise jeweils sieben Ausgangsanschlüsse 34, die mit den Eingängen eines Digitalvergleichers 36 verbunden sind, der zwei zusätzliche Eingänge 37 und 38 besitzt. Der Eingang 37 ist an Masse gelegt, so daß er auf einem Signal 0 gehalten ist, während der Eingang 38 mit einem Steueranschluß 39 versehen ist, der in einer bestimmten Zeit auf einem anderen Signal als 0, d.h. auf L, gehalten ist und während dieser bestimmten Zeit verhindert, daß in dem Digitalvergleicher 36 auf der Ausgangsleitung 4o infolge Feststellung von Gleichheit ein Abschaltsignal erscheint. Diese Ausgangsleitung 4o ist mit einer Steuerleitung 42 zum Stop-Eingang 43 der Start-/ Stop-Einheit 15 verbunden. Ferner dient die Ausgangsleitung

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zur Erregung einer Lampe 88, die durch Aufleuchten das Ende eines Ladevorgangs anzeigt. Ihr Speisekreis, wie auch für die Lampe 87 und eine Lampe 89, die eine Störung anzeigt, ist mit 41 bezeichnet. An diesen Speisekreis können auch ands?e Mittel angeschlossen werden, beispielsweise Digitalanzeiger und dergleichen. . .

Zwischen, der Stop-Einheit 15 und dem Leistungsteil 7 ist eine Verbindung 14 vorgesehen, die als Staierleitung für ein Hauptschütz im Leistungsteil 7 dient, der im übrigen auch noch einen Transformator, Gleichrichter und dergleichen enthält.

Zum Eingang 44 des Umkehrmeßverstärkers 21 führt eine Leitung 45 von einem Komparator 46, in welchem eine Bezugsspannung, durch den Spannungsteiler jeweils bezogen auf den abgegriffenen Spannungsanteil hinsichtlich einer Zellenspannung von 2,4 Volt ie Zelle erzeugt wird. Dieser reduzierte Spannungswert ist über eine Leitung 47 mit einem allgemeinen Verbindungspunkt 48 verbunden,der mit dem Steueranschluß 39 zum Steüeranschluß 38 verbunden ist. Wenn sich somit am Eingang 44 eine Spannungshöhe ergibt, die geringer als die reduzierte Zellenspannung ist, dann entsteht bei 4© ein Signal L, das den Ausgang des Digitalvergleichers 36 sperrt. Ein L-Ausgangssignal am Ausgang des Digitalvergleichers, d.h. wenn 34 =35 und 37 = 38 sind, wird durch eine Inverterschaltung 49 invertiert. Dadurch wird zwangsweise der Verbindungspunkt 48 auf Null gehalten. Damit sind alle anderen Schaltmittel unwirksam, die mit dem Verbindungspunkt 48 verbunden sind. Das bedeutet, daß der gleiche Zustand am Digitalvergleicher 36 nicht aufgehoben werden kann. Andere Inverter stoppen dabei die Steuersignalxntervalle und den Oszillator 23 als Impulsgenerator etc.. Diese Inverteranordnungen sind Bestandteil der Netzüberwachungsschaltung 13.

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Mit der Einschaltung der Einheit 18 für die stabilisierte Versorgungsspannung wird ein als Steuertaktgeber arbeitender Oszillator 5o eingeschaltet, der über eine Verbindungsleitung 51 mit der Speichersteuerelektronik 27 verbunden ist und diese Speichersteuerelektronik so steuert, daß nach Maßgabe der Steuertakte die Steuersignalintervalle bestimmt werden, durch welche abwechselnd die Zähleingänge 28 und 29 zu den ßpeicherzählern 32 und 33 beschickt werden, so daß dann im Digitalvergleicher 36 der Vergleich durchgeführt werden kann.

Wenn in diesem Vergleich kein Ergebnis im Sinne einer Übereinstimmung entsteht, werden aus der Speichersteuerelektronik 27 Löschgrößen über die Leitung 3o, 31 wirksam, wie noch beschrieben wird.

Eine Einschaltverzögerungs- und Zählerrückstellschaltung 55, welche durch die stabilisierte Versorgungsspannung wirksam wird, liefert dann, wenn eine Batterie 1 an das Ladegerät angeschlossen wird, sowohl für den Oszillator 5o als auch für eine noch zu beschreibende Schaltung 59 für eine Sicherheitazeit und einen weiterhin noch zu beschreibenden Sperrzähler 57 einen Rücksetzimpuls, damit einer definierte Ausgangsstellung erreicht wird. Der Rücksetzimpuls bringt die Zähler in definierte Startpositionen. Für die Dauer des Impulses wird außerdem eine Einschaltung des Leistungsteiles verhindert, was sich aus den Verbindungen 5^ und 14 ergibt. Der Leistungsteil 7 schaltet automatisch ein, wenn der Rücksetzimpuls bzw. Rückstellimpuls verschwindet. Durch die Verzögerungszeit wird außerdem sichergestellt, daß der Steckvorgang des Batteriesteckers zum Anschluß einer Batterie 1 vor Beginn der Ladung abgeschlossen ist, so daß an dieser Stelle keine Verfälschungen auftreten können.

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Dabei ist weiterhin vorgesehen, daß zwischen dem Verbindungspunkt 4-8 tmd dem Oszillator 5o, angeschlossen durch die Leitungen 551 56, ein Sperrzähler 57 angeordnet ist, der auch über eine Leitung 58 mit einer eine Sicherheitszeit "bestimmenden Schaltung 59 verbunden ist. Letztere ist über die Leitung 6o mit dem Oszillator 5o und im übrigen mit einem Eingang 61 zur Leitung 52 verbunden. Lösch- und Rücksetz- bzw. Rückstellimpulse für den Oszillator 5o, den Sperrzähler 57 und die - Schaltung 59 für die Sicherheitszeit werden von der Einschaltverzögerungs- und Zählerrückstellschaltung 53 geliefert. Der Sperrzähler 57 belegt (fen Steueranschluß 38 am Digitalvergleicher 36 für eine vorgegebene Anzahl von Steuersignalintervallen mit einem L-Signal. Der Oszillator 5o als Geber für die Steuersignalintervalle läuft ständig, solange das Netz eingeschaltet und nachdem der Rückstell- bzw. Resetimpuls aus der Einschaltverzögerungs- und Zählerrückstellschaltung 53 beendet ist.

Dabei wird zusätzlich bemerkt, daß aus der Netzüberwachungsschaltung 13 eine Verbindung 9ο zum Oszillator 5o mit einem Abzweig 9"1 zum als Impulsgenerator arbeitenden Oszillator 23

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geführt ist. Diese werd/von der Netzüberwachungsschaltung für die Zeit eines Netzausfalls gestoppt, so daß der Meßablauf für eine solche Zeit unterbrochen wird, damit es zu keiner Fehlfunktion kommt. Damit bleiben alle Speicherzustände für diese Z*eit eines Netzausfalles erhalten. Diese Netzüberwachungsschaltung 13 wirkt auch bei der Abschaltung, so daß die Zählerstellungen zunächst verbleiben.

In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß sich eine nähere Beschreibung dieser Teile erübrigt.

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Der Oszillator 5o liefert ein Eechteckausgangssignal im Taktverhältnis 1:1, wobei die Impulsbreite etwa 15 - 2o Minuten betragen kann. Dieses ist der Steuertakt für die Speichersteuerelektronik 27. Diese ist über die Leitungen 26 und 51 angeschlossen und hat für jeden Speicherzähler 32, 33 den Eingang über die Leitung 5I und einen anderen Eingang über die Leitung 26. Die Leitung 5I vom Oszillator 5° ist jeweils mit einem &-Gatter 63, 64 bzw. über einen Inverter 81 mit einem &-Gatter 65, 66 verbunden, wobei der Ausgang der &-Gatter 63, 65 mit den Leitungen 3o, 31 für die Löscheingänge und die &-Gatter 64-, 66 mit den Leitungen 28, 29 für die Zähleingänge verbunden sind. Die &-Gatter 64-, 66 sind daher mit der Leitung 26 verbunden. Der jeweils andere Eingang 78 des &-Gatters 63 ist über einen Inverter 81 des &-Gatters 65 mit der Leitung 51 über eine spezielle Schaltung verbunden, welche jeweils, ausgehend vom Anschluß an die Leitung 5I, eine Diode 67, 68 und daran anschließend einen Hochpaß 69, 7o, bestehend jeweils aus einem Widerstand 7I und einem Kondensator 72 bzw. einem Widerstand 73 und einem Kondensator 74- angeschlossen hat. Weiterhin ist jeweils ein einen Bezugspunkt bildender Widerstand 75, 76 vorgesehen.

Angenommen, das Steuersignal aus dem Oszillator 5o wechselt von O auf L, dann steht am Eingang 77 des &-Gatters 63 ein positives Signal und über die Diode 67 und den Hochpaß 69 am Eingang 78 ebenfalls ein positives Signal. Dabei übernimmt der Ausgang des &-Gatters 63 auch den gemeinsamen Eingangszustand, der Kondensator 72 wird aufgeladen. Sobald dieses der Fall ist, entfällt das positive Signal am Eingang 78 am &-Gatter 63, so daß dessen Ausgangssignal auf der Leitung 31 wechselt. Das Ausgangssignal geht auf O zurück. Die Dauer des Ausgangsimpulses ist durch die Wahl der Elemente 71 und 72 bestimmt und auf beispielsweise 2oo msec festgelegt. Dieser Ausgangsimpuls dient als Lösch- bzw. Rücksetζsignal für den Speicherzähler 33·

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Gleichzeitig gelangt aber das Steuersignal der Leitung 51 an. den Eingang 79 des &-Gatters 64-. Dieses arbeitet als Torschaltung und gibt die an seinem Eingang 80 liegenden positiven Impulse des Zählers 25 zu dem Steuereingang 29 des Speicherzählers 33· Daher werden bei Aufrechterhaltung des Steuersignals auf der Leitung 26 die Ausgangsimpulse des Zählers 25 im Speicherzähler 33 aufsummiert und dieser Zählerstand gelangt über den Ausgangsanschluß 35 in den Digitalvergleicher 36.

Beispielsweise nach 15 Minuten wechselt das Steuersignal aus dem Oszillator 5o von L auf O. Dadurch wird das &-Gatter 64-gesperrt und die Zählimpulse werden am Speicherzähler 33 S^e~ sperrt. Der Zählerstand im Speicherzähler 33 bleibt erhalten und liegt am Digitalvergleicher 36.

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Über einen Inverterschaltkreis 81 in der Leitung 51 zwischen den Anschlüssen zu den &-Gattern 64, 66 wird das O-Steuersignal aus dem Os-zillator 50 am Ausgang der Inverterschaltung in ein L-Signal umgewandelt. Damit erzeugt das &-Gatter 65 für den Speicherzähler 32 ein Lösch- bzw. Hücksetzungesignal definierter Länge mit den angegebenen Bauelementen und über das &-Gatter 66 gelangen die Zählimpulse von der Leitung 26 an den Zähleingang 28. Der Ausgang 34- des Speicherzählers 32 wird dann im Digitalvergleicher 36 mit den Signalen im Speicherzähler 33 verglichen.

Beim nächsten Steuersignalwechsel für die Steuersignalintervalle ergibt sich eine Speicherung der Ausgangssignale am Speieherzähler 32. Dagegen wird der Speicherzähler 33 gelöscht oder zurückgesetzt und dann mit Zählimpulsen über die Leitung 26 versorgt.

Aufgrund der Symmetrie des Steuersignals in den Steuersignalintervallen werden in jedem Speicherzähler 32, 33 Impulse über gleiche Zeitdauern gezählt, die der Batteriespannung proportional sind. Daher werden arL-thmetische Mittelwerte der Batteriespannung in zwei aufeinanderfolgenden gleichlangen Meßperioden verglichen. Bei Gleichheit der Signale an den Ausgängen 34, 35 bzw. Eingängen am Digitalvergleicher 36 und unter Voraussetzung, daß auch der Steuereingang 38 auf den gleichen Wert wie der Steuereingang 37 umgeschaltet ist, ergibt sich ein Ausgangs- oder L-Signal von der Ausgangsleitung 40. Das löst in der beschriebenen Weise über 42 die Abschaltung des Ladevorganges aus.

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In Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Sperrzählers 57 wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sein Eingang für weitere Zählimpulse durch eine Inverterschaltung 82 gesperrt. Die Anzahl der Steuersignalintervalle wird durch die Wahl eines Ausgangseignais am Sperrzähler 57 bestimmt, wie sich aus der Schaltung nach Fig. 1 ergibt. Die Inverterschaltung 82 blockiert den Eingang des Zählers, wenn er einen vorbestimmten Stand erreicht hat.

Das Spannungs-Zeit-Diagramm nach Fig. 3 hat an der Abzisse

92 eine Zeiteinteilung, bei der beispielsweise 1 mm o,5 h entspricht. Die Ordinate 93 ist mit zwei Spannungsmaßstäben versehen. Unter Bezugnahme auf eine Bleibatterie ist als Kurve 94- die Batteriespannung in Abhängigkeit von. der Zeit (Ubatt = f(t)) dargestellt. Für diese Kurve 94- dient ein Spannungsmaßstab, bei dem beispielsweise 1 cm o,2 Volt/Zelle entspricht. Einer ferner eingezeichnete Kurve 95 stellt die Ausgangsspannung des Umkehrmeßverstärkers 21 in Fig. 1 dar. Dabei ist erkennbar, daß einerseits bezüglich des Inderungsbereichs in der Kurve 94- ein großes Auflösungsvermögen mit dem sogenannten Lupeneffekt erreicht wird, und daß andererseits mit zunehmender Batteriespannung die Kurve 95 auf zunehmend kleinere Werte abfällt. Zu der Kurve 95 gehört ein Ordinatenmaßstab, bei dem 1 cm o,o$ Volt/Zelle entspricht.

Für die Anwendung an einer Bleibatterie ist, unter Bezugnahme auf die Kurve 94-, ferner die Gasungsspannung durch einen Spannungswert 96 in der Größe von 2,4· Volt/Zelle eingezeichnet In diesem Falle beginnt, bei Einbeziehung eines solchen Sperrwertes wie beschrieben, die Auswertung der Meßelektronik bei 97, d.h. wenn die Batteriespannung die Gasungsspannung übersteigt. In diesem Zusammenhang wird auf den Komparator 4-6 in Fig. 1 Bezug genommen.

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Abgesehen davon, ist in Fig. 3 durch die strichpunktierte Linie 98 eine Sperrzeit 99 angesprochen, die sich aus der Punktion des Sperrzählers 57 in. Fig. 1 ergibt und die beispielsweise eine Stunde betragen kann.

Zur Verdeutlichung und zum besseren Verständnis sind ferner an der Spannungskurve 95 drei Steuersignalintervall 1oo, 1o1 und 1o2 eingezeichnet, wobei in diesen Intervallen beispielsweise in der Größenordnung von 15 Minuten erkennbar ist, mit welcher Genauigkeit durch die Erfindung der Spannungsverlauf erfasst werden kann.

Es wird jedoch bemerkt, daß die Erfindung nicht an die Anwendung an Bleibatterien gebunden ist. Für andere Batterien können andere Grenzwerte eingesetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

M.j Batterieladegerät mit Abschaltvorrichtung für den Ladevorgang in Abhängigkeit von einem Steuersignal, das von der Ladecharakteristik abgeleitet und in Zeitintervallen unterteilt und durch Vergleich dieser Zeitintervall·«· Steuersignale ausgewertet wird, wobei das Steuersignal von der Batteriespannung abhängig und ein Impulsgenerator, der ein Steuersignal mit von der Spannung abhängiger Impulsfrequenz erzeugt, und ein Steuertaktgeber für die Steuersignalintervalle vorgesehen sind, die einer Zählanordnung als Vergleichsvorrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Batteriespannung eine Inverterschaltung (21) vorgesehen ist, welche mit zunehmender Batteriespannung zunehmend kleinere Signalimpulswerte liefert.
2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterschaltung (21) als Umkehrverstärker vor-. gesehen ist, der an eine Referenzspannung (2o) angeschlossen ist und die Differenz zwischen der Referenzspannung und der Batteriespannung invertiert verstärkt.

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3. Batterieladegerät nach. Anspruch 1 und 2 unter Verwendung von zwei Speicherzählern, denen in Steuersignalintervallen abwechselnd Steuersignale zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzähler (32, 33) an einenDigitalvergleicher (36) angeschlossen sind, der unabhängig von den Impulsen der Steuersignale gespeiste Vergleichsanschlüsse (37» 38) hat, deren einer (37) ^auf G bzw. an Masse geschaltet ist und deren anderer an einen Steueranschluß (38) mit Schaltungsmitteln (57) angeschlossen ist, die eine Umschaltung des Steueranschlusses auf O wenigstens in Abhängigkeit von einer Mindestanzahl von Steuersignalintervallen zulassen.
4. Batterieladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß (38) an einen Komparator (21) angeschlossen ist, welcher das reduzierte Steuersignal mit einer entsprechend reduzierten Batterie-Zellenspannung vergleicht.
5. Batterieladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß (38) mit einer Ausgangsleitung (4-Ö) des Digitalvergleichers (36) über eine Inverterschaltung verbunden ist, welche eine Umschaltung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal herbeiführt.
6. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1-5 mit einer Zeitverzögerungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrzähler (57) vorgesehen ist, der auf den Steueranschluß (38) ein Umschaltsignal erst nach einer voreingestellten Anzahl von Steuersignalintervallen liefert.

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7. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Jedem Speicherzähler zwei &-Gatter (65, 66; 63, 64) zugeordnet sind, dessen eines (66, 64) den Zählereingang freigibt und dessen anderes (65, 63) einen Rücksetz- bzw. Rückstellimpuls zum Beginn einer Zählperiode erzeugt und deren Eingänge einerseits von einem Oszillator (5o) als Steuersignal-Intervallgeber direkt, bzw. über eine Inverterschaltung (81), und andererseits vom Impulsgenerator (23, 25) für das Steuersignal mit von der Spannung abhängigen Impulsfrequenzen speisbar sind.
8. Batterieladegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den jeweils im Speicherzähler zugeordneten &- Gattern (66, 65 bzw. 63, 64) ein Hochpaß (69, 7o) angeordnet ist.

9- Batterieladegerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Netzüberwachungsschaltung (13), durch welche der Steuertaktgeber als Oszillator (5o) für die Steuersignalintervalle und der Impulsgenerator mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (23) bei Netzausfall stoppbar sind und der Meßablauf für eine Zeit eines Netzausfalles unterbrechbar ist.

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