DE3705222A1 - Ladekontroll-schaltkreis fuer ein batterie-ladegeraet - Google Patents
Ladekontroll-schaltkreis fuer ein batterie-ladegeraetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ladekontroll-Schaltkreis
für ein Batterie-Ladegerät, insbesondere einen Lade
steuerkreis, der für ein Batterie-Ladegerät eingerich
tet ist, das entweder ein erstes oder ein zweites
Steuersignal abgibt, die jeweils einer Laderate ent
sprechen, wobei die Steuersignale von dem Temperatur
gradienten der zu ladenden Batterie abhängig sind.
Batterie-Ladegeräte für Speicherzellen, beispielsweise
Nickel-Cadmium-Zellen, müssen von einem geeigneten
Steuerkreis für eine schnelle und sichere Ladung ge
steuert werden. Es sind zwei Steuerverfahren vorge
schlagen worden, um die Anschlußeigenschaften der Bat
terie zu beobachten, damit das schnelle Aufladen der
Batterie vor Erreichen einer Überladung beendet wird.
Dabei wird zum einen die Anschlußspannung und zum ande
ren die Batterietemperatur überwacht (beide steigen bei
dem Laden der Batterie an). Es wurde weiter erkannt
(US-PS 36 67 026), daß die Batterietemperatur eine gute
Angabe des Ladezustandes der Batterie ergibt und daher
eine zuverlässigere Angabe gibt als die Anschlußspan
nung. Verbesserungen der Steuerung der Batterie-Aufla
degeräte auf der Grundlage einer Messung der Batterie-
Temperatur wird in den US-PS 35 99 071 und 39 17 999
vorgeschlagen, in denen die Umgebungstemperatur gemein
sam mit der absoluten Batterietemperatur gemessen wird,
so daß ein Steuersignal als Funktion der Differenz
zwischen der Batterietemperatur und der Umgebungstempe
ratur abgegeben wird. Es soll so eine effektive Ladung
der Batterie in einer relativ warmen oder einer relativ
kalten Umgebung erreicht werden, also bei Temperaturen,
bei denen die Batterie unzureichend oder aber überladen
werden würde, wenn der Steuerkreis lediglich die abso
lute Batterietemperatur mißt, da die Ausgangstemperatur
der Batterie in einer solchen Umgebung entsprechend
hoch oder gering ist und daher weniger oder mehr Zeit
benötigt, um die absolut kritische Temperatur, bei der
das schnelle Aufladen zu beenden ist, erreicht.
Diese vorbekannten Schaltkreise, die den Unterschied
zwischen der Batterietemperatur und der Umgebungstempe
ratur messen, haben jedoch das Problem, daß eine be
stimmte Temperaturdifferenz, die den Punkt bestimmt, an
dem das schnelle Aufladen beendet werden muß, nicht
immer bei verschiedenen Batterien gleich ist. Für ver
schiedene Batterien müssen, mit anderen Worten, die
Temperaturdifferenzen unterschiedlich bestimmt werden,
um die Batterie erfolgreich auf die volle Kapazität
aufzuladen, eine Überladung jedoch zu verhindern. Dies
ist ziemlich konsequent und fordert einen hohen Auf
wand. Wenn die Temperaturdifferenz für verschiedene
Batterien geeignet ist, bleibt noch das Problem, daß
die Messung der Umgebungstemperatur bei jedem Meßvor
gang bei dem tatsächlichen Arbeiten erheblich abweichen
kann. Dies macht es schwierig, eine genaue Temperatur
differenz anzugeben für verschiedene Umfelder. Es ist
daher möglich, daß ein Wert angegeben wird, bei dem das
zuverlässige Aufladen nicht gewährleistet ist. Diese
Probleme sind unlösbar, wenn die Differenz zwischen der
Batterietemperatur und der Umgebungstemperatur verwen
det wird zur Bestimmung des Beendens der Ladung mit
hohem Ladestrom. Es ist daher wünschenswert, einen
anderen Parameter zu finden, der die tatsächliche Auf
ladung der Batterie anzeigt, ohne den Nachteil genannte
Unsicherheit zu haben, damit eine zuverlässige Ladekon
trolle bei sich verändernden Umgebungstemperaturen
gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Ladesteuerkreis für ein Batterie-Ladegerät zu schaffen,
das unabhängig von der Umgebungstemperatur eine Überla
dung der Batterie verhindert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Mittel
zum Differenzieren des Ausgangssignals des Sensorkrei
ses unter Gewinnung eines die Ableitung über die Zeit
darstellenden Ausgangssignals, also eines dem Tempera
turgradienten der gemessenen Batterietemperatur ent
sprechenden Signals, und Vergleichsmittel zum Verglei
chen der Ableitung nach der Zeit mit einem vorgegebenen
Schwellenwert, um das erste Steuersignal zu erzeugen,
wenn die zeitliche Ableitung unterhalb des Schwellen
werts ist und das zweite Steuersignal zu schaffen, wenn
die zeitliche Ableitung den Schwellenwert übersteigt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung ist ein Sample-And-Hold-Schaltkreis in der Steuer-
Schaltung vorgesehen, der periodisch wiederholend einen
Wert des Ausgangssignals des Sensorkreises mißt und den
zuletzt gemessenen Wert hält. Der zuletzt gemessene
Wert wird ständig aufgefrischt und zusammen mit dem
jeweils gemessenen Wert des Sensorkreises einem Diffe
renzier-Schaltkreis zugeführt, wo sie verarbeitet wer
den und so jeweils ein Signal schaffen, das der zeitli
chen Ableitung der Batterie-Temperatur entspricht.
Es wird also vorgeschlagen, einen Lade-Steuerkreis für
ein Batterie-Ladegerät zu schaffen, in dem ein Sample-
And-Hold-Schaltkreis mit einem Differenz-Verstärker
kombiniert wird, um eine Differenzier-Einheit zu schaf
fen, die ein über die Zeit abgeleitetes Signal der
Batterie-Temperatur erzeugt, also ein dem Temperatur-
Gradienten der zu ladenden Batterie entsprechendes
Signal.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein
Paar von Sample-And-Hold-Schaltkreisen vorgesehen, die
mit Differenz-Verstärkern vorgesehen sind, die die
Differenzier-Einheit zur Schaffung einer zeitlichen
Ableitung der Batterie-Spannung erzeugen. Die Sample
And-Hold-Schaltkreise, die jeweils periodisch einen
Wert des Ausgangslevels des Sensorkreises messen und
den zuletzt gemessenen Wert halten, werden zeitlich
alternierend betrieben, so daß der eine Schaltkreis
abtastet, während der andere Schaltkreis den zuletzt
gemessenen Wert hält. Der Differenzverstärker subtra
hiert in jeder Hälfte des Zyklusses das Ausgangssignal
eines der Sample-And-Hold-Schaltkreise von dem Ausgang
des anderen Sample-And-Hold-Schaltkreises, so daß die
Differenz zwischen dem jeweilig gemessenen Wert des
einen Schaltkreises und dem zuletzt gemessenen Wert,
der von dem anderen Schaltkreis gehalten wird, um den
Ausgang des Sensorkreises bezüglich der Zeit zu diffe
renzieren. Es wird so ein ununterbrochenes über die
Zeit abgeleitetes Signal der Batterietemperatur ge
schaffen, das dem Gradienten der gemessenen Batterie
temperatur entspricht. Die sich ergebende zeitliche
Ableitung wird einem Vergleichs-Schaltkreis zugeführt,
wo er mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen
wird. Es wird entsprechend ein erstes oder ein zweites
Steuersignal erzeugt in Abhängigkeit von dem Ergebnis
des Vergleiches. Bei der Vorsehung eines Paares von
Sample-And-Hold-Schaltkreisen, deren Ausgänge voneinan
der in jedem Halbzyklus subtrahiert wird, entsteht
keine Unterbrechung der sich ergebenden zeitlichen
Ableitung, so daß der plötzliche Temperaturanstieg der
Batterie bei Erreichen des vollen Ladezustandes nie
übersehen werden kann. Dadurch wird die Zuverlässigkeit
des Erkennens des kritischen Punktes, an dem das erste
Steuersignal umgeschaltet werden soll auf das zweite
Steuersignal vergrößert wird, wodurch die Zuverlässig
keit des Schutzes der Batterie vor eine Überladung
erhöht wird.
Es wird auf diese Weise ein Ladesteuer-Schaltkreis
erzeugt, der eine größere Zuverlässigkeit bei der Er
kennung des vollen Ladezustandes der Batterie hat.
Vorzugsweise weist der Steuerkreis einen Schutz-Schalt
kreis für die Batterie auf, der einen vorgegebenen
Bezugslevel erhält, der einer gefährlichen Batterie
spannung entspricht, oberhalb der das Aufladen mit den
ersten Laderate die Batterie zerstören würde. Der
Schutz-Schaltkreis vergleicht ständig den Ausgangsle
vel des Sensorkreises für die Batterietemperatur mit
seinem Bezugswert, so daß bei einem Überschreiten des
Ausgangslevels des Sensorkreises über den Bezugswert
ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, daß die Ausgabe
des ersten Steuersignals von dem Steuer-Schaltkreis
verhindert, bis der Ausgangslevel des Sensorkreises
unter den Bezugswert gefallen ist. Dies erlaubt es, die
Steuer-Schaltung an einer Ladung mit einer hohen Lade
rate zu hindern zum Schutz gegen eine Überladung, so
lange die Batterie oberhalb der gefährlichen Temperatur
verbleibt. Die Ladung mit einer hohen Laderate wird
automatisch erneuert, wenn die Batterie auf einen si
cheren Wert abgekühlt wird.
Weiter kann eine Anzeigelampe vorgesehen sein, die mit
dem Schutz-Schaltkreis zusammenwirkt und aufleuchtet,
solange das Unterbrechungssignal erzeugt wird. Es wird
so angezeigt, daß die Batterie an einer Aufladung mit
einer hohen Laderate gehindert wird, was den Verwender
entsprechend informiert, so daß er nicht verwirrt ist.
Alternativ kann der Steuer-Schaltkreis einen tempera
turkompensierten Batterie-Schutz-Schaltkreis aufweisen,
der die Differenz zwischen der Batterietemperatur und
dem Umgebungstemperatur erhält, und ein Unterbrechungs
signal erzeugt, wenn die Differenz kritisch größer ist
als ein vorgegebener akzeptabler Wert. Zu diesem Zweck
ist ein weiterer Sensorkreis vorgesehen, um die Umge
bungstemperatur der Steuer-Schaltung zu messen und ein
entsprechendes Ausgangssignal zu schaffen. Dieses Aus
gangssignal wird gemeinsam mit dem Ausgangssignal, das
der Batterietemperatur entspricht, dem Schutz-Schalt
kreis zugeführt. Dieses erzeugt ein Unterbrechungssig
nal, wenn die Differenz größer ist als ein akzeptabler
Wert. Das Unterbrechungssignal verhindert eine Ausgabe
des ersten Steuersignals an das Batterie-Ladegerät, bis
die Differenz auf den akzeptablen Wert gefallen ist.
Bei einer solchen Anordnung wird, wenn die heiße Batte
rie unmittelbar nach dem Entladen aufgeladen werden
soll, während die Temperaturdifferenz so ist, daß das
Aufladen mit einer hohen Laderate einen weiteren Tempe
raturanstieg der Temperatur verursacht und so zu einer
Zerstörung der Batterie führen würde, der Steuer-
Schaltkreis von einer Ausgabe des ersten, einer hohen
Laderate entsprechenden Steuersignals gehindert wird,
bis die Differenz so verringert ist, daß die Batterie
mit der hohen Laderate aufgeladen werden kann, ohne
durch den hohen Ladestrom zestört zu werden.
Es wird also weiter vorgeschlagen, einen Lade-Steuer
kreis zu schaffen, der die Differenz zwischen der Tem
peratur der Batterie und der Umgebungstemperatur mißt,
um ein sicheres Aufladen zu bewirken. Bei einer bevor
zugten Ausführungsform mit einem Paar von Sample-And-
Hold-Schaltkreisen zum kontinuierlichen Gewinnen der
zeitlichen Ableitung der Batterietemperatur ist ein
Rückstell-Schaltkreis vorgesehen, der ansprechend auf
eine Inbetriebsetzung der Sample-And-Hold-Schaltkreise
diese vorübergehend gleichzeitig in einen Abtast-Be
trieb bringt, bevor die Schaltkreise ihren normalen
alternierenden Betrieb erreichen, um mögliche Offset-
Werte, die in den Sample-And-Hold-Schaltkreisen bei dem
Abschalten verblieben sind, vermeiden. Diese Offset-
Werte könnten eine fehlerhafte Verarbeitung in den
nachfolgenden Schritten verursachen, wodurch ein fal
sches, einen plötzlichen Temperaturanstieg entsprechen
des Signal angeben, obwohl ein derartiger plötzlicher
Temperaturanstieg nicht vorliegt. Mit diesem Rückstell
kreis kann der Steuer-Schaltkreis geeignet gestartet
werden, um bei jedem Einschalten korrekt zu arbeiten.
Durch die Erfindung wird also ein Ladesteuer-Schalt
kreis geschaffen, in dem ein Rückstell-Schaltkreis
einen unrichtigen Betrieb der Sample-And-Hold-Schalt
kreise verhindert und so die Zuverlässigkeit des Ge
rätes verbessert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung, in der ein Ausführungsbei
spiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert
wird. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines
Batterie-Ladegerätes, für das der Lade
steuer-Schaltkreis nach der Erfindung
eingerichtet ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm des Ladesteuer-Schalt
kreises nach einem ersten Ausführungs
beispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine Darstellung, die den typischen
Temperaturanstieg der Batterie während
des Ladevorgangs sowie die Anschlußspan
nung der Batterie während der Ladung
zeigt;
Fig. 4 ein detailiertes Schaltbild des in Fig.
2 gezeigten Ladesteuer-Schaltkreises;
Fig. 5 (bestehend aus Fig. 5A bis Fig. 5F) eine
zeitliche Darstellung der Wellenformen
der Ausgangssignale an einem bestimmten
Punkt des Steuer-Schaltkreises zusammen
mit Eigenschaften der Batterie während
des Ladens;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ladesteuer
schaltkreises nach einem zweiten bevor
zugten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung;
Fig. 7 ein detailliertes Schaltbild des Schalt
kreises von Fig. 6;
Fig. 8 (bestehend aus den Fig. 8A bis 8G) eine
zeitliche Darstellung der Wellenform der
Ausgangssignale an einem bestimmten
Punkt des Steuer-Schaltkreises von Fig.
6 zusammen mit einer Darstellung der
Eigenschaften der Batterie während des
Ladevorgangs;
Fig. 9 eine grafische Darstellung eines typ
ischen Temperaturverlaufs der Batterie,
die beobachtet wird, wenn eine heiße
Batterie geladen wird, sowie die An
schlußspannung dieser Batterie, und
Fig. 10 ein Schaltbild eines Ladesteuer-Schalt
kreises nach einem dritten Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt, daß der Lade-Steuerkreis A nach der
vorliegenden Erfindung dazu eingerichtet ist, mit einem
Batterie-Ladegerät zum Steuern des Ladestromes für die
aufzuladende Batterie 2, etwa einer Nickel-Cadmium-
Batterie, verbunden zu werden. Das Batterie-Ladegerät 1
ist in üblicher Art und Weise aufgebaut und weist einen
Lade-Schaltkreis 3 auf, der von einer Spannungsquelle
4, die den Ladestrom zu der Batterie 2 über ein Schalt
mittel 5 führt, versorgt zu werden. Das Schaltmittel 5
kann in bekannter Weise als Festkörper-Schalter, etwa
als steuerbarer Siliziumgleichrichter, ausgebildet
sein, es kann jedoch auch jeder andere Schalter vorge
sehen sein, der von dem Ausgang des Steuer-Schaltkrei
ses A betrieben wird, um zwischen einer hohen Laderate
und einer Tröpfel- oder Null-Laderate zur schnellen und
sicheren Ladung umgeschaltet wird. Die vorliegende
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Batterie
temperatur einen plötzlichen Anstieg in der Nähe des
Erreichens der vollen Ladung ansteigt, während der
Verlauf der Batterietemperatur relativ flach ist, wenn
die Batterie in einem unzureichenden Ladezustand ist.
Dies wird in Fig. 3 dargestellt. Der charakteristische
Temperaturanstieg oder der größere Temperaturgradient
gibt eine gute Anzeige des Zustands der vollen Ladung
an und schafft eine zuverlässige Grundlage für die
Änderung der Ladung mit einem hohen Ladestrom zu der
Ladung mit einer Tröpfel- oder Null-Laderate.
In den Fig. 2 bis 5 wird ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Fig. 2 zeigt einen Steuerkreis A
nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
der aus einem Sensor-Schaltkreis 10 zum Messen der
Temperatur der Batterie 2, einem Sample-And-Hold-
Schaltkreis 20, einem Differenz-Schaltkreis 30 und
einem Vergleichs-Schaltkreis 40 besteht. Der Sample-
And-Hold-Schaltkreis 20 wiederholt mit einer geeigneten
Abtastrate oder Taktfrequenz das Messen des Ausgangs
wertes des Sensor-Schaltkreises 10 und hält den zuletzt
gemessenen Wert. Der zuletzt gemessene Wert wird stän
dig von dem Sample-And-Hold-Schaltkreis 20 erneuert und
einem Differenzier-Schaltkreis 30 zugeführt, wo er mit
dem kontinuierlichen Ausgangswert des Sensor-Schalt
kreises 10 verglichen wird, so daß ein Signal angegeben
wird, das eine zeitliche Ableitung der gemessenen Bat
terietemperatur angibt, bzw. den Temperaturgradienten.
Das Signal von dem Differenzverstärker 30 wird sodann
einem Vergleichs-Schaltkreis 60 zugeführt, wo seine
Größe mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen
wird, der ausgewählt ist, um ein erstes Steuersignal zu
schaffen, wenn die Größe des über die Zeit abgeleiteten
Signals unterhalb des Schwellwerts ist und ein zweites
Steuersignal, wenn das erste Signal das zweite über
steigt. Das erste Steuer-Signal betätigt das Schaltmit
tel 5, was einer Ladung mit hoher Laderate entspricht,
während das zweite Steuer-Signal ein Umschalten auf
eine Tröpfel- oder Null-Laderate von der hohen Laderate
angibt.
Fig. 4 zeigt eine Einzelheit des Steuerkreises A, wobei
der Sensor-Schaltkreis 10 eine Diode 11, einen Opera
tionsverstärker 12, Widerstände 13 bis 15 und einen
veränderlichen Widerstand 17 angibt, wobei diese Bau
elemente in einer üblichen Art und Weise angeordnet
sind zum Messen der Batterie-Temperatur und zur Schaf
fung eines entsprechenden Ausgangssignals. Die Tempera
tur 11 ist thermisch an die Batterie 2 angekoppelt und
schafft ein Ausgangssignal, daß dem gemessenen Tempera
turwert entspricht. Der Sample-And-Hold-Schaltkreis 20,
der aus einem Operationsverstärker 21, einem Transistor
22 und einem Kondensator 23 besteht, wird von dem
Taktimpuls, der an dem Gatter des Feldeffekt-Transi
stors 22 anliegt, betrieben. Dieser Impuls kommt von
einem Taktgeber 80, der aus einem Zeitgeber-IC 81,
externen Widerständen 82 und 83 sowie Kondensatoren 84
und 85 besteht.
Der Differenzier-Schaltkreis 30, zu dem das Ausgangs
signal des Sample-And-Hold-Schaltkreises 20 geführt
wird, weist einen Differenzverstärker 31 und Widerstän
de 32 bis 35 auf. Weiter weist die Ladesteuerschaltung
A einen Integrator 50 auf, der aus einem Widerstand 51
und einem Kondensator 52 besteht, um den Ausgang des
Differenz-Schaltkreises 30 in einen bezüglich der Zeit
integrierten elektrischen Wert umzuwandeln zur Ermögli
chung eines Vergleiches in dem Vergleichs-Schaltkreis
60. Der Vergleichs-Schaltkreis 60 weist einen Kompara
tor 61 auf, dessen Eingänge mit dem Integrator 50 bzw.
einem aus einer Zener-Diode 62, wie einem Widerstand 63
und einem variablen Widerstand 64 gebildeten Schwellen
spannungs-Generator verbunden ist. Mit dem Vergleichs-
Schaltkreis 60 ist ein Ausgangs-Schaltkreis 70 verbun
den, der ein NAND-Latch 71, einen Widerstand 72 und
Ausgangs-Transistoren 73, dessen offener Kollektor den
Ausgangsanschluß 74 bildet.
Der Betrieb der Ladesteuerschaltung A wird jetzt unter
Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, die aus den Fig. 5A
bis 5F besteht, die die Ladezeit und den Ladezustand in
% der Batterie (Fig. 5A), die Oberflächentemperatur in
°C der Batterie (Fig. 5B), den inneren Gasdruck in
kg/cm2 der Batterie (Fig. 5C), die Wellenform des Takt
impulses des Sample-And-Hold-Schaltkreises 20 (Fig.
5D), die Wellenform des Ausgangssignales an dem Punkt X
in den Fig. 2 und 4 (Fig. 5E) bzw. die Wellenform des
Ausgangssignals an dem Ausgangs-Anschluß 74 (Fig. 5F)
wiedergeben. Bei Betrieb der Ladesteuerschaltung A
liegt an dem Ausgangsanschluß 74 das erste Ladesteuer
signal zum Veranlassen einer hohen Laderate. Bis zum
Aufladen der Batterie 2 mit der hohen Laderate auf im
wesentlichen 100% der Kapazität steigt die Batterietem
peratur graduell an entlang des ziemlich flachen Ab
schnitts der Kurve BT der Fig. 3 und 5B. Während dieser
Zeit ist das jeweilige Ausgangssignal des Sensorkreises
10 etwas höher als das Ausgangssignal des Sample-And-
Hold-Schaltkreises 20, so daß die über die Zeit abge
leitete Batterietemperatur, die von dem Differenzier-
Schaltkreis 30 gewonnen wird, gering ist. Das Integral
(Fig. 5E) des Ausgangs X des Integrators 50 bleibt
dabei gegenüber dem vorgegebenen Schwellwert (dieser
ist als Linie TH in Fig. 5E strichpunktiert darge
stellt), wodurch der Komparator 160 des Vergleichs-
Schaltkreises 60 dazu veranlaßt wird, weiterhin das
erste Steuersignal oder Signal mit dem hohen Level an
dem Ausgangs-Anschluß 74 zu erzeugen, wie dies in Fig.
5F gezeigt wird. Die Batterie lädt also mit einer hohen
Laderate auf. Wenn die Batterie 2 sich dem vollen
Ladezustand näher, steigt der Temperaturgradient
(dT/dt) plötzlich an, wie dies in den Fig. 3 und 5B
gezeigt ist, so daß an dem Differenzial-Schaltkreis 30
ein dem Temperatur-Gradienten der Batterietemperatur
entsprechendes Signal mit einem hohen Wert entsteht.
Wenn dieser größere Wert den Schwellenwert übersteigt
und den Komparator 160 dazu veranlaßt, daß zweite
Steuersignal an dem Ausgangs-Anschluß 74 zu legen, um
von der hohen Laderate auf die Tröpfe- oder Null-Lade
rate umzuschalten, wird ein weiteres Laden mit einer
hohen Rate verhindert, was die Batterie vor einer Über
ladung und Zerstörung schützt. Dabei verhindert das
NAND-Latch 71, daß das erste Steuersignal wieder an dem
Ausgangsanschluß 74 auftritt, wodurch verhindert wird,
daß die Batterie 2 weiter mit dem hohen Ladezustand
aufgeladen wird, obwohl der Komparator 61 entsprechend
wirkt aufgrund der Beendigung der hohen Laderate und
der dadurch bewirkten Verringerung des Gradienten der
Batterietemperatur.
Die Fig. 6 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel
der Ladesteuerschaltung nach der Erfindung. Dabei sind
ein erstes Paar von Sample-And-Hold-Schaltkreisen 120
und 125 vorgesehen, die mit einem Differenzialverstär
ker 130 zusammenwirken, um die Ableitung dT/dt der
gemessenen Batteriespannung über die Zeit zu gewinnen.
Der Steuerkreis weist einen entsprechenden Sensorkreis
110 bestehend aus einer Diode 111, einem Operationsver
stärker 112, Widerständen 113 bis 115 und einem variab
len Widerstand zum ständigen Messen der Batterietempe
ratur und Schaffung einer entsprechenden Ausgangsspan
nung auf. Der erste Sample-And-Hold-Schaltkreis 120 und
der zweite Sample-And-Hold-Schaltkreis 125 messen takt
gesteuert den Ausgang des Sensorkreises 110 und halten
den letztgemessenen Wert entsprechend dem ersten Aus
führungsbeispiel. Die Sample-And-Hold-Schaltkreise 120
und 125 bestehen aus Operationsverstärkern 121 und 126,
Transistoren 122 und 127 und Kondensatoren 123 und 128.
Ein Taktgeber 180 liefert ein Taktsignal an das Gatter
der Feldeffekt-Transistoren 122, 127 jedes der Sample-
And-Hold-Schaltkreise 120 und 125, um alternierend den
ersten bzw. den zweiten Sample-And-Hold-Schaltkreis
120, 125 derart zu treiben, daß einer der Sample-And-
Hold-Schaltkreise abtastet, während der andere das
letztgemessene Signal hält. Der Eingang des aus einem
Differenzverstärker 131 und Widerständen 132 bis 135
bestehenden Differenzial-Schaltkreises 130 ist mit dem
ersten Sample-And-Hold-Schaltkreis 120 bzw. dem zweiten
Sample-And-Hold-Schaltkreis 125 verbunden, um ein elek
trisches Signal zu gewinnen, das die Differenz pro
Zeiteinheit angibt bzw. die Ableitung der gemessenen
Batterietemperatur über die Zeit. Da das so gewonnene
Signal eine wechselnde Polarität aufweist, wird es
einem Absolutwert-Schaltkreis 140 zugeführt, in dem es
in einen entsprechenden Absolutwert umgewandelt wird,
um für den nachfolgenden Vergleich geeignet zu sein.
Der Absolutwert 140 besteht aus einem Paar von Opera
tionsverstärkern 141, 142, Widerständen 143 bis 147 und
Dioden 148 und 149. Er ist mit einem Integrator 150,
der aus einem Widerstand 151 und einem Kondensator 152
besteht und einen integrierten elektrischen Wert von
dem Ausgangssignal des Absolutwert-Schaltkreises 140
dient, verbunden, um einen effektiven Vergleich in
einem Vergleichs-Schaltkreis 160 mit einem vorgegebenen
Schwellenwert zu ermöglichen. Der Vergleichs-Schalt
kreis 160 weist einen Komparator 161 auf, dessen Aus
gänge mit dem Integrator 150 bzw. einem Schwellenwert-
Spannungsgenerator verbunden ist. Dieser Schwellenwert
Generator besteht aus einer Zener-Diode 162, einem
Widerstand 163 und einem variablen Widerstand 164 und
einem zum Bestimmen des Schwellenwerts dienenden vari
ablen Widerstands 164. Mit dem Vergleichs-Schaltkreis
160 ist ein Ausgangs-Schaltkreis 170 verbunden, der mit
einem NAND-Latch 171, einem Widerstand 172 und einem
Ausgangs-Transistor 173 besteht, dessen offener Kollek
tor den Ausgangs-Anschluß 174 bildet. Wenn der von dem
Integrator integrierte elektrische Wert unterhalb des
Schwellenwertes verbleibt, erzeugt der Schwellenwert-
Komparator 161 des Vergleichs-Schaltkreises 160 das
erste Steuersignal an dem Ausgangs-Anschluß 174, wo
durch das Schaltmittel 5 des Batterie-Ladegerätes 1
dazu veranlaßt wird, die Batterie 2 mit der hohen
Laderate zu laden. Wenn der integrierte Wert den
Schwellenwert erreicht antwortet der Komparator 161
durch Erzeugung des zweiten Steuersignals an dem Aus
gangs-Anschluß 174, wodurch das Schaltmittel 5 umschal
tet zur Beendigung der hohen Laderate, wie dies dem
ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Der Betrieb des
Steuerkreises ist einfach zu verstehen unter Bezugnahme
auf Fig. 8, die Fig. 5 entspricht und aus den Fig. 8A
bis 8F besteht, und in bezug auf die Ladezeit den
Ladezustand der Batterie in % (Fig. 8A), die Oberflä
chentemperatur der Batterie in °C (Fig. 8B), den inter
nen Gasdruck der Batterie in kg/cm2 (Fig. 8C), die
Wellenform des von dem zweiten Sample-And-Hold-Schalt
kreis 125 erzeugten Taktimpuls (Fig. 8D), die Wellen
form des dem Sample-And-Hold-Schaltkreises ge
führten Taktimpuls (Fig. 8E), die Wellenform des Aus
gangssignals an dem Punkt Z in den Fig. 6 und 7 (Fig.
8F) und die Wellenform des Ausgangssignals an dem Aus
gangsanschluß 174 (Fig. 8G).
Der Taktgeber 180 weist ein Taktgeber-IC 181, äußere
Widerstände 182 und 183 und Kondensatoren 184 und 185
auf. An dem Anschluß 6 des Zeitgeber-IC′s liegt ein
Taktgeberimpuls mit einer geeigneten Frequenz an. Der
Taktgeber 180 weist weiter eine Kombination aus einem
ersten Steuertransistor 187 und einem Widerstand 188 zum
Umschalten des Transistors 122 des ersten Sample-Hold-
Schaltkreises 120 und einer weiteren Kombination beste
hend aus einem zweiten Steuer-Transistor 190 und Wider
ständen 191 und 192 zum Umschalten des Transistors 127
des zweiten Sample-And-Hold-Schaltkreises 125 auf. Es
ist hier zu beachten, daß wegen der Anordnung des ersten
Sample-And-Hold-Schaltkreises 120 und des zweiten
Sample-And-Hold-Schaltkreises 125 paarweise die Diffe
renzen zwischen deren Ausgangswerten, die die zeitliche
Ableitung (dT/dt) oder den Temperaturgradienten der
gemessenen Batteriespannung angeben, das Signal an dem
Ausgang des Integrators 150 kontinuierlich abgerufen
werden kann, wie dies in Fig. 8F gezeigt ist, was einen
Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 5E)
bedeutet. Das Ausgangssignal des Integrators 150 ent
spricht daher zuverlässig und immer dem Anstieg der
Batterietemperatur, wobei der plötzliche Anstieg der
Batterietemperatur, der das Erreichen des vollen Lade
zustandes anzeigt, nicht verpaßt werden kann, was zu
der Zuverlässigkeit der Ladesteuerschaltung beiträgt.
Eine weitere wichtige Besonderheit der Erfindung ist
die Vorsehung eines Rückstell-Schaltkreises 195, der
mit dem Taktgeber 180 zusammenwirkt, um zu verhindern,
daß der Differenzverstärker 131 ein falsches Signal von
den Ausgängen der Sample-And-Hold-Schaltkreise 120 bzw.
125 erhält zum Zeitpunkt des Inbetriebsetzens der Lade
steuerschaltung. Unter "Falschsignal" wird hier ein
Signal gemeint, das die zeitliche Ableitung der Batte
riespannung angibt, welches den Schwellenwert über
steigt bei dem Fehlen eines wirklichen plötzlichen
Ansteigens der Batteriespannung, wie festgestellt wer
den kann, wenn die Batterie den vollen Ladezustand
erreicht. Ein solches Falschsignal kann sich ergeben,
wenn die Offset-Werte, die in den Sample-And-Hold-
Schaltkreis 120 bzw. 125 verbleiben bei dem Abschalten
eine relativ größere Differenz haben und diese Werte
jeweils den von den Sample-And-Hold-Schaltkreisen 120
bzw. 125 aufaddiert werden während die Differenz bei
dem nachfolgenden Betreiben des Steuerkreises gleich
bleibt. Wenn dies auftritt erhält der Komparator 161
des Vergleichs-Schaltkreises 160 ein solches Falsch
signal oder eine unrichtige Differenz, wodurch das
zweite Steuersignal erzeugt wird, wodurch wiederum die
hohe Laderate unnötigerweise beendet wird. Dies kann
erfolgreich vermieden werden durch Vorsehung des Rück
stell-Schaltkreises 195 in Form eines Verzögerungs
schaltkreises bestehend aus einem Widerstand 196 und
einem Kondensator 197, der eingesetzt ist zwischen dem
Kollektorausgang des Steuer-Transistors 190 für den
zweiten Sample-And-Hold-Schaltkreis 125 und der Basis
des Steuer-Transistors 187 des ersten Sample-And-Hold-
Schaltkreises 120. Der Widerstand 136 liegt zwischen
dem Kollektor des Steuer-Transistors 190 und der Basis
des Steuer-Transistors 187. Der Kondensator 197 liegt
in dem Basis-Emitter-Weg des Steuer-Transistors 187.
Wenn das Zeitgeber-IC 181 zunächst an seinem Anschluß 6
ein niedriges Signal bei dem Inbetriebsetzen des Lade-
Steuerkreises anlegt, verbleibt der Steuer-Transistor
190 nicht-leitend, wodurch der Transistor 128 getrig
gert wird zur Verursachung eines Abtastens durch den
zweiten Sample-And-Hold-Schaltkreis 125. Der Verzöge
rungskreis verzögert sodann die Leitung des Steuer-
Transistors 187 und damit des Trigger-Transistors 122,
bis der Kondensator 197 voll aufgeladen ist. Dies ver
ursacht, daß der erste Sample-And-Hold-Schaltkreis 120
seinen Abtastbetrieb nur für eine begrenzte Zeitdauer
innerhalb des Halbzyklus des Taktimpulses oder vor dem
Ändern des niedrigen Signals an dem Anschluß 6 des IC′s
181 auf einen hohen Signallevel durchführt. Nach dem
Verstreichen dieser kurzen Zeitdauer aber innerhalb des
halben Zyklus des Taktimpulses bleibt der Steuertransi
stor 187 leitend, wodurch der Transistor 122 ausg
eschaltet wird. Dies verursacht, daß der erste Sample-
And-Hold-Schaltkreis 120 in seinen Haltebetrieb wech
selt, während der zweite Sample-And-Hold-Schaltkreis
125 in dem Abtastzustand verbleibt. Wenn der Start oder
das Rücksetzen der Sample-And-Hold-Schaltkreise 120,
geschlossen ist, treten sie wieder in den norma
len Zustand des Wechselns zwischen Abtasten und Halten
ein, wie dies sich am besten aus den Fig. 8D und 8E
ergibt. In dieser begrenzten Zeitdauer werden der erste
und der zweite Sample-And-Hold-Schaltkreis 120 und 125
gleichzeitig in die Abtastbedingungen gesetzt, um jeden
verbliebenen Offset-Wert, der aufgrund des vorangehen
den Abschaltens verblieben ist, gelöscht wird, wodurch
ein falsches Signal oder eine Fehlmessung vermieden
wird, wodurch ein konsistentes und zuverlässiges Signal
zu dem Vergleichs-Schaltkreis 160 geführt wird. Die
Zuverlässigkeit der Ladesteuerschaltung wird dadurch
verbessert.
Der Ladeschaltkreis dieses Ausführungsbeispiels weist
einen Batterie-Schutzkreis 200 auf, der die absolute
Batterietemperatur beobachtet und ein Auftreten des
ersten Steuersignals an den Ausgangs-Anschluß 174 ver
hindert, wenn die Batterie einen gefährlich hohen Tem
peraturwert bei Laden mit der hohen Laderate beibehält,
was die Batterie zerstören könnte. Der Schutzkreis 200
weist einen Komparator 201, Widerstände 202 und 203,
einen Transistor 204 und einen variablen Widerstand 205
auf, durch die eine Bezugsspannung erzeugt wird, die
eine gefährliche Batterietemperatur, aufgrund der das
Laden mit einer hohen Rate verhindert wird, erzeugt
wird. Der Komparator 201 vergleicht den Ausgangs-Level
des Sensor-Schaltkreises 110 mit der Referenzspannung,
wodurch ein Signal mit einem hohen Level erzeugt wird,
wenn das erstgenannte Signal das letztgenannte Signal
übersteigt. Ansonsten wird ein Signal mit einem gerin
gen Level erzeugt. Das Signal mit einem hohen Level,
das eine ungewöhnlich hohe Batterie-Temperatur anzeigt,
triggert den Transistor 204 in einen leitenden Zustand
und liefert so ein Sperrsignal, welches veranlaßt, daß
der Transistor 173 dafür sorgt, daß an dem durch den
offenen Kollektor gebildeten Ausgangs-Anschluß 174 das
zweite Steuersignal anliegt, wodurch die Ladung mit
hoher Rate begrenzt wird, auch wenn der Komparator 161
des Vergleichskreises 160 ein erstes Steuersignal er
zeugt, was einer hohen Laderate entspricht. Bei Vorse
hung eines Schutzkreises 200 kann eine heiße Batterie
unmittelbar nach dem Entladen vor einem Aufladen mit
einer hohen Laderate geschützt werden, bis die Batterie
so abgekühlt ist, daß sie zur Aufnahme eines hohen
Ladestroms sicher ist. Ohne eine solche Sicherung wäre
die heiße Batterie, in der der Separator auf einer
entsprechend hohen Temperatur ist, bald aufgeladen
sein, und einen weiteren Temperaturanstieg aufgrund der
Aufnahme des hohen Ladestromes zeigen, was möglicher
weise zu einer Zerstörung des Separators oder der Bat
terie führen würde. Wenn die Batterietemperatur gering
genug ist, liefert der Schutzkreis 200 nicht länger ein
Unterbrechungssignal an den Ausgabe-Schaltkreis 170.
Dies verursacht ein automatisches Beginnen und Beibe
halten des hohen Ladestromes bis ein plötzlicher Tempe
raturanstieg erkannt wird, der anzeigt, daß die Batte
rie den vollen Ladezustand erreicht hat. Dieses Verfah
ren zum Laden der heißen Batterie ist in Fig. 9 ge
zeigt. In dieser Fig. 9 ist der Verlauf der Batterie
temperatur BT zusammen mit der Anschlußspannung der
Batterie BV dargestellt. Die Beendigung des hohen Lade
stromes tritt zwischen den Punkten A und B auf der
Batterietemperaturkurve BT auf.
Der Schutzkreis 200 ist weiter mit einer lichtemittie
renden Diode (LED) 206), Treibertransistoren 207 und
zugehörigen Widerständen 208, 209 versehen. Wenn das
Signal mit hohem Level an dem Komparator 201 anliegt,
wird der Transistor 207 durchgeschaltet, wodurch die
lichtemittierende Diode 206 zur optischen Anzeige ein
geschaltet wird.
Dies bestätigt dem Verwender, daß die Batterie, die
aufgeladen werden soll, zu heiß ist, um aufgeladen zu
werden, und daß der Kontroll-Schaltkreis nicht ausge
fallen ist, sondern das Aufladen nur aufschieb, bis die
Batterie auf einen akzeptablen Wert abgeführt ist.
In Fig. 10 wird ein drittes Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt. Ein Steuer-Schaltkreis nach dem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
verwendet einen kompensierenden Batterie-Schutz-Schalt
kreis 220 anstelle des Batterie-Schutz-Schaltkreises
200 in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Ausbildung
des Schaltkreises im übrigen sowie deren Betrieb ent
spricht dem nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Es
werden daher für entsprechende Teile entsprechende
Bezugsziffern verwendet. Der Batterie-Schutz-Schalt
kreis 220 dieses Ausführungsbeispiels dient dazu, eine
Sicherung gegen eine Zerstörung zu schaffen, wenn die
Batterie einen solchen ungewöhnlichen Temperaturanstieg
zeigt, ohne daß dem ein plötzlicher Temperaturanstieg,
der die volle Ladung der Batterie anzeigt, folgt, so
daß der Steuer-Schaltkreis den vollen Ladezustand nicht
erkennen kann. Wenn ein solcher ungewöhnlicher Tempera
turanstieg vorliegt, würde die Batterie ständig mit
einer hohen Rate aufgeladen zu werden weit oberhalb der
vollen Ladung. Die Batterie würde infolgedessen zer
stört werden. Dieser Batterie-Schutz-Schaltkreis 220
erkennt das Vorhandensein eines derart ungewöhnlichen
Temperaturanstiegs durch Beobachten der Differenz zwi
schen der Batterie und den Umgebungstemperaturen, um
ein Unterbrechungssignal zu erzeugen, das die erste
Laderate beendet, wenn die Differenz einen ersten vor
gegebenen Bezugswert, der den ungewöhnlichen Tempera
turanstieg angibt, übersteigt. Für diesen Zweck weist
der Schutzkreis 210 einen Meß-Schaltkreis 220 zum Mes
sen der Umgebungstemperatur des Steuer-Schaltkreises
auf. Dieser Meß-Schaltkreis 220 ist mit einer Diode
221, einem Operationsverstärker 222, Widerständen 223
bis 225 und einem variablen Widerstand 226 versehen,
die entsprechend der Anordnung des Batterie-Meß-Schalt
kreises 110 angeordnet sind, um eine Ausgangsspannung
zu schaffen, die die Umgebungstemperatur zuzüglich
eines kritischen Wertes angibt und eine zulässige Tem
peraturdifferenz zwischen der Batterie und einen Be
reich der Umgebung angibt, außerhalb dessen die Ladung
mit einer hohen Rate zu unterbrechen ist. Das sich
ergebende Ausgangssignal des Sensorschaltkreises 210
für die Umgebungstemperatur und der Ausgang des Sensor-
Kreises 110 für die Batterietemperatur werden einem
Komparator 230 zugeführt, der unter Erzeugung eines
Unterbrechungssignals antwortet, wenn die Temperatur
differenz größer ist als der vorgegebene kritische
Wert. Der Schutz-Schaltkreis 210 ist eine Kombination
bestehend aus einem Transistor 234 und Widerständen 232
und 233. Der Transistor 234 wird von dem Unterbre
chungssignal durchgeschaltet, was wiederum den Aus
gangs-Transistor 173 betätigt, wodurch verhindert wird,
daß das erste Steuersignal an dem Ausgangs-Anschluß 174
erscheint und lediglich ein Anliegen des zweiten Steu
ersignals an dem Ausgangs-Anschluß 174 ermöglicht,
wodurch eine Aufladung mit einer hohen Rate unmöglich
gemacht wird.
Es ist nicht selten, daß die Temperatur der Batterie,
die aufgeladen werden soll, auf einer Temperatur liegt,
die weit oberhalb der Umgebungstemperatur ist. Bei
einem solchen Zustand wird das natürliche oder freie
Abkühlen der heißen Batterie wahrscheinlich mit einem
Temperaturgradienten auftreten, dessen Absolutwert so
groß ist, daß der Komparator 161 das zweite Steuersig
nal erzeugt und entsprechend den Ausgangs-Schaltkreis
in einem gesperrten Zustand hält, der es nicht ermög
licht, daß das erste Steuersignal anschließend erzeugt
wird. Wenn eine solche heiße Batterie aufgeladen werden
soll, wirkt der Steuer-Schaltkreis als Sicherung und
verhindert ein Fortschreiten der Ladung mit hoher Rate.
Bevor der Schaltkreis jedoch zur Beendigung des Aufla
dens mit hohem Ladestrom antwortet, kann eine bestimmte
Zeitdauer vorliegen, während der das Aufladen mit hoher
Ladung durchgeführt wird. Diese Aufladung mit hohem
Ladestrom kann auch während einer nur kurzen Zeit sehr
gefährlich für die Batterie sein, da schon ein geringer
Betrag eines hohen Ladestroms ausreicht, um die Batte
rie zu zerstören, wenn sie auf einem extrem hohen
Temperaturwert ist. In diesem Zusammenhang ist obiger
Schutzkreis weiter insofern hilfreich, als er auf sol
che großen Temperaturdifferenzen mit einer sofortigen
Unterbrechung des Aufladens antwortet und so einen
wirksamen Schutz der Batterie bewirkt.
Es ist diesbezüglich zu beachten, daß das Unterbre
chungssignal von dem Komparator 230 verwendet werden
kann, um an einem Punkt zwischen dem NAND-Latch 171 des
Ausgangs-Schaltkreises 170 und dem Komparator 161 des
Vergleichs-Schaltkreises 160 derart zu liegen, daß das
NAND-Latch 171 gesperrt bleibt nur dann, wenn die Bat
terietemperatur kritisch höher ist im Vergleich mit der
Umgehungstemperatur. Bei einem solchen Aufbau wird das
NAND-Latch 171 nie, wenn das natürliche Abkühlen der
heißen Batterie fortschreitet mit einem größeren Tempe
raturgradienten unter Schaffung eines Ausgangssignals,
das einen unrichtigen vollen Ladezustand anzeigt, es
wird jedoch zuverlässig wirken, wenn die Batterie tat
sächlich auf die volle Kapazität aufgeladen ist. Dies
ermöglicht eine automatische Betriebsweise des Steuer-
Schaltkreises beginnend von einem Verhindern eines
hohen Ladestroms, wenn die kritische Temperaturdiffe
renz vorliegt, Starten der Ladung mit hohem Ladestrom,
wenn die Differenz weniger kritisch wird und Begrenzen
des Ladens mit hohem Ladestroms in Antwort darauf, daß
die Batterie die volle Aufladung erreicht hat.
- Bezugszeichenliste
1 Batterie-Ladegerät
2 Batterie
3 Ladekreis
4 Versorgungsspannungsquelle
5 Schaltmittel
6 Anschluß
10 Sensorkreis
11 Diode
12 Operationsverstärker
13 Widerstand
14 Widerstand
15 Widerstand
16 variabler Widerstand
20 Sample-And-Hold-Schaltkreis
21 Operationsverstärker
22 Transistor
23 Kondensator
30 Differenzier-Schaltkreis
31 Differenz-Verstärker
32 Widerstand
33 Widerstand
34 Widerstand
35 Widerstand
40 Vergleichs-Schaltkreis
50 Integrator
51 Widerstand
52 Kondensator
61 Komparator
62 Diode
63 Widerstand
64 variabler Widerstand
70 Ausgangs-Schaltkreis
71 NAND-Latch
72 Widerstand
73 Transistor
74 Ausgangs-Anschluß
80 Taktgeber
81 Zeitgeber-IC
82 Widerstand
83 Widerstand
84 Kondensator
85 Kondensator
110 Sensorkreis
111 Diode
112 Operationsverstärker
113 Widerstand
114 Widerstand
115 Widerstand
116 variabler Widerstand
120 Sample-And-Hold-Schaltkreis
121 Operationsverstärker
122 Transistor
123 Kondensator
125 Sample-And-Hold-Schaltkreis
127 Transistor
128 Transistor
130 Differenzier-Schaltkreis
131 Differenzverstärker
132 Widerstand
133 Widerstand
134 Widerstand
135 Widerstand
140 Abschalt-Schaltkreis
141 Operationsverstärker
142 Operationsverstärker
143 Widerstand
144 Widerstand
145 Widerstand
146 Widerstand
147 Widerstand
148 Diode
149 Diode
150 Integrator
151 Widerstand
152 Widerstand
160 Vergleichs-Schaltkreis
161 Komparator
162 Zener-Diode
163 Widerstand
164 Widerstand
170 Ausgangs-Schaltkreis
171 NAND-Latch
172 Widerstand
173 Ausgangs-Transistor
174 Ausgangs-Anschluß
180 Taktgeber
181 Zeitgeber IC
182 Widerstand
183 Widerstand
184 Widerstand
185 Kondensator
187 Steuer-Transistor
188 Widerstand
190 Steuer-Transistor
191 Widerstand
192 Widerstand
195 Rück-Schaltkreis
196 Widerstand
197 Kondensator
200 Batterie-Schaltkreis
201 Komparator
202 Widerstand
203 Widerstand
204 Transistor
205 variabler Widerstand
206 LED
207 Transistor
208 Widerstand
209 Widerstand
210 Schutz-Schaltkreis
220 Meß-Schaltkreis
221 Diode
222 Operations-Verstärker
223 Widerstand
224 Widerstand
225 Widerstand
226 variabler Widerstand
230 Komparator
231 Widerstand
232 Widerstand
234 Transistor
Claims (9)
1. Ladesteuer-Schaltkreis für ein Batterie-Ladegerät
zur Schaffung eines ersten und eines zweiten Steuersig
nals, wobei das erste Steuersignal das Batterie-Ladege
rät derart betreibt, daß die Batterie mit einer ersten
Laderate aufgeladen wird, während das zweite Steuersig
nal das Batterie-Ladegerät derart betreibt, daß die
Batterie mit einer zweiten Laderate aufgeladen wird und
wobei der Lade-Steuerkreis einen Sensorkreis zum Messen
der Temperatur der zu ladenden Batterie (2) und zur
Schaffung eines entsprechenden Ausgangssignals auf
weist, gekennzeichnet durch einen Differenzier-Schalt
kreis (30, 130) zum Umwandeln des Ausgangssignals des
Sensorkreises (10, 110) in ein über die Zeit abgelei
tetes Signal, das den entsprechenden Temperaturgradien
ten der gemessenen Batterie-Temperatur wiedergibt, und
einen Vergleichsschaltkreis (60, 160) zum Vergleichen
des über die Zeit abgeleiteten Signals mit einem vorge
gebenen Schwellenwert, um das erste Steuersignal zu
schaffen, wenn es um die Zeit abgeleitete Signal unter
halb des Schwellenwerts ist und zur Schaffung des zwei
ten Steuersignals wenn das über die Zeit abgeleitete
Signal den Schwellenwert übersteigt.
2. Ladekontroll-Schaltkreis nach Anspruch 1, gekenn
zeichnet durch einen Batterie-Schutzkreis (200), der
den Ausgangslevel des Sensorkreises (110) mit einem
vorgegebenen Bezugslevel, der eine Batterietemperatur
angibt, bei der ein Laden mit der ersten Laderate die
Batterie (2) zerstört, vergleicht, wodurch ein Unter
brechungssignal erzeugt wird, wenn der Ausgangslevel
des Sensorkreises (110), der die Batterietemperatur
angibt, den Bezugswert übersteigt, wobei das Unterbre
chungssignal verhindert, daß das erste Steuersignal dem
Ladekreis (3) zugeführt wird, bis der Ausgangslevel des
Sensorkreises (110) unter den Bezugslevel gefallen ist.
3. Ladesteuer-Schaltkreis nach Anspruch 1, gekenn
zeichnet durch einen temperaturkompensierten Batterie-
Schutzkreis (210) mit einem Sensor-Schaltkreis (220)
zum Messen der Umgebungstemperatur des Steuerkreises
und zur Schaffung eines entsprechenden Ausgangssignals,
wobei der Schutz-Schaltkreis (210) die Differenz zwi
schen den Ausgangslevel des Sensor-Schaltkreises für
die Batterie-Temperatur und des Sensor-Schaltkreises
für die Umgebungstemperatur erhält, so daß ein Unter
brechungssignal erzeugt wird, wenn die Differenz größer
als ein vorgegebener Bezugswert ist, wobei das Unter
brechungssignal die Zuführung de ersten Steuersignals
zu dem Batterie-Ladegerät (1) verhindert, bis die Dif
ferenz auf einen vorgegebenen Bezugswert verringert
ist.
4. Ladesteuer-Schaltkreis für ein Batterie-Ladegerät
zur Schaffung eines ersten und eines zweiten Steuersig
nals, wobei das erste Steuersignal das Batterie-Ladege
rät derart betreibt, daß die Batterie mit einer ersten
Laderate aufgeladen wird, während das zweite Steuersig
nal das Batterie-Ladegerät derart betreibt, daß die
Batterie mit einer zweiten Laderate aufgeladen wird und
wobei der Lade-Steuerkreis einen Sensorkreis zum Messen
der Temperatur der zu ladenden Batterie (2) und zur
Schaffung eines entsprechenden Ausgangssignals auf
weist, gekennzeichnet durch einen Sample-And-Hold-
Schaltkreis (20, 120) zum periodischen Wiederholen des
Messens eines Werts des Ausgangssignals des Sensor-
Schaltkreises (10, 110) und zum Halten des letztgemes
senen Werts,
einen Differenz-Verstärker (31, 131), der die Differenz
zwischen dem jeweiligen Meßwert des Sensorkreises (11,
111) und des zuletzt gemessenen Wertes des Sample-And-
Hold-Schaltkreises (20, 120) erhält zum Differenzieren
des Ausgangs des Sensorkreises (11, 111) in bezug auf
die Zeit und zur Schaffung einer jeweiligen zeitlichen
Ableitung dieses Signals, das den jeweilgen Temperatur
gradienten der gemessenen Batterietemperatur angibt,
und
einen Vergleichsschaltkreis (60, 160) zum Vergleichen
des über die Zeit abgeleiteten Signals mit einem vorge
gebenen Schwellenwert, um das erste Steuersignal zu
schaffen, wenn es um die Zeit abgeleitete Signal unter
halb des Schwellenwerts ist und zur Schaffung des zwei
ten Steuersignals wenn das über die Zeit abgeleitete
Signal den Schwellenwert übersteigt.
5. Ladesteuer-Schaltkreis für ein Batterie-Ladegerät
zur Schaffung eines ersten und eines zweiten Steuersig
nals, wobei das erste Steuersignal das Batterie-Ladege
rät derart betreibt, daß die Batterie mit einer ersten
Laderate aufgeladen wird, während das zweite Steuersig
nal das Batterie-Ladegerät derart betreibt, daß die
Batterie mit einer zweiten Laderate aufgeladen wird und
wobei der Lade-Steuerkreis einen Sensorkreis zum Messen
der Temperatur der zu ladenden Batterie (2) und zur
Schaffung eines entsprechenden Ausgangssignals auf
weist, gekennzeichnet durch ein Paar von Sample-And-
Hold-Schaltkreis (120, 125), der periodisch das Messen
eines Wertes des Ausgangssignals des Sensorkreises
(111) mißt und den zuletzt gemessenen Wert hält, wobei
die Sample-And-Hold-Schaltkreise (120, 125) alternie
rend arbeiten bezüglich der Zeit, so daß ein Schalt
kreis (120, 125) abtastet, während der andere Schalt
kreis (120, 125) im Halte-Betrieb ist;
einen Differenz-Verstärker (130), der das Ausgangssig
nal eines der Sample-And-Hold-Schaltkreise (120) von
dem Ausgang des anderen Schaltkreises (125) subtra
hiert, so daß die Differenz zwischen dem jeweiligen
Meßwert des einen Schaltkreises (120) und dem zuletzt
gemessenen Meßwert des anderen Schaltkreises (125)
gebildet wird, wodurch das Ausgangssignal des Sensor
kreises (111) differenziert wird bezüglich der Zeit und
unter Schaffen eines ununterbrochenen jeweiligen über
die Zeit abgeleiteten Signals, das den Gradienten der
gemessenen Batterietemperatur entspricht und
einen Vergleichsschaltkreis (60, 160) zum Vergleichen
des über die Zeit abgeleiteten Signals mit einem vorge
gebenen Schwellenwert, um das erste Steuersignal zu
schaffen, wenn es um die Zeit abgeleitete Signal unter
halb des Schwellenwerts ist und zur Schaffung des zwei
ten Steuersignals wenn das über die Zeit abgeleitete
Signal den Schwellenwert übersteigt.
6. Ladekontroll-Schaltkreis nach Anspruch 5, gekenn
zeichnet durch einen Batterie-Schutzkreis (200), der
den Ausgangslevel des Sensorkreises (110) mit einem
vorgegebenen Bezugslevel, der eine Batterietemperatur
angibt, bei der ein Laden mit der ersten Laderate die
Batterie (2) zerstört, vergleicht, wodurch ein Unter
brechungssignal erzeugt wird, wenn der Ausgangslevel
des Sensorkreises (110), der die Batterietemperatur
angibt, den Bezugswert übersteigt, wobei das Unterbre
chungssignal verhindert, daß das erste Steuersignal dem
Ladekreis (3) zugeführt wird, bis der Ausgangslevel des
Sensorkreises (110) unter den Bezugslevel gefallen ist.
7. Ladesteuer-Schaltkreis nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schutz-Schaltkreis (200) eine
Anzeigelampe (206) aufweist, die bei Erzeugung des
Unterbrechungssignals aufleuchtet.
8. Ladesteuer-Schaltkreis nach Anspruch 5, gekenn
zeichnet durch einen temperaturkompensierten Batterie-
Schutzkreis (210) mit einem Sensor-Schaltkreis (220)
zum Messen der Umgebungstemperatur des Steuerkreises
und zur Schaffung eines entsprechenden Ausgangssignals,
wobei der Schutz-Schaltkreis (210) die Differenz zwi
schen den Ausgangslevel des Sensor-Schaltkreises für
die Batterie-Temperatur und des Sensor-Schaltkreises
für die Umgebungstemperatur erhält, so daß ein Unter
brechungssignal erzeugt wird, wenn die Differenz größer
als ein vorgegebener Bezugswert ist, wobei das Unter
brechungssignal die Zuführung des ersten Steuersignals
zu dem Batterie-Ladegerät (1) verhindert, bis die Dif
ferenz auf einen vorgegebenen Bezugswert verringert
ist.
9. Ladesteuer-Schaltkreis nach Anspruch 5, gekenn
zeichnet durch einen Rückstell-Schaltkreis (195), der
in Antwort auf das Betreiben der Sample-And-Hold-
Schaltkreise (120, 125) zu deren vorübergehenden Betä
tigung in gleichzeitigem Abtastbetrieb gebracht wird,
bevor die Schaltkreise (120, 125) zum alternierenden
Abtast- und Halt-Betrieb veranlaßt werden, wobei der
eine Schaltkreis (120) gegenüber dem anderen zeitlich
versetzt wird.
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