DE4230205A1 - Batterieentladungs-steuerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batterieentladungs-Steuerschaltung und insbesondere auf eine Batterieentla­ dungs-Steuerschaltung, die in einen Batterieentladungsgerät oder in einen mit einem Batterieladegerät kombinierten Batterieentladungsgerät einbezogen ist, um den Ladungszu­ stand einer Batterie zu ermitteln und die Batterie zu ent­ laden, wenn diese nicht entladen ist.

Die zwangsweise Entladung einer Batterie mittels eines Batterieentladungsgerät zur Aufhebung des Memory-Effektes der Batterie erfordert Vorsicht gegenüber einer Überent­ ladung. Das Batterieentladungsgerät ermittelt die Klemmen­ spannung Vb der Batterie, entlädt die Batterie entsprechend dem Entladungszustand und entscheidet, ob die Batterie ent­ laden ist. Wie in Fig. 5 veranschaulicht, wird dann, wenn eine nichtentladene Batterie, beispielsweise eine NiCd- Batterie (Nickel-Cadmium-Batterie) mit einer Nennspannung von 6 V und einer Klemmenspannung von 5 V oder darüber in ein Batterieentladungsgerät eingeführt wird, die Ent­ ladung der Batterie automatisch in einem Entladungsbetrieb mit konstantem Strom oder mit konstantem Widerstand begonnen, und die Batterieentladung wird auf die Herabsetzung der Klemmenspannung Vb unter etwa 5 V beendet, und der Entladestrom I_D wird auf Null vermindert. Das Batterie­ entladungsgerät kann mit einem Entladungs-Startknopf ver­ sehen sein, und der Batterieentladungsvorgang kann auf Betätigen des betreffenden Entladungs-Startknopfes begonnen werden.

Das Batterieentladungsgerät, welches den Entladungszustand der Batterie einfach aus der Klemmenspannung Vb der Batterie bestimmt, ist in gewissen Fällen nicht imstande, den Entla­ dungszustand der betreffenden Batterie korrekt zu beurtei­ len, da die Klemmenspannung Vb der Batterie abhängig ist von der Selbstheilungscharakteristik und der Temperaturcha­ rakteristik der Batterie. Falls das Batterieentladungsgerät nicht imstande ist, korrekt zwischen dem Entladungszustand und dem Nichtentladungszustand zu unterscheiden, steigt die Klemmenspannung Vb einer in das Batterieentladungsge­ rät eingeführten Batterie im Nichtentladungszustand weiter an, und der Batteriezustand wird zum Entladungszustand oder er wird zum Entladungszustand, nachdem die Batterie vollständig entladen worden ist, so daß die Entladungs-Startzeit und die Entladungsfrequenz unbestimmt sind.

Darüber hinaus kommt es häufig vor, daß das Batterieentla­ dungsgerät nicht imstande ist, die Klemmenspannung Vb der Batterie korrekt zu ermitteln, wenn diese in ein Batterie­ entladungsgerät eingeführt bzw. geladen ist, welches mit der Batterieentladung automatisch auf die Aufnahme der betreffenden Batterie hin beginnt, und zwar aufgrund einer Störung, die durch Kontaktprellwirkung zwischen der Batterie und dem Batterieentladungsgerät beim Einführen der Batterie in das Betreffende Gerät hervorgerufen wird.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Batterieentladungs-Steuerschaltung bereitzustellen, die mit einem Zeitsteuergerät zur zeitlichen Steuerung der Entscheidung über den Zustand einer in das Batterieent­ ladungsgerät eingeführten Batterie zwischen einem Entla­ dungszustand und einem Nichtentladungszustand ausgestattet ist, so daß der Batteriezustand eine bestimmte Zeitspanne nach Einführen der Batterie in das Batterieentladungsgerät bestimmt bzw. entschieden wird, um das Batterientladungs­ gerät an einer Entladung einer unentladenen Batterie auf­ grund einer Störung zu hindern, die durch einen prellenden Kontakt zwischen der Batterie und dem Batterieentladungs­ gerät beim Einführen der Batterie in das betreffende Gerät oder aufgrund der Änderung des ermittelten Wertes der Klemmenspannung der Batterie infolge des Einflusses der Selbstheilungscharakteristik und der Temperaturcharak­ teristik der Batterie hervorgerufen wird, und um das Batterieentladungsgerät daran zu hindern, eine entladene Batterie erneut zu entladen.

Die Batterieentladungs-Steuerschaltung vermeidet somit die Schwankung des ermittelten Wertes der Klemmenspannung Vb der Batterie aufgrund einer Störung, die durch den prellen­ den Kontakt zwischen der Batterie und dem Batterieentla­ dungsgerät sowie durch die Selbstheilungscharakteristik und die Temperaturcharakteristik der Batterie hervorgerufen wird.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung mit den ihr anhaftenden Merkmalen und Vorteilen nachstehend beispiels­ weise näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer Batterieentladungs-Steuerschaltung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer in der Batterieent­ ladungs-Steuerschaltung gemäß Fig. 1 enthaltenen integrierten Schaltung,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Unterstützung der Erläuterung der Arbeitsweise der Batterieentladungs-Steuerschal­ tung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Unterstützung der Erläuterung der Arbeitsweise der Batterieentladungs-Steuerschal­ tung gemäß Fig. 1 und

Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Veränderung der Klemmenspannung einer Batterie und des Entla­ dungsstroms in Abhängigkeit von der Entladungszeit.

Nunmehr werden die bevorzugten Ausführungsformen detailliert beschrieben.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Batterieentladungs-Steuerschaltung eine integrierte Schaltung (IC) 12, eine Entladungs-Über­ wachungslampe 13, wie eine Leuchtdiode, die während der Entladung eingeschaltet ist, einen Transistor Q1, Wider­ stände R1, R2, R3 und R4, einen Kondensator C1 und einen die Entladung unwirksam machenden Schalter SW1. Mit 11 ist eine zu entladende Batterie bezeichnet. Der Transistor Q1 und der Widerstand R1 stellen die Belastung für die Batte­ rie 11 dar. Durch den Kondensator C1 wird eine Zeitspanne festgelegt. Die Entladung der Batterie 11 wird in einem Steuerbetrieb mit konstantem Strom gesteuert. Die Entladung kann durch Öffnen des Schalters SW1 unwirksam gemacht bzw. aufgehoben werden. Eine Entladungs-Startspannung sowie eine Entladungs-Annulierungsspannung sind durch die Wider­ stände R2 bzw. Rs festgelegt.

Die integrierte Schaltung 12 weist die folgenden acht An­ schlüsse auf: Ein Ausgangsanschluß 1, der mit der Basis des Transistors Q1 verbunden ist; ein Rückkopplungsanschluß 2, dem die Spannung am Verbindungspunkt des Widerstands R1 und des Transistors Q1 zugeführt wird, wobei die Spannung am Ausgangsanschluß 1 auf der Grundlage der dem Rückkopp­ lungsanschluß 2 zugeführten Spannung derart geregelt wird, daß der Entladungsstrom konstant ist; ferner ist ein Kon­ densator-Anschluß 3 vorgesehen, an dem der Kondensator C1 angeschlossen ist, durch den eine Zeitkonstante festgelegt wird. Dies bedeutet, daß sich bei dem betreffenden Anschluß um einen Anschluß handelt, mit dem der Kondensator C1 ver­ bunden ist, welcher die Zeitspanne festlegt, während der ein monostabiles Kippglied 21 im Setzzustand ist. Außerdem sind ein Erd- bzw. Masseanschluß 4 und ein Pilot- bzw. Überwachungsanschluß 5 vorgesehen, über den ein Aus­ gangssignal zur Ansteuerung der Kontrollampe 13 in Syn­ chronismus mit dem Auftreten eines Ausgangssignals am Ausgangsanschluß 1 abgegeben wird. Ferner sind ein Rück­ setz-Anschluß 6, dem ein Signal zur zwangsweisen Still­ setzung der Abgabe eines Ausgangssignals am Ausgangsan­ schluß 1 zugeführt wird, ein Erfassungs- bzw. Detektor-Anschluß 7, dem die Klemmenspannung Vb der Batterie 11 zugeführt wird, und ein Speisespannungsanschluß 8 vorge­ sehen, dem die Klemmenspannung Vb, das heißt eine Speise­ spannung V_CC zugeführt wird. Die Klemmenspannung Vb wird mit einer Schwellwertspannung von beispielsweise 5 V verglichen, indem die entsprechenden Spannungen in einem Komparator verglichen werden.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die integrierte Schaltung 12 als Haupt­ komponenten ein monostabiles Kippglied 21, ein D-Flipflop (22), einen Spannungsregler 23 zur Festlegung bzw. Einstel­ lung von Referenzspannungen für die integrierte Schaltung 12 und eine Unterspannungs-Sperrschaltung 24.

Das monostabile Kippglied 21 erzeugt ein Impulssignal mit einer Zeitkonstanten, die durch die Kapazität des an dem Kondensator-Anschluß 3 angeschlossenen Kondensators C1 bestimmt ist. Das Impulssignal wird als Taktsignal dem Anschluß CK des D-Flipflops zugeführt. Das betreffende Impulssignal besteht aus einer Reihe von rechteckförmigen Impulsen zur Einstellung einer festen Zeit. Das Ausgangs-Impulssignal des monostabilen Kippgliedes 21 ist mit M.M. (O) bezeichnet; dieses Signal des monostabilen Kippgliedes 21 bestimmt die feste Zeit zwischen dem Start der integrierten Schaltung 12 und der Ermittlung der Klemmenspannung Vb der Batterie 11. Das D-Flipflop 22 liefert ein für einen Entladungszustand oder einen Nichtentladungszustand kenn­ zeichnendes Ausgangssignal am Ausgang Q auf die Beendigung der Zeitspanne hin. Wenn ein Ausgangssignal des Komparators eingestellt ist, nimmt der Pegel am Ausgangsanschluß Q einen hohen Wert mit der Rückflanke eines Impulses an, um an den Ausgangsanschluß 1 eine festliegende Spannung abzu­ geben. Der Spannungsregler 23 legt eine Schwellwertspannung V_TH für die integrierte Schaltung 12 fest. Die Unter­ spannungs-Sperrschaltung 24 setzt sämtliche Verknüpfungsele­ mente einschließlich der Zeitsteuereinrichtung zurück, die Eingangsspannung V_CC, die so niedrig ist wie der Wert der Referenzspannung V_REF, nicht normal ist, um eine Fehl­ funktion zu vermeiden, wenn die Eingangsspannung V_CC über­ mäßig niedrig ist.

Es sei angenommen, daß die Eingangsspannung V_CC sich in Abhängigkeit von der Zeit so ändert, wie dies Fig. 3 veran­ schaulicht. Die viermalige Ändererung der Eingangsspannung V_CC in der Anfangsstufe geht zurück auf ein Prellen oder dergleichen. Wenn die Eingangsspannung V_CC die Schwellwert-Spannung V_TH übersteigt, nimmt die Spannung am Anschluß 3 zu, und dann liefert das monostabile Kippglied 21 ein Impulssignal M.M. (O) mit einer Zeitkonstanten, die durch die Kapazität des Kondensators C1 bestimmt ist, für den Taktanschluß CK des D-Flipflops 22. Da die Eingangsspannung V_CC die Schwellwertspannung V_TH Bei der zweiten Schwankung nicht übersteigt, wird das Impulssignal M.M. (O) nicht er­ zeugt. Da die Eingangsspannung V_CC die Schwellwertspannung V_TH bei der ersten, dritten und vierten Schwankung der Eingangsspannung V_CC übersteigt, wird demgemäß das Impuls­ signal M.M. (O) erzeugt. Es sei angenommen, daß die Rück­ flanken der Impulse des Impulssignals mit CK1, CK2 und CK3 gegeben seien. Sodann nimmt das Ausgangssignal des Kompara­ tors als Daten-Signal des D-Flipflops 22 einen hohen Pegel an, wenn die Eingangsspannung V_CC eine eingestellte Entla­ dungsspannung von beispielsweise 5 V übersteigt. Demgegen­ über führt das Ausgangssignal der Unterspannungs-Sperrschal­ tung 24 einen niedrigen Pegel, wenn die Eingangsspannung V_CC unterhalb der Schwellwertspannung V_TH liegt. Bei den Rück­ flanken CK1 und CK2 nimmt das Datensignal D-Flipflops 22 einen hohen Pegel an, um Rücksetzsignale zu liefern; der Pegel am Ausgangsanschluß Q kehrt zu niedrigem Wert zurück. Bei Auftreten der Rückflanke CK3 führt das Datensignal des D-Flipflops 22 einen hohen Pegel, und die Unterspannungs-Sperrschaltung 24 gibt keinerlei Rücksetzsignal an den Rücksetzanschluß des monostabilen Kippgliedes 21 ab. Das Ausgangssignal am Anschluß 1 des D-Flipflops geht zu hohem Pegel über, womit die Batterieentladung begonnen wird. In Fig. 4 ist eine Steuerungsprozedur veranschaulicht, die durch die Batterieentladungs-Steuerschaltung auszuführen ist. Beim Schritt S1 wird eine Eingangsspannung V_CC der integrierten Schaltung 12 zugeführt, wenn die Batterie 11 in das Batterieentladegerät geladen ist. Beim Schritt 52 wird die Einstellzeit zwischen dem Starten der integrierten Schaltung 12 und der Ermittlung der Klemmenspannung Vb der Batterie 11 gezählt. Beim Schritt S3 wird eine Abfrage dahingehend vorgenommen festzustellen, ob die Klemmen­ spannung Vb der Batterie 11 höher ist als die festgelegte bzw. eingestellte Entladungsspannung von beispielsweise 5 V. Die Klemmenspannung Vb einer NiCd-Batterie, die eine Nenn-Spannung von 6 V aufweist, beträgt etwa 5 V. Die Entladung wird beim Schritt S6 gestoppt, falls die Antwort beim Schritt S3 negativ ausfällt, das heißt dann, wenn die Klemmenspannung Vb der Batterie 11 bei etwa 5 V oder da­ runter liegt, oder sie wird entsprechend dem Schritt S4 ausgeführt, falls die Antwort beim Schritt S3 bejahend ist. Beim Schritt S4 wird die Batterie 11 entladen. Beim Schritt S5 erfolgt eine Abfrage, um festzustellen, ob die Klemmenspannung Vb höher als beispielsweise 5 V ist. Die Entladung wird beim Schritt S6 in dem Fall gestopt, daß die Antwort gemäß dem Schritt S5 negativ ausfällt, das heißt dann, wenn die Klemmenspannung Vb bei etwa 5 V oder darunter liegt, oder die Routine kehrt zum Schritt S4 zur Entladung zurück, falls die Antwort beim Schritt S5 bejahend ausfällt.

Da die Batterieentladungs-Steuerschaltung eine integrierte Schaltung ist und da die zu entladende Batterie als Strom-Versorgung für die integrierte Schaltung verwendet werden kann, benötigt die Batterie-Steuerschaltung eine relativ geringe Anzahl von Einzelteilen, womit die betreffende Batterie-Steuerschaltung billig ist. Ein Batterieentla­ dungsgerät, in welches die Batterieentladungs-Steuerschal­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung einbezogen ist, kann mit einer relativ geringen Größe gebildet werden, und die Batterieentladungs-Steuerschaltung verbraucht relativ wenig Leistung.

Durch die vorliegende Erfindung ist also eine Batterie-Entladungssteuerschaltung mit einer Zeitsteuereinrichtung geschaffen zur zeitlichen Festlegung der Entscheidung über den Zustand einer in ein Batterieentladungsgerät einge­ führten Batterie zwischen einem Entladungszustand und einem Nichtentladungszustand, so daß der Batteriezustand zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Einführen der Batterie in das betreffende Batterieentladungsgerät bestimmt werden kann. Dadurch kann verhindert werden, daß das Batterieentladungs­ gerät eine unentladene Batterie aufgrund einer Störung entlädt, die durch einen prellenden Kontakt zwischen Batterie und dem Batterieentladungsgerät beim Einführen der Batterie in das betreffende Gerät hervorgerufen wird, oder aufgrund der Änderung des ermittelten Wertes der Klemmenspannung der Batterie infolge des Einflusses der Selbstheilungscharakteristik und der Temperaturcharak­ teristik der Batterie. Dadurch ist eine erneute Entladung einer entladenen Batterie durch das Batterieentladungsgerät verhindert.

Claims (10)

1. Batterieentladungs-Steuerschaltung zur Steuerung der Entladung einer Sekundärbatterie, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitsteuereinrichtung (21, C1) vorgesehen ist für die zeit­ liche Festlegung der Entscheidung über den Zustand der Batterie (11) zwischen einem entladenen Zustand und einem nicht entladenen Zustand, derart, daß die betreffende Entscheidung zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Einführen der Batterie (11) in ein Batterieentladungsgerät erfolgt.

2. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinrichtung ein monostabiles Kippglied (21) ist.

3. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem monostabilen Kippglied (21) ein Kondensator (C1) ver­ bunden ist, der die genannte bestimmte Zeitspanne festlegt, während der die Zeitsteuereinrichtung im Einstellzustand ist.

4. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Klemmenspannung der Sekundärbatterie (11) ermittelnde Erfassungseinrichtung vorgesehen ist.

5. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuersignal-Erzeugungsschaltung (22) vorgesehen ist, die das Ausgangssignal der genannten Erfassungseinrichtung und das Ausgangssignal der Zeitsteuereinrichtung (21) auf­ nimmt und die ein Entladungs-Steuersignal abgibt.

6. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignal-Erzeugungsschaltung ein Flipflop (22) umfaßt, welches das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung und das Ausgangssignal der Zeitsteuereinrichtung aufnimmt.

7. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (SW1) für die Rücksetzung des Ausgangssignals der Steuersignal-Erzeugungsschaltung vorgesehen ist.

8. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung (13) vorgesehen ist, die eine Anzeige dafür liefert, daß ein Steuersignal von der Steuersignal-Erzeugungseinrichtung abgegeben worden ist.

9. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterspannungs-Sperrschaltung vorgesehen ist, die das mono­ stabile Kippglied (21) und das genannte Flipflop (22) in dem Fall zurücksetzt, daß die Klemmenspannung in der Sekun­ därbatterie (11) nicht höher ist als eine Referenzspannung.

10. Batterieentladungs-Steuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine stabilisierte Spannungsversorgungseinrichtung (23) für die Festlegung der Referenzspannung vorgesehen ist.