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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden von Akkumulatoren,
insbesondere von solchen Akkumulatoren, wie sie für Modellbaufahrzeuge
verwendet werden, bei welchen mittels eines Ladegerätes der
Ladestrom eingestellt wird und die Akkumulatoren (Kurzform: Akkus)
hiermit versorgt werden.
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Der
Begriff "Fahrzeuge" umfaßt im Sinne
der vorliegenden Anmeldung Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge. Selbstverständlich können im
Prinzip beliebige Akkus mit einem entsprechenden Gerät nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren
geladen werden, wenn das Gerät
hinsichtlich Größe und Leistung
darauf ausgelegt ist.
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Ebenso
betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Ladegerät mit einer
Strom-/Spannungsversorgung, einem Ausgang mit variablem Ausgangsstrom,
Anschlüssen
für Akkumulatoren
und mit einem Mikroprozessor. Derartige Ladegeräte sind bereits bekannt, wobei
der bei neueren Geräten
aufzufindende Mikroprozessor insbesondere dazu dient, eine vergleichsweise
einfache und preiswerte Möglichkeit
für das
Einstellen beliebiger Stromwerte innerhalb eines vorgegebenen Bereiches
zu ermöglichen.
Auch die Ladedauer kann über
einen solchen Mikroprozessor vorgegeben und eingehalten werden.
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Nach
wie vor ist es jedoch auch bei diesen vergleichweise "intelligenten" Ladegeräten, die
immerhin im Preisbereich zwischen einigen hundert DM und tausend
DM liegen, erforderlich, Strom und/oder Spannung manuell einzustellen
und dabei die Spezifikationen der jeweils zu ladenden Akkus zu beachten.
Dabei unterscheiden sich die Akkus nicht nur vom Typ her (zum Beispiel
Bleiakkus für
Schiffsmodelle, NC-Akkus für
Flugzeugmodelle), sondern auch hinsichtlich ihrer Kapazität und hinsichtlich
ihrer maximalen Lade- und Entladeströme und/oder -spannungen.
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Die
Zeitschrift „elektrische
energie-technik", 33.
Jahrgang 1988, S. 30, „Batterie-Pfleger" beschreibt ein Verfahren
zur Diagnose des Ladezustandes und zum Laden von Batterien, bei
welchem der gemessene differentielle Innenwiderstand der Batterie
für die
Auswahl eines Ladeprogrammes verwendet wird.
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Die
US 4,745,349 beschreibt
ein Verfahren zum Laden von Batterien, bei welchem der differentielle
Innenwiderstand dafür
verwendet wird, das Auftreten eines Entgasungspunktes festzustellen,
wobei in Abhängigkeit
vom Auftreten des Entgasungspunktes geladen oder der Ladevorgang
beendet wird.
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Demgegenüber liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde. ein Verfahren zum
Laden von Akkumulatoren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen,
mit Hilfe derer es möglich
ist, Akkumulatoren mit einer minimaler Vorgabe irgendwelcher Daten
zu laden, wobei das Verfahren dennoch relativ preiswert durchführbar sein
soll bzw. die Vorrichtung entsprechend preiswert herstellbar sein soll.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Hinsichtlich
der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
dadurch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Während bei den eingangs erwähnten bekannten
Verfahren und Geräten
zwar auch ein Mikroprozessor verwendet wird, dieser jedoch im wesentlichen
nur als intelligente Schalteinheit arbeitet, werden gemäß der Erfindung bei
dem entsprechenden Ladeverfahren und der zugehörigen Vorrichtung die Möglichkeiten
und Fähigkeiten
eines Mikroprozessors wesentlich besser genutzt, indem dieser sozusagen
selbsttätig
unmittelbar nach Herstellung der Verbindung zwischen Ladegerät und Akkumulatoren
die zur Einstellung von Ladestrom, – spannung und/oder -dauer
erforderlichen Daten oder Meßwerte
erfaßt.
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Gemäß einer
bevorzugten Vorgehensweise mißt
das Ladegerät
nach dem Anschluß der
Akkukontakte selbsttätig
den Innenwiderstand des Akkus und zwar durch einen – gegebenenfalls
mehrfach wiederholten – Entlade-
und/oder Ladevorgang unter Kontrolle bzw. Messung von Lade-/Entladestrom
und -spannung. Auf diese Weise kann in zuverlässiger Weise der Innenwiderstand
eines Akkus gemessen werden, was in zuverlässiger Weise einen Rückschluß auf, die
Zellenspannung, die Zahl der Zellen und den geeigneten maximalen
Ladestrom sowie der zugehörigen
Ladespannung zuläßt.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erfaßt
das Ladegerät
bei Konstanthaltung des Ladestromes die zeitliche Änderung
der Ladespannung.
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Insbesondere
für NC-Akkus
(Nickel – Cadmium-Akkus)
ist bekannt, daß der
zeitliche Spannungsverlauf bei konstantem Ladestrom einen Knick
aufweist, wenn die Akkus voll geladen sind. Dementsprechend ist
die zeitliche Änderung
der Ladespannung bei vollgeladenen Akkus von der bei nicht oder nur
teilweise geladenen Akkus zu unterscheiden, so daß dieses
Kriterium zur Beendigung des Ladevorganges genutzt werden kann.
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Dabei
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß bei
Beendigung des Ladevorganges eine Anzeigevorrichtung ausgelöst wird.
Dabei kann es sich um eine optische (z.B. Leuchtdiode oder Display)
oder aber auch um eine aku stische (z.B. Summer) Anzeigevorrichtung
handeln.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die richtige Polung des Akkus durch eine entsprechende
Programmierung des Mikroprozessors kontrolliert, wobei bei falscher
Polung eine Warneinrichtung ausgelöst wird. Vorzugsweise wird
dabei auch gleichzeitig sichergestellt, daß kein nennenswerter Strom
den Akku entlädt
und auch keine Schaltungsteile des Ladegerätes zerstört werden.
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Weiterhin
wird ein Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung bevorzugt, bei welchem die sich aus der Erfassung von
Anzahl bzw. Innenwiderstand ergebenden Einstellparameter mit fest
vorgegebenen Grenzwerten verglichen und bei Überschreitung oberer Grenzwerte
und bei Unterschreitung unterer Grenzwerte eine Anzeige der möglichen
Grenzwertüberschreitung
erfolgt, wobei gleichzeitig entweder der Ladevorgang gar nicht erst
beginnt, z.B. wenn der erforderliche Ladestrom oder die erforderliche Ladespannung
unterhalb der minimal an dem Ladegerät einstellbaren Werte liegt,
oder mit den jeweiligen Parametergrenzwerten durchgeführt wird,
etwa wenn zum Laden eines Akkus ein bestimmter Maximalwert möglich wäre, der
jedoch mit dem Ladegerät nicht
erreicht werden kann, ohne bestimmte Bauteile desselben zu gefährden oder
zu zerstören.
Auch eine sofortige Beendigung des Ladevorganges ist bei Unregelmäßigkeiten,
wie bei zu hoher Eingangsspannung für das Ladegerät, zweckmäßig.
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Dabei
ist es zweckmäßig, wenn
alle von dem Ladegerät
vorgenommenen Messungen, sei es zum Einstellen der Ladeparameter
oder aber zur Beendigung des Ladevorganges oder zur Überprüfung und gegebenenfalls
Auslösung
von Warneinrichtungen, mehrfach vorgenommen und miteinander verglichen werden.
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Hierdurch
wird das Risiko von Fehleinstellungen und Fehlalarm drastisch vermindert.
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Das
Ladegerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Einrichtung zum Erfassen des Innenwiderstandes
von Akkus auf, welche im wesentlichen aus einem geeignet. programmierten
Mikroprozessor und mit dem Mikroprozessor verknüpften Schaltelementen besteht,
welche die Messung und Erfassung der vorgenannten Größen ermöglichen.
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Dabei
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
des Ladegerätes
als Strom/Spannungsversorgung für
dasselbe eine 12 V-Batterie vorgesehen. Dieser Batterietyp findet
sich in fast allen Kraftfahrzeugen, so daß das Laden der (relativ kleinen) Akkus
von Modellbaufahrzeugen netzunabhängig überall dort erfolgen kann,
wo eine solche Batterie (Autobatterie) zur Verfügung steht. Selbstverständlich kann
die Strom/Spannungsversorgung auch über das normale Wechselstrom-Leitungsnetz
mit vorgeschaltetem Netzteil erfolgen.
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Bevorzugt
ist dabei eine Ausführungsform des
Ladegerätes,
welche einen Spannungswandler aufweist. Ein Spannungswandler ist
in jedem Fall dann erforderlich, wenn die erforderliche Spannung zum
Laden einer. Reihe hintereinandergeschalteter Akkuzellen die Spannung
der Strom-/Spannungsversorgung (12 Volt) über schreitet. Der Typ des
Wandlers (z.B. Drosselwandler, Trafowandler, Kaskadenschaltung mit
Dioden und Kondensatoren) und/oder die zugehörige Beschallung bestimmt,
- a) ob das Arbeiten des Wandlers erst oberhalb von
12 Volt Ladespannung erforderlich ist oder
- b) ob der Wandler beim Laden generell in Betrieb ist und
- c) ob die Wandlerschaltung auch als Stromwandler betrieben werden
kann.
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Im
letztgenannten Fall kann eine zusätzliche Stromregelstufe entfallen.
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Zum
Feststellen einer polrichtigen Schaltung des Akkus weist das Ladegerät zweckmäßigerweise eine
Diodeneingangsschaltung auf. Bei falscher Polung der Akkus kann
diese eine Warneinrichtung auslösen,
zum Beispiel einen Summer, eine Leuchtdiode, Blinklampe oder dgl.
und kann außerdem
beispielsweise durch Unterbrechung eines der Anschlußkontakte
das Fließen
von Strömen
durch die Anschlußkontakte
des Ladegerätes
verhindern.
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Zweckmäßig ist
eine Ausführungsform
des Ladegerätes,
bei welchem eine Entladeschaltung mit einstellbaren Strömen vorgesehen
ist. Bei einem solchen Ladegerät
kann beispielsweise vor Beginn des Ladevorganges der Mikroprozessor
zunächst
die beiden Anschlußkontakte
auf die Entladeschaltung schalten, so daß der Akku über diese entladen wird, dabei
wird die Spannung an den Anschlußkontakten abgegriffen und
das zeitliche Spannungsverhalten du/dt beim Lade- und/oder Entladevorgang
liefert so ein Maß für den Ladezustand
und den Innenwiderstand, wobei für
den Fall, daß der
Akku bereits tief entladen sein sollte, nach einer solchen Entladung bzw.
einem Entladeversuch der Akku zunächst wieder mit einem sicherheitshalber
gering gewählten Strom
geladen und hernach über
die Entladeschaltung nochmals entladen werden kann.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform
des Ladegerätes,
bei welcher ein Display zur Anzeige eingestellter Werte und/oder
des Betriebszustandes des Ladegerätes und/oder des Ladezustandes
der Akkus vorgesehen ist. Dies erlaubt eine dauernde visuelle Kontrolle
der Gerätefunktionen, wobei
darüberhinaus über Bedienelemente
der Ladevorgang auch von Hand unterbrochen werden kann, wenn der
Ladevorgang für
eine Volladung an sich noch nicht beendet ist, das erreichte Maß der Ladung
jedoch ausreichend erscheint.
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Neben
dem Display ist in der bevorzugten Ausführungsform selbstverständlich auch
eine akustische Anzeigeeinrichtung vorgesehen, wobei diese in erster
Linie für
die Erzeugung von Warntönen
und zur Anzeige der Beendigung eines Ladevorganges dient.
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Neben
der bereits erwähnten
Erfassung von zeitlichen Änderungen
der Ladespannung bei konstantem Ladestrom kann das Gerät selbstverständlich auch
eine beliebige andere Abschaltautomatik aufweisen. So kann beispielsweise
während
des Ladevorganges mit konstantem Strom die Temperatur des Akkus
bzw. der Akkuzelle mit Hilfe eines an der Zelle anliegenden Sensors
gemessen werden, wobei deren stärkere
Erhitzung, wenn sie den Volladezustand erreicht hat, als Kriterium
für das
Abschalten des Ladegerätes
dient. Die Abschaltautomatik kann auch in einer einfachen Zeitschaltuhr
bestehen, welche in das Elektroniksystem des Ladegerätes integriert
ist.
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Da
das Ladegerät
in der bevorzugten Ausführungsform
für eine
Spannungsversorgung an 12 Volt-Batterien vorgesehen ist, sollte
der Eingang des Ladegerätes
vorzugsweise mit einem Überspannungsschutz
und einer Falschpolerkennung versehen sein. Diese verhindern eine
Zerstörung
des Ladegerätes,
falls es irrtümlicherweise
falsch oder an eine unpassende Strom-/Spannungsquelle angeschlossen
wird.
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Die
Erfindung wird nun mit ihren Vorteilen, Merkmalen und Anwendungsmöglichkeiten
anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Laden von Akkumulatoren,
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2 einen
detaillierten Schaltplan der Elemente 100 bis 500 aus 1,
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3 einen
detaillierten Schaltplan der Elemente 600 bis 760 aus 1 und
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4A bis 4D verschiedene
Beispiele eines Falschpolungsschutzes.
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In 1 stellt
der Block 100 die Strom-/Spannungsversorgung des Ladegerätes dar, die
beispielsweise auch eine der Falschpolungsschutzschaltungen gemäß 4 enthalten
kann. Diese Strom-/Spannungsversorgung kann beispielsweise an einen
Autoakku angeschlossen werden. Dieser Strom-/Spannungsversorgung 100 des
Ladegerätes
ist zum einen eine Spannungsversorgung 200 für digitale
Bausteine 600, 700, 760 (5 Volt) nachgeschaltet,
sowie parallel hierzu ein Ladespannungswandler 300, der
wiederum eine Ladestromquelle 400 mit der Spannung versorgt,
die zum Laden des Akkus 450 erforderlich ist.
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Der
zu ladende Akku 450 ist außerdem an eine Entladeschaltung 500 angeschlossen,
die gegebenenfalls vor Beginn des Ladevorganges in Aktion tritt.
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Die
Funktion des A/F-Wandlers wird später noch beschrieben. Sämtliche
Baugruppen 300 bis 600 sind außerdem über Steuer- oder Erfassungsleitungen
mit dem Mikroprozessor 700 verbunden.
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Während die
Spannungsversorgung 200, deren Aufbau im einzelnen in 2 zu
erkennen ist, über
die integrierte Schaltung I11 eine konstante 5-Volt-Spannungsversorgung
für die
digitalen Bausteine des Ladegerätes
bereitstellt, dient der Spannungswandler 300 zur Erhöhung der
Ladespannung, wenn zu ladende Akkus eine höhere Spannung benötigen als
beispielsweise die 12-Volt-Autobatterie auf der Eingangsseite bereitstellen
kann.
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Dabei übernimmt
ein integrierter Steuerbaustein I71 die Takterzeugung und Regelung
des Wandlers bestehend aus den Bauelementen T81, L1, D81, C21, C22,
C23.
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Dabei
werden in der vorliegenden Anmeldung generell integrierte Schaltbausteine
mit I, Transistoren mit T, Spulen mit L, Dioden mit D, Kondensatoren
mit C und Widerstände
mit R gekennzeichnet, jeweils gefolgt durch eine weitere Kennziffer
zur Identifizierung des jeweiligen Bausteines in den Figuren.
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Das
aus I4, R71, C71, I6.4 aufgebaute Low-Pass-Filter mit nachfolgendem
Pufferverstärker setzt
das vom Prozessor 700 zur Steuerung des Wandlerbausteines 600 erzeugte,
pulsweitenmodulierte Signal in einen Analogwert um (D/A-Wandlung). Alternativ
könnte
die Ansteuerung und Regelaufgabe komplett von dem überwachenden
Mikroprozessor übernommen
werden. Außerdem
könnte
die Spannungswandlerschaltung bei Akkuspannungen über 12 Volt
auch als Stromquelle eingesetzt werden, die von R9 überwacht
und gesteuert wird.
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Als
Stromquelle 400 dient im vorliegenden Fall ein (gegebenenfalls
auch mehrere) P-Kanal-Leistungs-Mosfet
T52, um die Ansteuerverluste gering zu halten. Selbstverständlich sind
auch bipolare Lösungen
möglich.
Bei Akkuspannungen unter 12 Volt arbeitet T52 verlustleistungsintensiv.
Bei Akkuspannungen über
12 Volt wird die Spannungsquelle aus Block 300 jedoch so
angesteuert, daß nur
minimale Verluste über
T52 entstehen, d.h. also so, daß die
Spannungsdifferenz zwischen Drain und Source minimal ist.
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I4,
R41, C41, I6, T54 und R53 erzeugen (wieder aus einem pulsweitenmodulierten
Signal) den Steuerstrom für
den Stromquellentransistor T52. Die Stromregelschleife wird über den
zu ladenden Akku 450 und über R55, I6.1 geschlossen.
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Da
zur Verlustleistungsbegrenzung R9 sehr niederohmig ausgeführt ist,
wird zur Verbesserung der Regelung das im Millivoltbereich liegende
Signal über
einen Operationsverstärker
mit geringen Offsetspannungen/-Strömen verstärkt (Abgleich entfällt).
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Die
Verstärkung
von I6.2 erfolgt mit T56, R56 in zwei Stufen, um einen Ladestrombereich
erfassen zu können,
der über
der Auflösung
des im Prozessor verwendeten A/D-Wandlers liegt.
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In
der Entladeschaltung 500 (Stromsenke) wird der Laststromtransistor
T35 (wiederum aus einem pulsweitenmodulierten Signal) von I4, R45,
C45, I63, R38 (D35) gesteuert. D35 dient dem Schutz vor falsch gepolt
angeschlossenen Akkus. R35 dient zum Erfassen des Entladestroms
in der Regelschaltung mit I6.3.
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Die
gewählte
Schaltungsart der Stromsenke hat den Vorteil, daß sie beim Selbsttest des Gerätes mit
voll eingeschaltetem T52 in Reihe mit dem Referenzwiderstand der
Stromquellenschaltung (R9) kalibriert werden kann.
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Zur
genauen Erfassung der Spannungskennlinie des zu ladenden Akkus ist
die Auflösung des
im (im vorliegenden Fall vorgesehenen) Mikroprozessor vorhandenen
A/D-Wandlers zu gering. Da 12 bis 16 Bit A/D-Wandler teuer sind und keine schnellen
Wandlungen erforderlich sind, wurde im vorliegenden Fall der Umweg über einen
A/F (Analog/Frequenz)-Wandler 600 gegangen, der den Wandlerbaustein
I91 aufweist, dessen Signal der Prozessor I101 mit 16 Bit Genauigkeit
erfassen kann.
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Da
bei der Messung der Spannung sowohl die Spannungsabfälle über den
Innenwiderstand des Akkumulators als auch über R9 mitgemessen werden,
ist eine reproduzierbare Konstanthaltung des Ladestroms bei den
zeitlich verschiedenen Messungen unumgänglich, was jedoch kein Problem
darstellt.
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Der
im Mikroprozessor 700 verwendete Mikrokontroller 101,
der in der bevorzugten Ausführungsform
verwendet wird, hat die Bezeichnung SAB 80535. Andere Typen sind
selbstverständlich
ebenfalls geeignet, unter Umständen
mit geänderter
peripherer Beschaltung.
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In
der Minimalausführung
des Ladegerätes sind
die folgenden vier Blöcke
erforderlich:
710: Latch und Eprom (Programmspeicher), falls kein
maskenprogrammierter Typ zum Einsatz kommt,
750: A/D Eingangsbeschaltung,
760:
Spannungs- und Stromsteuerausgänge 740: Bedienelemente,
davon mindestens S4 (S = Schalter) zum Aufrufen des Kalibrierungsmodus.
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Block 720 ist
ein 2 × 20-stelliges
Display und läßt in Verbindung
mit den verbleibenden Bedientasten (S1 bis S3) eine Bedienerführung zur
Gerätebedienung
zu, um Parameter manuell verändern
zu können.
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Block 770 beinhaltet
ein EEPROM, in welches unter anderem
- a) Kalibrierungsdaten
des Gerätes
geschrieben werden, wobei dann z.B. die Trimmpotentiometer R11 und
R55 entfallen können
und
- b) benutzerspezifische Parameter, die beim Aufruf der verschiedenen
Lade- und Entladeprogramme die vom Benutzer zuletzt benutzten Geräteeinstellungen
beinhalten sowie
- c) eine Checksumme über
den EEPROM-Inhalt. Außerdem
zeigt Block 770 einen seriellen Kommunikationsanschluß, über den
während
des Ladebetriebes Statusinformationen über den Akku und das Gerät zu einem
Personalcomputer (PC) übertragen
werden können.
Auch die "Fernbedienung" des Gerätes ist
so möglich.
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Fällt Block 720 nebst
S1 bis S3 weg so arbeitet das Gerät ausschließlich automatisch in der nachstehend
beschriebenen Arbeitsweise.
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Dabei
wird nach verschiedenen Initialisierungsschritten, in welchen
- a) abgefragt wird, ob die Betriebsspannung
des Gerätes
in dem zulässigen
Betriebsspannungsfenster liegt und
- b) die verschiedenen (Hardware-)Baugruppen auf Funktionsfähigkeit
und Einhaltung der Toleranzen durchgetestet werden,
- c) auf den Anschluß des
NC-Sinterzellen-Akkus an die dafür
vorgesehenen Klemmen gewartet.
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Sobald
dieser Anschluß erfolgt
ist, wird
- d) auf polrichtigen Anschluß des Akkus
geprüft, und
der Bediener wird gegebenenfalls – bei Falschpolung – auf die
Fehlbedienung hingewiesen. Ebenso wird
- e) der Bediener darauf hingewiesen, wenn die Akkuspannung über dem
für die
Hardware zulässigen
Bereich liegt. In diesem Fall erfolgt kein Ladevorgang. Falls
- f) die Akkuspannung unter dem für die Hardware zulässigen Bereich
der Entladeschaltung liegt, ist entweder der Akku leer oder es sind
zu wenig Zellen angeschlossen. In diesem Fall wird mit geringem
Strom geladen und die zeitliche Tendenz der Zellenspannung beobachtet.
Ergibt sich kein wesentlicher Spannungsanstieg, ist die Zelle nicht tief
entladen und es wird versucht,
- g) den Innenwiderstand der Zelle durch kurze Ladezyklen mit
unterschiedlichen Stromstärken
und entsprechenden Spannungsmessungen herauszufinden. Im Regelfall
geschieht dies – wegen
der besseren Genauigkeit des Verfahrens
- h) zusätzlich
wechselweise mit Entladevorgängen.
Dann wird
- i) über
eine durch Ladeversuche an bekannten Akkutypen mit unterschiedlichen
Ladezuständen ermittelte
Tabelle, die Teil des Programmes für I101 ist, ein zu dem Innenwiderstand
der Zellen und ihrem spezifischen Verhalten aus den zuvor getätigten Messungen
gehöriger
Ladestrom eingestellt und geladen. In einem weiteren Schritt
- j) wird durch Testmessungen während der Ladung der gefundene
Stromwert laufend überprüft und gegebenenfalls
angepaßt
Zeigt dann
- k) der Ladespannungsverlauf nach einer kurzzeiti gen Zunahme
des Spannungsanstieges (erhöhtes
du/dt) eine Stagnation bzw. eine rückläufige Tendenz, so ist der Zeitpunkt
für die
Abschaltung der Schnelladung gekommen. Wahlweise kann in einem alternativen
Schritt
- l) als Abschaltkriterium eine maximale, im Parametersatz festgelegte
Ladezeit sein. Durch weitere Parameter des gespeicherten Parametersatzes
kann darüberhinaus
angegeben werden, ob
- m) der Akku mit einem Pufferladestrom versorgt werden soll oder
ob der Ladestrom ganz abgeschaltet werden soll, und ob
- n) der Benutzer auf die Abschaltung bzw. die Pufferladung des
Ladegerätes
hingewiesen wird, z.B. durch einen Summton, Blinklicht, Leuchtdiode oder
dergleichen. Schließlich
wird
- o) nach dem Abklemmen der Akkus der Ladestrom in jedem Fall
ganz abgeschaltet.
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Die 4A bis D zeigen noch verschiedene Ausführungen
eines Falschpolungsschutzes zu einer Autobatterie hin. In der einfachsten
Form besteht dieser Schutz gemäß 4A aus einer Leistungsdiode, die allerdings
relativ groß sein
muß, da
Ströme
von 10 bis 20 Ampere durch diese Diode hindurchfließen, die
sich dabei auch erheblich erwärmt,
da der Spannungsabfall über
die Diode relativ groß ist.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform,
die in 4B dargestellt ist, ist ein
Relais vorgesehen, welches allerdings ebenfalls relativ großen Platzbedarf
hat und als mechanisches Bauelement nicht unbedingt bevorzugt wird.
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In 4C ist für die Schutzschaltung ein N-Kanal-Leistungsfet vorgesehen.
Eine solche Schaltung kann analog auch mit einem P-Kanal-Leistungsfet
verwirklicht werden, die jedoch zur Zeit für diesen Anwendungsfall nicht
niederohmig genug erscheinen.
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Auch
die 4D stellt eine Falschpolungsschutzschaltung
mit einem N-Kanal-Leistungsfet dar, wobei allerdings in vorteilhafter
Weise in der hier dargestell ten Schaltung das Gate gegen zu hohe
positive und negative Spannungen geschützt ist. Die maximal erlaubte
Gate-Spannung und damit die Zenerdioden-Spannung ergibt sich aus
dem Datenblatt des jeweiligen FET.
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Die
letztgenannte Schutzschaltung arbeitet folgendermaßen. Die
dem Mosfet innewohnende Drain/Source-Diode dient wie im Zusammenhang
mit 4A beschrieben, als Falschpolungsschutz,
d. h., wenn das Ladegerät
polrichtig angeschlossen wird, leitet die Drain/Source-Diode.
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Da
das Gate G des Mosfets über
den Widerstand R1 an der positiven Betriebsspannung liegt und das
Drain-Potential
gegenüber
dem Gate-Potential negativ ist, wird der FET eingeschaltet, d.h.
er wird niederohmig. Die bei großen Strömen nachteilige, da Verlustleistung
erzeugende und damit den Wirkungsgrad mindernde Restspannung über der
Diode D wird minimiert und ist nur noch von dem "ON"-Widerstand des
Mosfets abhängig.
Bei Falschpolung sperrt die Drain/Source-Diode und auch der Mosfet
sperrt, da die Drain/Gate-Spannung nach wie vor wegen der angeschlossenen
Last 0 Volt beträgt.
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Mit
dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie sie in den Ansprüchen
fest gelegt und anhand des vorstehenden Ausführungsbeispieles näher erläutert sind,
ist die Möglichkeit
des vollautomatischen Ladens von Akkus geschaffen worden, wobei
der Benutzer außer dem
Anschluß der
Akkus an die dafür
vorgesehene Anschlüsse
des Ladegerätes
keinerlei Einstellarbeiten vornehmen muß und wobei außerdem auch
eine Falschpolung der Akkus weder für das Ladegerät noch für die Akkus
nachteilige Folgen hat. Lediglich zur weiteren Erhöhung des
Komforts und um auch Sonderwünschen
der Benutzer entgegenzukommen ist zusätzlich vorgesehen, daß innerhalb
bestimmter Toleranzbereiche der Benutzer Ladeströme, -spannungen und -zeiten über eine
Eingabetastatur frei wählen
kann, wobei sich jedoch das Gerät
auch selbsttätig
vor etwaigen Fehleinstellungen schützt.
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In
vorteilhafter Weise werden dabei die Eigenschaf ten eines Mikroprozessors
bzw. eines Mikrokontrollers ausgenutzt, in welchem in Form von Tabellen
und/oder Berechnungsvorschriften Betriebsdaten und Parameter verschiedener
Akkutypen und -größen gespeichert
sein können,
so daß dann anhand
der Tabellen ein optimaler (d.h. im allgemeinen ein maximal zulässiger)
Ladestrom vorgesehen werden kann.