DE3218367A1 - Method and apparatus for charging accumulators - Google Patents

Method and apparatus for charging accumulators

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Abstract

In a method for charging accumulators, especially with a relatively constant discharging or charging voltage, an automatic full charge, avoiding overcharging, is achieved by discharging the accumulator to a predetermined minimum discharge voltage and subsequently charging for a predetermined time; a voltage comparator for the changeover from discharging to charging is used for this purpose.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden von Akku-The invention relates to a method for charging battery

mulatoren, insbesondere solchen, bei denen sich der Ladezustand durch Potentialmessungen oder durch Messen anderer elektrischer Größen nicht oder nur unter großem Aufwand bestimmen läßt sowie ein Ladegerät für dieses Verfahren.mulators, especially those with which the state of charge is through Not or only potential measurements or by measuring other electrical quantities can be determined with great effort and a charger for this process.

Zu den Akkumulatoren der eingangs erwähnten Art gehören insbesondere Nickel-Cadmium-Akkumula-toren, kurz NC-Akkus genannt; sie werden je nach ihrer Kapazität als "Kleinstakkus" mit etwa SOmAh, als "Kleinakkus" mit etwa 1 Ah Kapazität und "Großakkus" mit mehr als 1 Ah Kapazität bezeichnet.The accumulators of the type mentioned include in particular Nickel-cadmium accumulators, or NC accumulators for short; they will vary according to their capacity as "small batteries" with about SOmAh, as "small batteries" with about 1 Ah capacity and "Large batteries" with a capacity of more than 1 Ah.

Es ist bekannt, daß die meisten Akkumulatoren durch zu langes Laden zumindest auf die-Dauer zerstört werden. Deswegen wird bei solchen Akkumulatortypen, deren Lade- und Entladespannung vom jeweiligen Ladezustand abhängig ist, die Spannung beim Laden als Maßstab für den Ladezustand gemessen und das Laden bei einer vorgegebenen Naximalspaiinung beendet. Dies ist jedoch bei Akkumulatoren, deren Lade- bzw. Entladespannung sich im wesentlichen nicht oder nur unmerklich ändert, nicht sinnvoll; deshalb wird bei solchen Akkumulatoren zur Vermeidung eines Uberladens die Ladezeit auf den bei vorgegebenen Ladestrom für eine völliges Neuladen erforderlichen Zeitwert begrenzt und der Ladestrom automatisch abgeschaltet.It is known that most accumulators are too long charged at least be destroyed in the long run. Therefore, with such types of accumulators, whose charging and discharging voltage depends on the respective state of charge, the voltage measured during charging as a benchmark for the state of charge and the charging at a specified Naximalspaiinung ended. However, this is the case with accumulators, their charging or discharging voltage does not change essentially or only imperceptibly, does not make sense; therefore will with such accumulators to avoid overcharging the charging time to the specified charging current for a complete recharging required time value is limited and the charging current is switched off automatically.

Abschaltvorrichtungen wie -mechanische Uhren sind jedoch vergleichsweise teuer, so daß sie sich rur beim Laden von Großakkus wirtschaftlich lohnen. Deshalb scheidet bei Klein- und Kleinstakkus ein Laden über Nacht oder Wochenende aus, um ein überladen zu vermeiden.However, shutdown devices such as mechanical watches are comparative expensive, so that they are only economically viable when charging large batteries. That's why For small and small batteries, charging over night or on the weekend is ruled out to avoid overloading.

Ein entscheidender Nachteil der mit vorgegebener Ladezeit arbeitenden Akkumulatorladegeräte besteht darin, daß der aktuelle Entl ade zustand des zu ladenden Akkumulators in aller Regel nicht bekannt ist und deshalb auch die erwähnte normale Ladedauer von etwa 14 bis 18 Stunden schon ein überladen des Akkumulators zur Folge haben kann.A decisive disadvantage of those who work with a given loading time Battery chargers is that the current state of discharge of the battery to be charged is usually not known and therefore also the mentioned normal charging time of about 14 to 18 hours already an overcharging of the battery may result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Laden von Akkumulatoren sowie ein Ladegerät zu schaffen, bei denen ohne die Gefahr eines überladens der Ladevorgang auf möglichst einfache Weise automatisch abläuft. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, sich den bei Akkumulatoren, insbesondere solchen mit vergleichsweise konstanten Lade- und Entladespannungen, charakteristisch starken Abfall der Entladespannung kurz vor der völligen Erschöpfung des Akkumulators zunutze zu machen. Demgemäß wird erfindungsgemäß ein aufzuladender Akkumulator zunächst bis auf eine vorbestimmte kritische Entladespannung, die sich im Bereich des vorerwähnten deutlichen Spannungsabfalls befindet, entladen und anschließend während einer vorbestimmten Ladezeit wieder geladen. Dies hat ein sicheres Einhalten der maximal zulässigen Akkumulatorladung zur Folge, weil das Laden von einem definierten Anfangszustand ausgeht und bei einem definierten Endzustand endet. Der definierte Anfangszustand ist batterieabhängig; in der Praxis ist nur das Ende des Entladens vor dem eigentlichen Laden, d.h. eine bestimmte kritische Entladespannung - nach den Angaben des Akkumulatorherstellers - zu beachten, um eine für den Akkumulator ebenfalls schädliches sogenanntes "Tiefentladen" zu vermeiden.The invention is based on the object of a method for charging of accumulators as well as a charger to create where without the risk of one overloading, the charging process runs automatically in the simplest possible way. the The solution to this problem is based on the idea of accumulators, in particular those with comparatively constant charge and discharge voltages, characteristic sharp drop in discharge voltage shortly before the accumulator is completely exhausted to take advantage of. Accordingly, according to the invention, an accumulator to be charged is first except for a predetermined critical discharge voltage, which is in the range of the aforementioned significant voltage drop is located, and then discharged during a predetermined Charging time reloaded. This has a sure adherence to the maximum permissible Accumulator charging results in charging from a defined initial state and ends at a defined end state. The defined initial state is battery dependent; in practice, only the end of the unloading takes place before the actual discharge Charging, i.e. a certain critical discharge voltage - according to the specifications of the battery manufacturer - to be observed in order to avoid a so-called "deep discharge" which is also harmful for the accumulator to avoid.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise dadurch realisiert, daß ein Spannungskomparator die Akkumulatorspannung während des Entladens mißt und bei der kritischen Entladespannung das Entladen beendet bzw. das Laden startet.The method according to the invention is preferably implemented by that a voltage comparator measures the battery voltage during discharge and at the critical discharge voltage, discharging ends or charging starts.

Zur Schonung des Akkumulators gegen Uberbelastungen empfiehlt es sich, die Entladestromstärke auf einen für den speziellen Akkumulatortyp vertretbaren Höchstwert zu begrenzen und vorzugsweise während des Entladens konstant zu halten; hierdurch wird der Gesamtladevorgang unter Vermeidung von Akkumulatorschädigungen auf ein zeitliches Mindestmaß reduziert.To protect the battery against overloading, it is advisable to the discharge current to a level that is justifiable for the specific battery type To limit the maximum value and preferably to keep it constant during discharge; this ensures the overall charging process while avoiding damage to the accumulator reduced to a minimum in terms of time.

Die Zeit innerhalb derer die Akkumulatorspannung bei dem erfindungsgemäßen Entladen von einem Normalwert auf den Wert der kritischen Entladespannung abfällt, ist im Vergleich zu der Zeit, die der Spannungskomparator zum Feststellen der kritischen Entladespannung und zur Beendigung des Entladens benötigt, relativ kurz, so daß sich ein Tiefentladen des Akkumulators sicher vermeiden läßt. So dauert der fragliche Spannungsabfall bei einem kC-Akku etwa 3 bis 5 Minuten, während der Spannungskomparator das Unterschreiten der vorbestimmten kritischen Entladespannung und das Abschalten des Entladens in einer Zeit von größenordnungsmäßig Millisekunden realisiert.The time within which the battery voltage in the inventive Discharge drops from a normal value to the value of the critical discharge voltage, is compared to the time it takes the voltage comparator to determine the critical Discharge voltage and required to complete the discharge, relatively short, so that a total discharge of the battery can be safely avoided. So the one in question lasts Voltage drop with a kC battery about 3 to 5 minutes, while the voltage comparator falling below the predetermined critical discharge voltage and switching off of discharging in a time of the order of milliseconds.

Um ein Selbstentladen des Akkumulators nach dem Laden zu vermeiden, schließt sich dem Ende der Ladezeit ein Erhaltungsladen mit einem gepulsten Ladeerhaltungsstrom an. Sowohl der Ladeerhaltungsstrom als auch der eigentliche Lade strom sollen die für den betreffenden Akkumulator höchstzulässige Stärke nicht überschreiten.To avoid self-discharging of the accumulator after charging, At the end of the charging time, a trickle shop closes with a pulsed trickle charge current at. Both the trickle charge current and the actual charging current should be the Do not exceed the maximum permissible strength for the relevant accumulator.

Zur Feststellung des Ablaufs der Ladezeit empfiehlt sich, vor allem bei Akkumulatoren mit relativ konstanter Ladespannung, ein geeignetes Signal Das Ladegerät besteht erfindungsgemäß aus einem Stromversorger, einem Akkumulator-Entlader, einem Spannungskomparator, einem Ladezeit-Gebzr, einem Akkumulator-Lader sowie aus Akkumulator-Anschlußkontakten; es besitzt den Vorteil aus einfachen elektronischen Bauteilen zu bestehen und sich deshalb auch bei Klein- und Kleinstakkus mit vertretbarem Aufwand herstellen zu passen.To determine the expiry of the charging time is recommended above all for accumulators with a relatively constant charge voltage, a suitable signal Das According to the invention, the charger consists of a power supplier, a battery discharger, a voltage comparator, a charging time Gebzr, a battery charger as well as accumulator connection contacts; it has the advantage of simple electronic Components to exist and therefore also with small and small batteries with justifiable Make effort to fit.

Bei einem solchen Ladegerät empfiehlt sich ein Puls-Geber für den Start des Ladens, der durch den Anschluß des Ladegerätes an das Stromnetz oder eine Schalterbetätigung aktiviert wird. Sollen Akkumulatoren verschiedener Kapazität oder Bauart mit demselben Ladegerät geladen werden, empfiehlt sich ein freiwählbarer Entladestrom des Akkumulator-Entladers sowie eine freie Vorwählbarkeit der kritischen Entladespannung am Spannungskomparator und Ladezeit am Ladezeit-Geber.With such a charger, a pulse generator is recommended for the Start of charging, which is achieved by connecting the charger to the mains or a Switch actuation is activated. Shall accumulators of different capacities or design are charged with the same charger, a freely selectable one is recommended Discharge current of the accumulator discharger as well as a free pre-selection of the critical Discharge voltage on the voltage comparator and charging time on the charging time transmitter.

Bei einer Leuchtanzeige für den Ladezustand läßt sich feststellen, wann der Ladevorgang abgeschlossen ist. z.B. dadurch, daß eine während des Ladens dauernd leuchtende Diode nach dem Ende der Ladezeit permanent blinkt. Nach dem Ablauf der Ladezeit empfiehlt sich eine Ladeerhaltungsschaltung des Akkumulator-Laders, damit der Akkumulator auch dann noch voll geladen ist, wenn er dem Ladegerät erst viele Stunden oder Tage nach Beendigung des eigentlichen Ladens entnommen wird.With an indicator light for the charge status it can be determined when the charging process is completed. e.g. by placing a Constantly lit diode flashes continuously after the end of the charging time. After the expiration the charging time, a trickle charge circuit of the battery charger is recommended, so that the accumulator is still fully charged when it is first connected to the charger withdrawn many hours or days after the actual charging is finished.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment of the explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ladegerätes.The drawing shows the block diagram of a charger according to the invention.

Mittels eines Impulsge-ters 1 wird nach dem AnschliBen des Akkumulators 2 an das Ladegerät das Laden dadurch in Gang gesetzt, daß das Ladegerät mit Hilfe eines Schalters eingeschaltet wird. Durch den Startimpuls des Impulsgebers 1 wird ein Umschalter 3 in einen definierten Anfangszustand gesetzt.By means of a pulse generator 1, after the accumulator has been connected 2 to the charger, the charging is set in motion that the charger with the help of of a switch turned on will. By the start pulse of the pulse generator 1, a switch 3 is set to a defined initial state.

Hierdurch wird ein Akkumulator-Entlader 4 eingeschaltet und das Entladen eingeleitet. Ein Spannungskomparator 5 vergleicht die Entladespannung des Akkumulators 2 mit einem vorgegebenen, der kritischen Entladespannung des Akkumulators entsprechenden Spannungswert und beendet das Entladen, wenn die Entladespannung des Akkumulators diesen vorgegebenen Spannungswert erreicht hat. Alsdann wird der Umschalter 3 betätigt, der jetzt den Zeitgeber 6 und den Akkumulator-Lader 7 und somit das eigentliche Laden des Akkumulators startet.As a result, a battery discharger 4 is switched on and discharging initiated. A voltage comparator 5 compares the discharge voltage of the accumulator 2 with a predetermined corresponding to the critical discharge voltage of the accumulator Voltage value and stops discharging when the discharge voltage of the accumulator has reached this specified voltage value. Then the switch 3 is operated, which now has the timer 6 and the battery charger 7 and thus the actual one Charging of the accumulator starts.

Nach Ablauf einer vorgewählten Zeit schaltet der Zeitgeber 6 den Akkumulator-Lader 7 auf Erhaltungsladung und eine während des Ladens Dauerlicht zeigende Leuchtdiode 8 auf Blinken um Bei dem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Strom versorger kann es sich um ein einfaches Netzteil handeln.After a preselected time has elapsed, the timer 6 switches the accumulator charger 7 on trickle charge and a light-emitting diode that shows steady light during charging 8 to blinking in the electricity supplier not shown in the drawing it can be a simple power supply.

Als Akkumulator-Entlader eignet sich z.B. ein regelbarer Ohmscher Widerstand. Die übrigen elektronischen und elektrischen Bauteile des Ladegerätes sind ebenfalls einfacher Natur und für den einschlägigen Fachmann ohne weiteres zusammenzustellen.An adjustable ohmic shear, for example, is suitable as a battery discharger Resistance. The other electronic and electrical components of the charger are also of a simple nature and readily available to the person skilled in the art put together.

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel betri-fft ein Ladegerät gemäß der zeichnerischen Darstellung: Für einen Nickel-Cadmium-Akkumulator aus 5 Zellen und einer Nennspannung von 6V sowie eine Kapazität von 40mAh wurde der Entladestrom konstant auf 32 mA eingestellt. Während der Entladungszeit, die in Abhängigkeit vom Ladezustand des NC-Akkus zwischen 0 und 75 Minuten betrug, wurde die Entladespannung des NC-Akkus ununterbrochen mit dem vorgegebenen Wert der minimalen Entladespannung von 5,1 Volt verglichen. Sobald die Entladespannung des NC-Akkus diesen Wert erreichte, gab der Spannungskomparator einen Impuls an den vorerwähnten Umschalter der den Entladungsvorgang abschaltete und den Ladevorgang für einen 3,8 mA Ladestrom und für eine Ladezeit von 14,3 Stunden einschaltete.The following exemplary embodiment relates to a charger according to FIG the graphic representation: For a nickel-cadmium accumulator made of 5 cells and a nominal voltage of 6V and a capacity of 40mAh was the discharge current constantly set to 32 mA. During the discharge time that depends the charge status of the NC batteries was between 0 and 75 minutes the discharge voltage of the NC battery continuously with the specified value of the minimum Discharge voltage of 5.1 volts compared. As soon as the discharge voltage of the NC battery reached this value, the voltage comparator gave a pulse to the aforementioned Toggle switch that switched off the discharge process and the charging process for a 3.8 mA charging current and switched on for a charging time of 14.3 hours.

Nach Ablauf dieser Zeit wurden der Akkumulator-Lader auf Erhaltungsladen mit einem gepulsten 0,3 mA-Strom und das bis dahin leuchtende Dauerlicht einer Ladeanzeige-Leuchtdiode auf Blinken umgeschaltet. Das vorbeschriebene Ladegerät besaß eine sehr gute Funktionssicherheit für die getesteten Kleinstakkus.After this time, the battery chargers were on trickle charging with a pulsed 0.3 mA current and the until then glowing permanent light of a charging indicator light-emitting diode switched to blinking. The charger described above had very good functional reliability for the tested mini batteries.

Claims (7)

"Verfahren und Gerät zum Laden von Akkumulatoren't Patentansprüche: Verfahren zum Laden von Akkumulatoren, g e k e n n -z z e i c h n e t d u r c h ein Entladen des Akkumulators bis auf eine vorbestimmte minimale Entladespannung und ein anschließendes Laden während einer vorbestimmten Zeitdauer. "Method and device for charging accumulators" claims: Method for charging accumulators, g e k e n n -z z e i c h n e t d u r c h discharging the accumulator to a predetermined minimum discharge voltage and then charging for a predetermined period of time. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Entladestrom vorbestimmter Stärke.2. The method according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a discharge current of a predetermined strength. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine Anzeige für das Ende der Ladezeit.3. The method according to claim 1 or 2, g e k e n n z e i c h -n e t a display for the end of the charging time. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Erhaltungsladen nach dem Ende der Ladezeit.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, g e k A trickle loading after the end of the loading time. 5. Ladegerät zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h einen Stromversorger, einen Umschalter (3), einen Akkumulator-Entlader (4), einen Spannungskomparator (5), einen Ladezeit-Geber (6), einen Akkumulator-Lader (7) sowie Akkumulator-Anschlußkontakte.5. Charger for performing the method according to one or more of claims 1 to 4, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h an electricity supplier, a changeover switch (3), a battery discharger (4), a voltage comparator (5), a charging time transmitter (6), an accumulator charger (7) and accumulator connection contacts. 6. Ladegerät nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Leuchtanzeige (8) für den jeweiligen Ladezustand.6. Charger according to claim 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h an indicator light (8) for the respective charge status. 7 Ladegerät nach Anspruch 5 oder 6, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine Ladeerhaltungsschaltung des Akkumulator-Laders (7).7 charger according to claim 5 or 6, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h a charge maintenance circuit of the accumulator charger (7).
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