DE4300097A1

DE4300097A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufladen einer Batterieeinheit

Info

Publication number: DE4300097A1
Application number: DE4300097A
Authority: DE
Inventors: Renate Boecker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-05
Filing date: 1993-01-05
Publication date: 1994-07-07
Also published as: EP0609564A3; EP0609564A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Aufladen einer Batterieeinheit, bei der die aus einzelnen, fest miteinander verbundenen Zellen bestehen de Batterieeinheit, die von einem Gehäuse umgeben ist, aufgeladen wird.

Bekannte Batterieeinheiten, insbesondere aus Nickel-Cad mium-Zellen, werden zum Betreiben von Filmkameras be nutzt. Eine Anzeige gibt Aufschluß über den Ladezustand der Batterieeinheit.

Aus Sicherheitsgründen lädt der Benutzer die Batterie einheit viel zu früh auf. Durch dieses ständige Nach laden entsteht ein sogenannter "Memory"-Effekt. Das Nachladen ab einer bestimmten noch vorhandenen Restkapa zität führt zu chemischen Veränderungen in den einzelnen Zellen. Diese Veränderungen bewirken, daß die Zellen nicht mehr in der Lage sind, Strom abzugeben. Die Folge ist, daß die gesamte Batterieeinheit nur noch mit einer Kapazität von 30-50% der ursprünglichen betreibbar ist. Nachteilig wirkt sich darüber hinaus noch aus, daß für die Anzeige Werte über die gesamten zusammengeschal teten Zellen abgegriffen werden. Bei dieser Art des Mes sens bestimmt aber die schwächste Zelle innerhalb des Zellenverbandes die Endwerte. Allein schon durch ferti gungstechnische Toleranzen kann eine der Zellen über niedrigere Spannungs- bzw. Kapazitätswerte verfügen. Die einzelne Zelle kann darüber hinaus bereits nach kürze ster Zeit defekt sein. So werden die übrigen intakten Zellen entweder nicht voll, was den "Memory"-Effekt noch verstärkt, oder gar nicht ausgelastet. In beiden Fällen wird die gesamte Batterieeinheit wesentlich zu früh einer Entsorgung zugeführt, da sie den Einsatzanforderun gen nicht mehr entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile bei einem Verfahren und einer Vor richtung zum Aufladen einer Batterieeinheit der eingangs genannten Art zu beseitigen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufladen einer Batterieeinheit anzuge ben, die ein definiertes Laden und ein vollständiges Ausnutzen der Batterieeinheit ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Aufladen einer Batterieeinheit, bei dem die aus einzelnen Zellen bestehende Batterieeinheit auf geladen wird, dadurch möglich, daß mit einer Rechnerein heit

a) die Zellen einzeln herausgeschaltet,
b) jede der Zellen einzeln, gruppenweise und/oder im Gesamtverband geprüft werden und
c) jede der Zellen einzeln aufgeladen oder
d) jede der Zellen einzeln entladen und aufgeladen wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe sondere darin, daß der aus einer gruppenweisen Zusammen schaltung von Einzelzellen bestehende Zellenverband elek trisch in einzelne Zellen getrennt wird. Die einzelnen Zellen können dabei zur Erreichung einer geforderten Batteriespannung in Reihe geschaltet bzw. zur Erlangung einer geforderten Batteriekapazität auch parallel ge schaltet sein. Durch die elektrische Vereinzelung der Zellen ist es möglich, den Ladezustand jeder Zelle kor rekt zu überprüfen. In Abhängigkeit von dieser Überprü fung wird entschieden, ob die einzelne Zelle sofort auf geladen oder definiert entladen und danach vollständig aufgeladen wird. Durch diese Form des Ladens der ein zelnen Zellen wird gesichert, daß jede Zelle vollständig aufgeladen wird. Durch das definierte Entladen ab einer bestimmten Grenze wird darüber hinaus eine chemische Ver änderung innerhalb der Batterie vermieden. Dadurch bleibt der sogenannten "Memory"-Effekt aus. Die Batte rieeinheit ist aufgrund dessen in der Lage, ihre gesamte Kapazität an den jeweiligen Verbraucher voll abzugeben. Das führt insbesondere zu dem Vorteil, daß die gesamte Batterieeinheit ihre Lebensdauer fast verdoppeln kann bzw. die Hälfte der Nickel-Cadmium-Batterieeinheiten nicht mehr der Entsorgung zugeführt werden. Das führt nicht nur zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit von Filmkameras, sondern darüber hinaus zu dem viel bedeuten deren Effekt der Entlastung der Umwelt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Zel len sofort einzeln aufgeladen, wenn bei der Prüfung fest gestellt wurde, daß eine bestimmte Mindestanzahl der Zel len über einer festgelegten Zellenspannung liegen. Damit wird gesichert, daß es zu einem schnellen Aufladezustand der gesamten Batterieeinheit kommt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können aber auch die Zellen einzeln entladen werden, wenn bei der Prüfung festgestellt wurde, daß wenigstens eine der Zellen einen festgelegten Minimalwert der Zellenspannung unterschrei tet. Durch diese Art der Messung wird das schwächste Glied innerhalb der Batterieeinheit festgestellt. Durch das vollständige Entladen auch der anderen Zellen wird bei diesen das Entstehen eines "Memory"-Effektes vermie den, die durch diese besagte einzelne Zelle hervorgeru fen werden kann.

Vorteilhaft ist es, wenn die Meßwerte jeder Zelle ge speichert und während des Ladevorganges die Differenz spannung und die Kapazität einzeln hochgezählt werden. Mit dem Einsatz des Rechners ist es möglich, die Zu standswerte jeder einzelnen Zelle zu speichern. Anhand dieses gespeicherten Zustandes wird jede Zelle entspre chend ihrem Entladezustand ganz gezielt bis zu ihren Endwerten aufgeladen. Hierdurch ist gewährleistet, daß auch jede einzelne Zelle ihre maximalen Werte erreichen kann.

Vorteilhaft ist es, wenn bei Unterschreitung der festge legten Minimalspannung in einer der Zellen jede Zelle einzeln mit einem Entladestrom entladen und danach mit einem Ladestrom einzeln voll geladen wird. Diese Methode sichert, daß vor dem Laden jede Zelle gründlich entladen und danach entsprechend ihrer Beschaffenheit individuell bis zu den Grenzwerten aufgeladen werden kann. Diese Form des Ladevorgangs innerhalb der Batterieeinheit be wirkt, daß diese ihre Lebensdauer wesentlich verlängert und damit nur noch die Hälfte der Batterieeinheiten einer speziellen Entsorgung zugeführt werden müssen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zellen nach dem vollstän digen Aufladen in wenigstens einem Zeitintervall ge prüft, die gemessenen Werte eingespeichert und jede Zel le durch eine Erhaltungsladung auf einen festgelegten Wert gehalten wird. Diese Pufferung jeder einzelnen Zelle bewirkt, daß auch nach einem längeren Zeitinter vall, in der die Batterieeinheit im Ladezustand gelassen wird, für eine maximale Aufladung gesorgt ist. Das ermöglicht gleichzeitig eine Aussage über die Selbstentladung der einzelnen Zellen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist - parallel zu den Zellen

- Widerstände zu einem Mehrfach-Umschalter geführt sind und
- Schalteinrichtungen angeordnet sind und
- der Mehrfach-Umschalter und die Schalteinrichtungen von einer Rechnereinheit angesteuert sind, auf.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die die Schalteinrichtun gen gruppenweise über Ein-/Ausgabebausteine ansteuerbar sind. Hierdurch ist eine besondere und gezielte Erfas sung einzelner belasteter Zellen feststellbar.

Vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem ersten Ein-/Aus gabebaustein und wenigstens den ersten vier Schaltein richtungen jeweils wenigstens vier weitere Schalteinrich tungen angeordnet sind. Die Anzahl der zusätzlichen Schalteinrichtungen bestimmt sich dabei durch die Ge samtanzahl der einzelnen Zellen. Ist ihre Anzahl sehr hoch, ist es möglich, daß weitere zusätzliche Schaltein richtungen angeordnet werden. Durch diese zusätzlichen Schalteinrichtungen ist es möglich, die Steuerung der Zellenspannungen der Zellen elektronisch beherrschen zu können.

Vorteilhaft ist es, wenn über eine einzelne Schaltein richtung die Zellen der gesamten Batterieeinheit an steuerbar sind und ihr Zustand über die Ein-/Ausgabebau steine durch Anzeigeeinrichtungen anzeigbar ist. Mit dieser einzelnen Schalteinrichtung wird gezielt der Prüfungs- und Anzeigevorgang eingeleitet und durchge führt. Hierdurch ist es möglich, den Zustand der ge samten Batterieeinheit nach außen hin anzuzeigen.

Vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtung als ein mit einem Kollektorwiderstand beschalteter Transistor ist, dessen Basis an einem Widerstand anliegt, wobei der Kollektorwiderstand zugleich ein Lastwiderstand zum Entladen der Zelle und ein Nebenwiderstand zur Aufnahme des Ladestroms bei voll geladener Zelle ist.

Vorteilhaft ist es, daß die weitere Schalteinrichtung aus einem Transistor besteht, dessen Emitter-Widerstand zugleich der Basiswiderstand des ersten Transistors ist und dessen Basis an einem weiteren Widerstand anliegt.

Vorteilhaft ist es, daß die einzelne Schalteinrichtung ein Transistor ist,

- dessen Basis an einer Verbindung einer Reihenschaltung eines Widerstandes, der mit einem Ausgang der zweiten Ein-/Ausgabeeinheit verbunden ist, mit einer Zener- Diode, die zum Mehrfach-Umschalter führt, liegt,
- dessen Emitter über einen Widerstand gleichfalls zum Mehrfach-Umschalter führt und
- dessen Kollektor an einer von der Recheneinheit beauf schlagten Steuerleitung (Akku), die mit der letzten Zelle verbunden ist, liegt, wodurch ein definierter Aufladestrom anlegbar ist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Rechnereinheit ein herkömm licher Mikrorechner ist, die wenigstens

- eine zentrale Verarbeitungseinheit,
- einen Speicher,
- einen Lese-Schreib-Speicher,
- wenigstens eine Ein-/Ausgabeeinheit,
- einen Analog-Digital-Wandler,
- eine Adressen-Einheit und
- eine Daten-Einheit umfaßt, die in bekannter Art und Weise zusammengeschaltet sind.

Selbstverständlich ist es auch möglich, eine anders kon zipierte Rechnereinheit einzusetzen. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß auf herkömmliche Bausteine zurück gegriffen werden kann, die über einzelne Platinen zu sammengefaßt werden können. Durch den Einsatz einer der artigen Rechnereinheit als zentrale Steuereinheit ist gewährleistet, daß die gesamte Vorrichtung transportier bar ist. Hiermit wird gewährleistet, daß auch diese be schriebene Art und Weise des Ladens der Batterieeinhei ten an Ort und Stelle durchgeführt werden kann. Selbst verständlich ist es auch möglich, ein Laden der Batte rien in der beschriebenen Art und Weise zentral durch zuführen.

Vorteilhaft ist es, wenn die einzelnen Zellen mit Kon taktschleifen verbunden sind, die durch zusätzliche Anschlußausnehmungen hindurchragen, die in den Deckel des Gehäuses eingebracht sind. Mit diesen zusätzlichen Kontaktschleifen ist es möglich, die Batterieeinheit mit der Ladeeinheit zu koppeln. Sind die einzelnen Kontakt schleifen und die zusätzlichen Anschlußausnehmungen noch nicht angebracht, lassen sie sich einfach und sicher nachrüsten. Vorteilhaft ist es natürlich, wenn dieses bereits bei der Herstellung der Batterieeinheit ge schieht. Hierdurch werden die notwendigerweise anfallen den Mehraufwendungen für die Nachrüstung vermieden.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei spiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ladeeinheit mit mehreren aufzuladenenden Batterieeinheiten in einer schematisch darge stellten Draufsicht,

Fig. 2a ein Gehäuse einer Batterieeinheit gemäß Fig. 1 in einer schematisch dargestellten Draufsicht,

Fig. 2b auf die Zellen einer Batterieeinheit aufgreifen de Kontaktschleifen in einer schematischen Sei tenansicht,

Fig. 2c eine zum Aufladen vorbereitete einzelne Batte rieeinheit gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilschaltung einer Batterieladeschaltung in einer schematischen Darstellung und

Fig. 4 eine mit einer Teilschaltung gemäß Fig. 3 zu sammenarbeitende Rechnereinheit einer Batterie ladeschaltung in einer schematischen Darstel lung.

Eine Batterieeinheit 50 besteht aus einem äußeren Gehäu se 40, an dem Anschlußausnehmungen 41 und 42, wie insbe sondere aus den Fig. 2a bis 2c hervorgeht, angebracht sind. Über die Anschlußausnehmungen 41 und 42 ist so die Batterieeinheit in herkömmlicher Art und Weise auflad bar. In das Gehäuse 40 werden nun zusätzlich Anschluß ausnehmungen 43.1, . . . 43.n eingebracht. Die einzelnen Zellen 1.1, . . . 1.n werden mit Kontaktschleifen 41.1, . . . 45.n bestückt. Diese Kontaktschleifen sind doppelt ausgeführt, damit der Entladestrom eine Messung nicht beeinflußt. Die Kontaktschleifen 45.1, . . . 45.n ragen durch die Anschlußausnehmungen 43.1, . . . 43.n hindurch, so daß es möglich ist, eine in den Fig. 3 und 4 als Schaltung dargestellte Batterieladeeinrichtung zum Ein griff zu bringen.

In Fig. 3 sind die einzelnen Zellen 1.1, . . . 1.n als längliche Kästchen dargestellt. Zwischen den einzelnen Zellen sind die Kontaktschleifen 45.1, . . . 45.n als je weilige Kreuzungspunkte angedeutet. Beim Einschieben der Batterieeinheit 50 greifen so die Kontaktschleifen zwi schen die Verbindungen der einzelnen Zellen 1.1, . . . 1.n. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Kontakt nahme in einer anderen bliebigen Form vorzunehmen. Die Anzahl der einzelnen Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n wird durch die Batteriespannung bzw. durch die geforderte Kapazität der Batterieeinheit 50 bestimmt.

Erfindungswesentlich ist, daß jede der Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n ein Transistor 2.1, 2.2, . . . 2.n mit einem zugehörigen Basiswiderstand 3.1, 3.2, 3.3, . . . 3.n zuge ordnet ist. Jeder der Transistoren 2.1, 2.2, . . . 2.n ist als bipolarer NPN-Transistor ausgebildet. Selbstverständ lich ist es auch möglich, einen PNP-Transistor oder ein beliebiges anderes Bauelement einzusetzen, das eine Quasi-Schaltungsfunktion ausübt. Jeder der Transistoren 2.1, . . . 2.n greift über seinen Kollektor auf die Kon taktschleifen 45.1 . . . . 45.n. Auf der gegenüberliegenden Seite sind Widerstände 15.1, 15.2, . . . 15.n bis zur letzten Zelle 1.n angelegt. Diese Widerstände sind mit Widerständen 16.1, 16.2, 16.3 verbunden, die an einen Mehrfachumschalter 13 geführt sind. Der Widerstand 14 wird auf einen mehrpoligen Stecker 12 geführt. In analoger Art und Weise sind die weiteren, nicht dargestellten Widerstände bis zum Widerstand 15.n mit dem Mehrfachumschalter 13 verbunden, so daß eine Messung von der letzten bis zur ersten Zelle 1.n, 1.1 in Richtung oder gegen die Richtung des stark ausgezogenen Pfeiles möglich ist. Zusätzlich sind im Mehrfachum schalter 13 Kontakte vorgesehen, die am Emitter der Transistoren 2.1, 2.2, 2.3, . . . und den Kollektorwider ständen 17.1, 17.2, . . . angeschlossen sind. Hierdurch ist feststellbar, ob das gesamte Gerät, d. h., die Transistoren 2.1, 2.2, 2.3 . . . als Schalter ihre Funktion ausüben.

Die Widerstände 3.1, 3.2., 3.3 der ersten vier Transisto ren 2.1, 2.2, 2.3, . . . 4 sind mit weiteren Transistoren verbunden. Dabei liegen die Widerstände 3.2, 3.3, . . . am Emitter der jeweiligen Transistoren 4.1, . . . 4.4. An der Basis sind Widerstände 5.1, . . . 5.4 angeschaltet, deren Ausgänge zu einem Ein-/Ausgabebaustein 10.1 geführt sind. Der 5. und 6. Ausgang sind direkt mit den Tran sistoren der ersten Transistorengruppe (. . ., 2.n) verbun den. Die danach geschalteten Transitoren 2.n sind über ihre Widerstände 3.n an einem Ein-/Ausgabebaustein 10.2 angeschlossen. Der Abschluß der letzten Zelle 1.n ist an eine Steuerleitung Akku zum mehrpoligen Stecker 12 ge führt. Ein Transitor 6 mit einem dazugehörigen Wider stand liegt zwischen dieser Verbindung und an der Direkt verbindung, die vom Widerstand 14 zum Pluspol des mehr poligen Steckers 11 führt. Von dieser letztgenannten Ver bindung führt eine Zusammenschaltung einer Zener-Diode mit einem Widerstand zu einem der Anschlüsse des Ein-/ Ausgabebausteins 10.2. Zwischen dem Widerstand 9 und der Zener-Diode 8 ist die Basis des Transitors 6 angeschlos sen. Die Eingänge der Ein-/Ausgabebausteine 10.1 und 10.2 führen zu einem weiteren Ein-/Ausgabebaustein 11.4, der ebenfalls am mehrpoligen Stecker 12 angeschlossen ist. Eine der Verbindungen des Ein-/Ausgabebausteins 10.2 liegt an einem Ein-/Ausgabebaustein 10.3, der zu einer Anzeigeeinrichtung 51.1 führt. Der darüberliegende Ein-/Ausgabebaustein 11.2 führt zu einer weiteren Anzei geeinrichtung 52.1, mit der auch ein Ein-/Ausgabebau stein 11.1 verbunden ist. Die Ein-/Ausgabebausteine 11.1, 11.2, 11.3 und 11.4 sind untereinander verbundene wobei der Ein-/Ausgabebaustein 11.1 mit einem Baustein 19 in Verbindung steht. Der Baustein 19 ist über eine zweipolig angedeutete Leitung mit der Ziffer 2 direkt mit der Anzeigeeinrichtung 52.1 verbunden.

Eine Kupplung 12′ zum Stecker 12 schafft eine Verbindung zu einer Rechnereinheit 20. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß zwischen dem Stecker 12 und der Kupp lung 12′ weitere Steckeinrichtungen vorhanden sind, zwi schen denen eine oder mehrere Verbindungsleitungen ange ordnet werden können. Die Art und Weise der Verbindungen kann beliebig ausgeführt werden und wird insbesondere bestimmt durch den konkreten Realisierungsfall.

Die Rechnereinheit 20 besteht aus einer zentralen Ver arbeitungseinheit 21, an der ein Taktgenerator 22 mit einer Baueinheit 32 anliegt. Desweiteren verfügt die Rechnereinheit über eine Stromversorgung 26, die sich aus einem Transitor 35 mit einem Widerstand 33 und wei teren einzelnen, nicht näher bezeichneten Baueinheiten zusammensetzt. Der Widerstand 33 wird auf einen weiteren Transitor 36 mit einem dazugehörigen Widerstand 34 ge führt, der an einer Ein-/Ausgabeeinrichtung 28 angeord net ist, mit dem die einzelnen Datenausgänge verbunden sind. Der Transitor 36 mit dem dazugehörigen Widerstand 34 bilden eine Stromausfallreserve 27. Die Daten werden zur zentralen Verarbeitungseinheit 21 geführt und vor dort über einen Speicher 23, einen Lese-Schreib-Speicher und eine weitere Ein-/Ausgabe abgegeben. Möglich ist es, diesen Datenausgang zu einem Personal-Computer PC zu füh ren, in dem entweder die Daten entsprechend aufbereitet oder vorbereitet werden können. Mit den Daten D0-7 werden Daten-Einheiten 31.1 und 31.2 angeschlossen. Die Daten-Einheit 31.2 ist über Ansteuereinrichtungen in Form von Schaltern 37.1 und 37.2 betätigbar. Beide Da ten-Einheiten 31.1 und 31.2 sind mit einem Analog-Digi tal-Wandler 29 verbunden, der mit weiteren Eingängen E verknüpft ist. Der Analog-Digital-Wandler 29 und die Daten-Einheiten 31.1 und 31.2 arbeiten auf eine Adres seneinheit 30, die ihre Adressen in den entsprechenden Adressenbus eingibt und direkt mit dem Speicher 23, dem Lese-Schreibspeicher 24 und der Ein-/Ausgabe 25 verbun den ist. Ein weiterer Anschluß zum PC besteht direkt zur Daten-Einheit 31.2. Diese hier grob skizzierten Bauele mente bilden eine spezielle Rechnerplatine. Diese Pla tine ist in bekannter Art und Weise herstellbar. Selbst verständlich ist es auch möglich, einen anderen Einpla tinen-Rechner oder einen Mikrorechner als eine Rechner einheit 20 einzusetzen.

Einzelne so beschriebene Batterieeinheiten 50.1, . . . 50.n werden in eine Ladeeinheit 100 eingebracht. Jeder Batte rieeinheit 50.1, . . . 50.n sind die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ladevorrichtung zugeordnet. Selbstver ständlich ist es auch möglich, eine zentrale Ladevor richtung vorzusehen. Auf der oberen Seite der äußeren Platte der Ladeeinheit 100 sind die Anzeigeeinrichtungen 51.1, . . . 5.1n eingebracht. Diese Anzeigen 51.1, . . . 51.n geben folgende Batteriezustände wieder:

V
Voll
L	Laden
E	Entladen
Z	Zelle defekt
Kap < 70%	Kapazität der Batterieeinheit ist kleiner als 70%.

Darunter liegen die Anzeigeeinrichtung 52.1, . . . 52.n, die sowohl die Amperestunden als auch die prozentuale Angabe der vorhandenen Ladekapazität digital anzeigen Der eigentliche Steuerungsablauf insbesondere unter Hin weis auf Fig. 3 wird wie folgt vorgenommen:

I. Eigentest der Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n mit Angabe der jeweiligen Software-Standardnummer.
II. Alle Ausgänge der Transitoren 2.1, . . . 2.n werden zurückgesetzt.
III. Über den Mehrfachschalter 13 wird eine Spannungs prüfung, beginnend von der Zelle 1.1 über die Zelle 1.2 zur Zelle 1.3 bis zur Zelle 1.n hin vorgenommen. Ist die Zellenspannung größer 0,3 V, springt der Steuerungsablauf zum Programmpunkt VII.
IV. Die Ladespannung wird für 2 s eingeschaltet, danach wird unter Programmpunkt III verfahren.
V. Die Ladespannung wird eingeschaltet. Die Messung erfolgt wie unter Programmpunkt III. Ist jedoch die Spannung größer 0,8 V, springt der Steuerungs ablauf nach Programmpunkt II.
VI. Die Ladespannung wird ausgeschaltet und der Steue rungsablauf verharrt in diesem Programmpunkt.
VII. Nachdem die Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n einge steckt worden ist, werden alle Lastwiderstände der Transitoren 2.1, 2.2, 2.3, . . . 2.n über den Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n für zwei Minuten eingeschal tet.
VIII. Die Zelle 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n wird über den Mehrfachumschalter 13 geprüft. Verfügen mehr als 50% der Zeilen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n über 1,23 V (was der Nennspannung einer Nickel-Cadmium-Zelle entspricht), dann wird ohne ein Kapazitätstest nach dem Programmpunkt XI geladen.
IX. Jede Zelle 1.1, 1,2, 1.3, . . . 1.n wird unter Last überprüft. Beträgt die Spannung je Zelle kleiner 1,00 V, wird diese Zelle nicht mehr entladen.
X. Geprüft wird die Spannung der Zellen 1.1, . . . 1.n. Ist die Spannung einer einzelnen Zelle größer als 1,0 V, wird entsprechend dem Programmpunkt IX ver fahren.
XI. Die daran anschließende Ladezeit wird auf maximal zwei Stunden begrenzt. Dabei wird jede der Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n einzeln aufgeladen.
XII. Danach werden die Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n geprüft und die gemessenen Maximalwerte für eine Delta-U-Kurve gespeichert.
XIII. Danach wird je Zelle 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n die Kapazität entsprechend bis zum maximalen Wert hoch gezählt.
XIV. Sinkt die Spannung einer der Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n 10 mV unter den letzten Maximalwert ab, ist das Abschaltkriterium für die Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n erreicht und es wird auf Entladen ge schaltet. Während der maximale Ladestrom 1,35 A beträgt, ist als Entladestrom für jede Zelle zur Erhaltungsladung 50 mA festgelegt.
Wird für alle Zellen nicht auf Entladen entschie den, springt der Steuerungsablauf auf Programm punkt XII.
XVI. Nachdem die Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n aufge laden ist, werden alle Transitoren 2.1, 2.2, 2.3, . . . 2.n ausgeschaltet. Danach folgt über 30 Minu ten eine Impulsladung von 1/20 des Stroms über 1 s, dem sich eine Auszeit von 16 s anschließt.
XVII. Nach 30 Minuten werden die Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n einzeln gemessen und die gemessenen Werte gespeichert.
XVIII. Durch eine Erhaltungsladung werden alle Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n auf den gespeicherten Wer ten gehalten. Zellen mit einer geringeren Selbst entladung werden durch Entladen auf den Maximal wert gehalten.

Nach diesem Steuerungsablauf wird die Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n herausgezogen und die Werte 5 Minuten gespeichert. Danach wird die Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n wieder eingesteckt und geprüft, ob alle Zellen 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n um bis zu 30 mV gefallen sind. Ist das der Fall, wird unter dem Programmpunkt XVIII fortgefah ren.

Wird einer der Schalter 37.1 bzw. 37.2 auf Regenerieren gedrückt, wird der Steuerungsablauf bis zum Programm punkt XV abgearbeitet. Danach werden alle Zellen 1.1, 1.2, 1.37 . . . 1.n entladen und die Kapazitätsmessung eingeleitet und ein Sprung auf den Programmpunkt IX vor genommen.

Wird einer der Schalter 37.1, 37,2 auf Schnelleinsatz gedrückt, wird nach Erreichen des Programmpunktes III nicht in dem Programmpunkt VII, sondern sofort in den Programmpunkt XI gesprungen.

Wird im Programmpunkt XV festgestellt, daß die schlech teste Zelle 1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n < 70% von der besten ist, dann wird die Anzeige Zelle definiert Z, d. h. Zellenfehler, ausgegeben. In diesem Fall ist zu ent scheiden, ob diese einzelne Zelle aus dem Zellenverband herausgenommen wird und durch eine neue ersetzt wird oder ob die gesamte Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n aus gesondert wird.

Durch die besondere Art und Weise des Ladens der Batte rieeinheit 50.1, . . . 50.n ist es möglich, alle Zellen einzeln auf das gleiche Niveau zu bringen. Aus dieser Position kann nun entweder geladen oder entladen werden. Sollte eine Zelle etwas früher "voll" sein, so wird diese auf Erhaltungsladung geschaltet und die anderen werden weitergeladen, bis jede einzelne die sogenannte Delta-O-Kurve abgearbeitet haben. Damit ist gesichert, daß alle Zellen den gleichen Ladezustand aufweisen und somit eine optimale Betriebszeit bieten. Da diese Form der Behandlung der Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n die vorgesehene Lebensdauer (ca. 1500 Lade-Entlade-Zyklen) voll ausschöpft, kann davon ausgegangen werden, daß die Batterieeinheit 50.1, . . . 50.n mindestens die doppelte Lebensdauer erreichen als bisher. Daraus folgend ver mindert sich die Umweltbelastung dieser nur sehr schwer zu entsorgenden Nickel-Cadmium-Zellen auf wenigstens die Hälfte.

Bezugszeichenliste

1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n Zelle
2.1, 2.2, 2.3, . . . 2.n Transitoreinheit
3.1, 3.2, 3.3, . . . 3.n Transitor
4.1, . . . 4.4 Transitor
5.1, . . . 5.4 Transitorwiderstand
6 Transitor
7 Transitorwiderstand
8 Zener-Diode
9 Widerstand
10.1, 10.2 Ein-/Ausgabebaustein
11.1, 11.2, 11.3, 11.4 Ein-/Ausgabebaustein
12 Stecker
12′ Kupplung
13 Mehrfach-Umschalter
14 Widerstand
15.1, 15.2 Widerstand
16.1, 16.2, 16.3 . . . Widerstand
17.1, 17.2, . . . Kollektorwiderstand
19 Baustein
20 Rechnereinheit
21 zentrale Verarbeitungseinheit
22 Taktgenerator
23 Speicher
24 Lese-Schreib-Speicher
25 Ein-/Ausgabe
26 Stromversorgung
27 Stromausfallreserve
28 Ein-Ausgabe-Einheit
29 Analog-Digital-Wandler
30 Adressen-Einheit
31.1, 31.2 Daten-Einheit
32 Baueinheit
33 Widerstand
34 Widerstand
35 Transitor
36 Transitor
37.1, 37.2 Schalter
40 Gehäuse
41 Anschlußausnehmung
42 Anschlußausnehmung
43.1, . . . 43.n Anschlußausnehmung
45.1, . . . 45.n Kontaktschleife
50, 50.1, . . . 50.n Batterieeinheit
51.1, . . . 51.n Anzeigeeinrichtung
52.1, . . . 52.n Anzeigeeinrichtung
100 Ladeeinheit
Akku Akkumulator
A Adressen
D Daten
E Eingang
PC Personal-Computer
V Voll
L Laden
E Entladen
Z Zelle defekt
Kap. < 70% Kapazität kleiner 70%

Claims

1. Verfahren zum Laden einer Batterieeinheit, bei dem die aus einzelnen Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) bestehende Batterieeinheit (50.1, . . . 50.n) aufge laden wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Rechnereinheit (20)

a) die Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) einzeln her ausgeschaltet.
b) jede der Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) einzeln, gruppenweise und/oder im Gesamtverband geprüft werden und
c) jede der Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) einzeln aufgeladen oder
d) jede der Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) einzeln entladen und aufgeladen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) sofort ein zeln aufgeladen werden, wenn bei der Prüfung fest gestellt wurde, daß eine bestimmte Mindestanzahl der Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) über einer festge legten Zellenspannung liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) einzeln entladen werden, wenn bei der Prüfung festgestellt wurde, daß wenigstens eine der Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) einen festgelegten Minimalwert der Zellenspannung unterschreitet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß die Meßwerte jeder Zelle (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) gespeichert und während des Ladevorganges die Differenzspannung und die Kapazität einzeln hoch gezählt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeich net, daß bei Unterschreitung der festgelegten Mini malspannung in einer der Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) jede Zelle (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) einzeln mit einem Entladestrom entladen und danach mit einem La destrom einzeln voll geladen wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) nach dem vollständigen Aufladen in we nigstens einem Zeitintervall geprüft, die gemessenen Werte eingespeichert und jede Zelle (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) durch eine Erhaltungsladung auf einen fest gelegten Wert gehalten wird.

7. Vorrichtung zum Aufladen einer Batterieeinheit, bestehend aus

- einzelnen, fest miteinander verbundenen Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) und
- einem Gehäuse (40) mit wenigstens einer Anschluß ausnehmung (41, 42), die zum Aufladen der Batterie einheit (50.1 . . . . 50.n) benutzt werden kann, dadurch gekennzeichnet,
- daß parallel zu den Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n)
- Widerstände (15.1. 15.2, . . . 15.n; 16.1, 16.2, 16.3, . . .) zu einem Mehrfach-Umschalter (13) geführt sind und Schalteinrichtungen (2.1, 2.2, 2.3, . . . 2.n; 3.1, 3.2, 3.3 . . . 3.n) angeordnet sind und
- daß der Mehrfach-Umschalter (13) und die Schalt einrichtungen (2.1, 2.2, 2.3, . . . 2.n; 3.1, 3.2, 3.3, . . . 3.n) von einer Rechnereinheit (20) ange steuert sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (2.1, 2.2, 2.3, . . . 2.n; 3.1, 3.2, 3.3, . . . 3.n) gruppenweise über Ein-/Aus gabebausteine (10.1, 10.2) ansteuerbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem ersten Ein-/Ausgabebaust ein (10.1) und wenigstens den ersten vier Schaltein richtungen (2.1, 2.2, 2.3, . . .; 3.1, 3.2, 3.3) je weils wenigstens vier weitere Schalteinrichtungen (4.1, . . . 4.4; 5.1 . . . 5.4) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über eine einzel ne Schalteinrichtung (6, 7) die Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) der gesamten Batterieeinheit (50.1, . . . 50.n) ansteuerbar sind und ihr Zustand (V, L, E, Z, Kap < 70%) über die Ein-/Ausgabebausteine (10.1, 10.2) durch Anzeigeeinrichtungen (51.1, . . . 51.n, 52.1, . . . 52.n) anzeigbar ist.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltein richtung als ein mit einem Kollektorwiderstand be schalteter Transistor (1.1, 1.2, 1.3) ist, dessen Basis an einem Widerstand (3.1, 3.2, 3.3, . . . 3.n) anliegt, wobei der Kollektorwiderstand (17.1, 17.2, . . .) zugleich ein Lastwiderstand zum Entladen der Zelle (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) und ein Nebenwiderstand zur Aufnahme des Ladestroms bei voll geladener Zelle (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) ist.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schalteinrichtung aus einem weiteren Transistor (4.1, . . . 4.4) besteht, dessen Emitterwiderstand zugleich der Basiswiderstand (3.1, 3.2, 3.3, . . .) des ersten Transistors (1.1, 1.2, 1.3, . . .) ist und dessen Basis an einem weiteren Widerstand (4.1, . . . 4.4) anliegt.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Schalteinrichtung ein Transistor (6) ist,

- dessen Basis an einer Verbindung einer Reihen schaltung eines Widerstandes (7), der mit einem Ausgang der zweiten Ein-/Ausgabeeinheit (10.2) verbunden ist, mit einer Zener-Diode (8), die zum Mehrfach-Umschalter (13) führt, liegt,
- dessen Emitter über einen Widerstand (7) gleich falls zum Mehrfach-Umschalter (13) führt und
- dessen Kollektor an einer von der Recheneinheit (50) beaufschlagten Steuerleitung (Akku), die mit der letzten Zelle (1.n) verbunden ist, liegt, wodurch ein definierter Ladestrom anlegbar ist.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnerein heit (20) eine herkömmliche Mikrorechnereinheit ist, die wenigstens

- eine zentrale Verarbeitungseinheit (21),
- einen Speicher (23),
- einen Lese-Schreib-Speicher (24),
- wenigstens eine Ein-/Ausgabeeinheit (25, 28),
- einen Analog-Digital-Wandler (29),
- eine Adressen-Einheit (30) und
- eine Daten-Einheit (31.1, 31.2) umfaßt, die in bekannter Art und Weise zusammengeschaltet sind.

15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zellen (1.1, 1.2, 1.3, . . . 1.n) mit Kontaktschleifen (45.1, . . . 45.n) verbunden sind, die durch zusätz liche Anschlußausnehmungen (43.1, . . . 43.n) hin durchragen, die in den Deckel des Gehäuses (40) eingebracht sind.