DE4326960C2 - Batterieladeeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine für ladbare Batterien, wie z. B. NiCd-Batterien, geeignete Ladeeinrichtung.

Im allgemeinen wird sich, wenn eine wiederaufladbare Batterie geladen wird, deren Spannung, wie durch die Linie A in Fig. 1(A) dargestellt, mit der Zeit ändern. Zu Beginn des Ladevorgangs steigt die Batteriespannung relativ schnell an (s. Linienteil A1). Die Batteriespannung steigt danach sanft mit der Zeit an (s. Linienteil A2), und die Geschwin­ digkeit des Anstiegs wird wiederum zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der vollständigen Ladung der Batterie (s. Teil A3 der Linie) wieder ansteigen. Falls der Ladevorgang, nachdem die Batterie vollständig geladen wurde, weiter fortgesetzt wird, wird die Batterie­ spannung mit der Zeit wieder abnehmen. Somit hat die Batteriespannung einen Spitzenwert zu dem Zeitpunkt, an dem die Batterie vollständig geladen ist. Verschiedene Techniken wurden vorgeschlagen, um diese Erscheinung mittels der Erfassung des zeitlichen Verhal­ tens, d. h. des Zeitpunkts des Übergangs der Batteriespannung von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz zur Zeit der vollständigen Ladung der Batterie auszunut­ zen, um den Ladevorgang zu beenden.

Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 63-234844 beschreibt eine Technik zum Erfassen der Batteriespannung in Intervallen einer vorbestimmten Dauer und zum Beenden des Ladevorgangs, wenn die Batteriespannung um eine größere Anzahl als eine vorbe­ stimmte Anzahl von Malen abnimmt, so daß der Ladevorgang unmittelbar nach der vollständigen Ladung der Batterie beendet werden kann.

Mit dieser Technik kann jedoch der Ladevorgang der Batterie nicht erfolgreich durch­ geführt werden, wenn die Batterie tiefentladen wurde. Wenn die tiefentladene Batterie geladen wird, steigt die Batteriespannung zunächst abrupt an, wie durch den Linienteil A5 in Fig. 1(A) dargestellt, und fällt nachfolgend mit der Zeit ab (s. den Linienteil A6). Die Batteriespannung steigt danach mit derselben Kurve, wie die einer normalen Batterie, an. Mit der Technik des Erfassens lediglich des Zeitpunkts des Übergangs der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz wird auch der Zeitpunkt des Übergangs von dem Linienteil A5 zum Linienteil A6 erfaßt. Deshalb wird dann der Ladevorgang beendet, wenn die Batterie noch nicht vollständig geladen ist.

Es wurden ebenfalls verschiedene Techniken vorgeschlagen, um eine derartige Fehlfunk­ tion auszuschließen. Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 4-58471 beschreibt eine Technik, gemäß welcher die Festlegung, ob die Batteriespannung den Spitzenwert erreicht hat, so lange nicht durchgeführt wird, wie die Batteriespannung geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung 61-288740 beschreibt eine Technik, gemäß welcher die Festlegung, ob die Batteriespannung den Spitzenwert erreicht hat, nicht durchgeführt wird, bis die Batteriespannung beginnt, stetig abzunehmen. Die vorstehend erwähnte japanische offengelegte Patentveröffentlichung 63- 234844 beschreibt eine Technik, gemäß der die Festlegung, ob die Batteriespannung von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz übergegangen ist, nicht durchgeführt wird, bis eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Beginn des Ladevorgangs verstrichen ist.

Mit der Technik der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung 4-58471 oder der Technik, gemäß welcher die Festlegung, ob die Batteriespannung den Spitzenwert erreicht hat, so lange verzögert wird, bis die Batteriespannung geringer als der vorbestimmte Wert ist, ist es schwierig, Batterien unter Verwendung einer gemeinsamen Batterieladeeinrich­ tung zu laden. Um beispielsweise die Batterieladeeinrichtung sowohl für das Laden von Batterien mit Nennspannung von 12,0 V als auch 7,2 V verwendbar zu machen, muß der vorbestimmte Wert höher als die Spitzenspannung (V7 in Fig. 1(A)) festgelegt werden, welches zu Beginn des Ladevorgangs der tiefentladenen 12,0 V-Batterie durchgeführt werden kann. Falls jedoch der vorbestimmte Wert auf einen derartigen höheren Wert festgelegt wurde, wird es unmöglich festzustellen, ob die Spannung der 7,2 V-Batterie einen Spitzen- oder Peak-Wert erreicht hat, der in korrekter Weise einer Spitzenspannung (V8 in Fig. 1(A)) entspricht, die im vollständig geladenen Zustand auftreten kann. Folglich können mit dem Verfahren, bei welchem unter Bezugnahme auf den vorbestimmten Wert die Feststellung getroffen wird, ob die Batteriespannung den Spitzenwert erreicht hat, Batterien mit verschiedenen Nennspannungen nicht unter Verwendung einer gemeinsamen Batterieladeeinrichtung geladen werden.

Mit der Technik der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung 61-288740 oder der Technik, gemäß der die Feststellung, ob die Batteriespannung den Spitzenwert erreicht hat, nicht getroffen wird, bevor die Batteriespannung stetig anzusteigen beginnt und mit der Technik der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung 63-234844, gemäß der die Feststellung, ob die Batteriespannung den Spitzenwert erreicht hat, nicht getroffen wird, bevor die vorbestimmte Zeitdauer nach Beginn des Ladevorgangs verstrichen ist, kann diese Feststellung ab dem Beginn des Zustands, der dem Linienteil A2 in Fig. 1(A) entspricht, zu treffen begonnen werden. Hier steigt die Batteriespannung während der Dauer des Linienteils A2, obwohl sanft, so doch stetig an, und deshalb wird erwartet, daß die Feststellung des Spitzenwertes exakt getroffen wird. Bei einem praktischen Ladevor­ gang am Arbeitsplatz kann jedoch z. B. ein Motor hoher Ausgangsleistung bei seinem Betrieb in manchen Fällen so gestartet und angehalten werden, daß sich die Versorgungs­ spannung durch einen derartigen Betrieb des Motors ändert. Deshalb kann während der Zeitdauer des Linienteils A2 die Batteriespannung zeitweilig unter dem Einfluß der Änderung der Versorgungsspannung absinken. Ein derartiges zeitweiliges Absinken der Spannung kann ebenfalls verursacht werden, falls sich die Kontaktbedingungen zwischen der Batterie und der Batterieladeeinrichtung ändern. Falls dies auftritt, wird der Ladevor­ gang beendet, bevor die Batterie vollständig geladen ist, so daß sich trotz Anwendung vorstehend erwähnter Techniken das Problem einer nicht vollständig geladenen Batterie ergibt. Insbesondere im Falle der Anwendung der Techniken der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung 63-234844 ist es notwendig, das Überladen der Batterie zu verhin­ dern, falls die Batterie bereits wieder aufgeladen wurde, und daher darf die vorbestimmte Zeitdauer nicht sehr lange sein. Somit wird die durch den Linienteil A2 dargestellte Zeitdauer zum Gegenstand der Feststellung bei dieser Technik.

In der DE 39 010 961 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden einer Batterie beschrieben, womit eine Batterie auf einen vorgegebenen Pegel, der der Spannung der Batterie entspricht, rasch ladbar ist. Um dies zu erreichen, wird ein Mikrocomputer verwendet, der in Wirkungsverbindung mit einer Schaltvorrichtung der Spannungserfassungsvorrichtung angeschlossen ist und der ein Triggersignal erzeugt, wobei die Schaltvorrichtung abhängig von diesem Triggersignal eingeschaltet wird, und der Mikrocomputer die Batteriespannung von der Spannungserfassungsvorrichtung erhält, und die Erzeugung des Triggersignals beendet, wenn die Batteriespannung von einem Scheitelwert um einen vorbestimmten Wert abfällt, und die Spannungserfassungsvorrichtung eine Anzahl Widerstände umfaßt, wobei die Batteriespannung an jedem der Widerstände entsprechend einem gegebenen Spannungsteileverhältnis derselben entwickelt wird und der Mikrocomputer mindestens einen der Widerstände im Einklang mit der von der Spannungserfassungsvorrichtung ermittelten Batteriespannung ausfällt. Der hierbei eingesetzte vorbestimmte Wert des Abfalls vom Scheitelwert der Batteriespannung bei vollem Ladezustand hat jedoch die vorstehend im Hinblick auf die japanische Patentveröffentlichung 63-234844 beschriebenen Nachteile zur Folge. Hierbei kann das Laden einer tiefentladenen Batterie und der dabei erzeugte Abfall der Ladespannung nach einem ersten Maximalwert das Beenden des Ladevorgangs bewirken.

In der DE 33 08 515 A1 wird eine Vorrichtung zum Laden von Akkumulatoren beschrieben, mit welcher das Laden im richtigen Zeitpunkt, nämlich wenn der Akkumulator vollständig geladen ist, abgebrochen werden soll. Hierzu ist im wesentlichen vorgesehen, daß der Maximalwert der Größe der Änderung der Ladespannung festgestellt wird, erfaßt wird, zu welchem Zeitpunkt die Größe der Änderung der Ladespannung unter einen vorbestimmten Prozentsatz des genannten Maximalwertes fällt und das Laden von diesem Zeitpunkt an fortgesetzt wird, bis der Akkumulator mit einer Anzahl von Amperestunden weitergeladen worden ist, die einen vorbestimmten Prozentsatz der Gesamtzahl der Amperestunden beträgt, die dem Akkumulator vor diesem Zeitpunkt zugeführt worden sind, wobei zu diesem Zeitpunkt dann das Laden des Akkumulators unterbrochen wird. Einen Hinweis, den Ladevorgang ohne die aufwendige Erfassung der integrierten Anzahl von Amperestunden zu beenden, läßt sich dieser Veröffentlichung nicht entnehmen.

Die DE 30 40 852 A1 beschreibt eine Ladeschaltung für Batterien, insbesondere NiCd- Batterien, welche einen digitalen Speicher, digitale Mittel zum Annähern eines in einem Speicher gespeicherten Wertes an die jeweilige Ladespannung der Batterie umfaßt, sowie eine Vergleichsanordnung zum Vergleichen der aktuellen Ladespannung mit dem zuletzt im Speicher gespeicherten Wert enthält. Da bei dieser Ladeschaltung im wesentlichen das Beenden des Ladevorgangs durch den Abfall der Batteriespannung von einem Maximalwert bewirkt wird, treten hierbei die im Hinblick auf die japanische Patentveröffentlichung 63-234844 beschriebenen Nachteile auf.

Demzufolge besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Batterieladeein­ richtung zu schaffen, die so betrieben werden kann, daß gemeinsam der jeweilige Zeit­ punkt der vollständigen Ladung von Batterien mit verschiedenen Nennspannungen erfaßbar ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Batterieladeeinrich­ tung zu schaffen, die so betrieben werden kann, daß der Zeitpunkt der vollständigen Ladung einer Batterie, selbst wenn sich die Versorgungsspannung zeitlich ändert, korrekt feststellbar ist.

Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, ist eine erfindungsgemäße Batterieladeeinrich­ tung so ausgebildet, daß die besagte Feststellung während der Zeitdauer, in der sich die Batteriespannung sanft verändert und in der die Batteriespannung gegenüber einem Einfluß durch Störungen anfällig ist, nicht getroffen wird, während die besagte Feststellung während der Zeitdauer getroffen wird, in der die Änderung der Batteriespannung relativ groß ist und in der der Einfluß der Störungen relativ gering ist.

Die Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist durch eine Blockdarstellung in Fig. 1(B) allgemein gezeigt. Die in Fig. 1(B) dargestellte Batterieladeeinrichtung kann eine Vielzahl von Batterien mit verschiedenen Nennspannungen laden. Zur Vereinfachung der Beschrei­ bung wird jedoch die Ausbildung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Batteriela­ deeinrichtung beschrieben, die für das Laden zweier Batterietypen verwendbar ist, welche verschiedene Nennspannungen und sich wie in Fig. 1(A) dargestellt zeitlich ändernde Batteriespannungen haben.

Die Batterieladeeinrichtung umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung die nachfolgenden Schaltungen A bis D:

Schaltung A:

Die Schaltung A erfaßt und speichert die Batteriespannung (V1) nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer T1 nach dem Beginn des Ladevorgangs. Im speziellen werden die Batteriespannungen V1(A ) und V1(B) erfaßt und für Batterien A bzw. B gespeichert.

Schaltung B:

Die Schaltung B vergleicht die Batteriespannung V1(A) oder V1(B) mit einem vorbestimm­ ten Wert, um die Nennspannung der zu ladenden Batterie zu unterscheiden. Somit ist die Unterscheidung zwischen der Batterie A und B durch Vergleich der Spannung V1(A) oder V1(B) mit dem vorbestimmten Wert durchführbar.

Schaltung C:

Die Schaltung C erfaßt den Zeitpunkt einer jeden Batterie, zu dem die Batteriespannung von einer ansteigenden Tendenz zu einer abfallenden Tendenz übergeht. Im Falle der Fig. 1(A) werden die Zeitpunkte T2(A) und T2(B) für die Batterien A bzw. B erfaßt. Diese Schaltung C beginnt jedoch die Erfassung erst, nachdem die Batteriespannung im Falle der Batterie A einen der Summe der Batteriespannung V1(A) und einer vorbestimmten Potenti­ aldifferenz dVS(A) entsprechenden Wert erreicht hat, und im Falle der Batterie B, nach­ dem die Batteriespannung einen der Summe der Batteriespannung und einer vorbestimmten Potentialdifferenz dVS(B) entsprechenden Wert erreicht hat. Die Schaltung C beginnt die Erfassung nicht, bevor die Batteriespannungen die vorstehend genannten Werte erreicht haben. Hierbei sind die Potentialdifferenzen dVS(A) und dVS(B) jeweils den Nennspan­ nungen der Batterien A und B entsprechend gewählt. Somit wird mit der Erfassung des Zeitpunkts begonnen, nachdem die Batteriespannung im Falle der Batterie A mehr als der Wert V1(A) + dVS(A) angestiegen ist, und im Falle der Batterie B, nachdem die Batterie­ spannung auf mehr als V1(B) + dVS(B) angestiegen ist.

Schaltung D:

Die Schaltung D kann so betrieben werden, daß die Ladestromzuführung beendet wird, wenn die Schaltung C den vorstehend beschriebenen Zeitpunkt bzw. dieses zeitliche Verhalten erfaßt.

Hierbei wird die vorbestimmte Zeitdauer nach Beginn des Ladevorgangs so festgelegt, daß diese im wesentlichen der Zeitdauer gleicht, in der die am Beginn des Ladevorgangs der tiefentladenen Batterie auftretende abrupte Änderung der Batteriespannung abgeklungen ist. Im speziellen umfaßt die abrupte Änderung einen im Linienteil A5 dargestellten zeitweili­ gen Anstieg und einen im Linienteil A6 dargestellten zeitweiligen Abfall.

Vorzugsweise umfaßt die Schaltung C zum Erfassen des Zeitpunkts des Übergangs der Batteriespannung von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz eine Schaltung zum Erfassen der Batteriespannung in Intervallen einer vorbestimmten Dauer, eine Schal­ tung zum Extrahieren der maximalen Spannung aus den erfaßten Batteriespannungen und zum Speichern der maximalen Spannung, und eine Schaltung zum Vergleichen der Batte­ riespannung im Zustand der Erfassung mit der maximalen Spannung, so daß der Zeitpunkt in der Weise erfaßt wird, daß ständig erfaßt wird, ob die Batteriespannung gleich oder niedriger als die maximale Spannung ist.

Hierbei wird die Anzahl der Vorgänge des kontinuierlichen Erfassens der Batteriespannung als gleich oder niedriger als die maximale Spannung vorzugsweise so gezählt, daß der Zeitpunkt der Erfassung der Batteriespannung gleich dem Maximalwert als ein Vorgang genommen wird und der Zeitpunkt des Erfassens der Batteriespannung bei einem niedrige­ ren als dem Maximalwert als n Vorgänge (n = ganze Zahl von 2 oder höher) genommen wird.

Es ist ferner vorzuziehen, den Ladevorgang zu beenden, wenn eine Änderung der Batterie­ spannung während einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer gleich dem Wert einer Sub­ traktion eines vorbestimmten Wertes von der maximalen Änderung der Batteriespannung ist, wobei die Änderung der Batteriespannung aus den während der zweiten vorbestimmten Zeitdauern erfaßten Werten ermittelt ist. Der vorbestimmte Wert ist vorzugsweise den Nennspannungen entsprechend festgelegt.

Beim Betrieb der Batterieladeeinrichtung mit den vorstehend beschriebenen Schaltungen A bis D werden die Spannungen V1(A) und V1(B) erfaßt und für die Batterien A bzw. B gespeichert. (Im Falle von Batterien C, D anderer unterschiedlicher Typen werden Span­ nungen V1(C), V1(D) erfaßt.) Die vorbestimmte Zeitdauer T1 ist im wesentlichen gleich der Zeitdauer festgelegt, in der die abrupte Änderung zu Beginn des Ladevorgangs der tiefentladenen Batterie, nachdem der Ladevorgang begonnen wurde, abgeklungen ist. Deshalb entsprechen die Spannungen V1(A), V1(B) korrekt den Nennspannungen der Batterien A bzw. B. Da die Schaltung den Vergleich aufgrund einer dieser Spannungen V1(A), V1(B) durchführt, kann die zu ladende Batterie zuverlässig in Bezug auf die Nennspannung unterschieden werden.

Nachdem die Nennspannung auf diese Weise unterschieden wurde, wird eine der vor­ bestimmten Potentialdifferenzen dVS(A), dVS(B) für die gewählte Nennspannung ausge­ wählt, und die Feststellung, ob die Batteriespannung maximal ist, wird nicht getroffen, bevor die Batteriespannung im Falle der Batterie A den Wert V1(A) + dVS(A) und bevor im Falle der Batterie B die Batteriespannung den Wert V1(B) + dVS(B) erreicht hat. Somit wird die besagte Feststellung getroffen, wenn die Batteriespannung im Falle der Batterie A den Wert V1(A) + dVS(A) erreicht und im Falle der Batterie B die Batterie­ spannung den Wert V1(B) + dVS(B) erreicht. Der Wert V1(A) + dVS(A) und der Wert V1(B) + dVS(B) sind im wesentlichen den Spannungen gleich, die zu Beginn der Zeitdau­ ern (die dem Beginn der Linienteile A3 und B3 entsprechen) auftreten, während denen jeweils die Anstiegsrate der Spannung unmittelbar vor der vollständigen Ladung der Batterie ansteigt.

Somit wird mit Bereitstellung der Schaltungen (A bis D) in Antwort auf die Nennspannung der zu ladenden Batterie der Zeitpunkt des Übergangs der Batteriespannung von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz erfaßt, nachdem sich die Anstiegsrate der Batteriespannung erhöht hat. Im Falle der Batterie A wird der Übergang von der an­ steigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz nicht während der Zeitspanne der Linienteile A1, A5 und A6 und ebenfalls nicht während der Zeitspanne des Linienteils A2 erfaßt. Diese Feststellung wird somit lediglich nach dem Erreichen der Zeitspanne des Linienteils A3 getroffen.

Die Anstiegsrate der Spannung ist nach dem Erreichen der Zeitspanne des Linienteils A3 erhöht, und der Übergang von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz wird aufgrund einer beachtlichen Spannungsänderung erfaßt. Deshalb kann der Zeitpunkt des vollständigen Ladens der Batterie unabhängig von dem Vorhandensein von Versorgungs­ spannungsänderungen korrekt erfaßt werden.

Mit anderen Worten beschrieben, wird die Erfassung des Zeitpunkts des vollständigen Ladens nur in einem Zustand vorgenommen, in welchem ein relativ geringere Genauigkeit für die Erfassung der Batteriespannung gestattet ist. Deshalb kann die Batterieladeeinrich­ tung mit relativ preisgünstigen Baugruppen aufgebaut werden.

Zusätzlich wird, wie vorstehend beschrieben, die Erfassung des Zeitpunkts des vollständi­ gen Ladens mittels eines Vergleichs der Batteriespannung mit der Maximumspannung vorgenommen, und spezieller wird der Zeitpunkt des Übergangs von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz aufgrund der Bedingung erfaßt, daß die Batteriespan­ nung in fortgesetzter Weise niedriger als die Maximumspannung ist. Im speziellen wird die Batteriespannung bei Intervallen mit einer in Fig. 2(A) dargestellten Dauer erfaßt, um die Maximumspannung zu erhalten. Der Zeitpunkt des Übergangs der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz wird unter Verwendung eines Zählers erfaßt, der einen Zählvor­ gang, wie in Fig. 2 dargestellt, durchführt, so daß der Zeitpunkt des Übergangs ohne Beeinflussung durch Versorgungsspannungsänderungen usw. erfaßt werden kann.

Der Zeitpunkt des Übergangs von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz wird zuverlässiger und schneller erfaßt, indem der Zählvorgang so durchgeführt wird, daß das Erfassen einer zur Maximumspannung gleichen Batteriespannung als ein Vorgang genom­ men wird und daß beim Erfassen einer Batteriespannung, die niedriger als der Maximal­ wert ist, n Vorgänge genommen werden (n = ganze Zahl gleich 2 oder höher), wie es in Fig. 2(C) dargestellt ist.

Um den Ladevorgang zu beenden, wird vorzugsweise die Änderung dV1, dV2 der Batte­ riespannung bei Intervallen einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer dT1, wie in Fig. 8 dargestellt, erfaßt, um so die maximale Änderung aus den erfaßten Änderungen zu erhalten. (dV4 ist die maximale Änderung im Falle der Fig. 8.). Der Ladevorgang wird zu dem Zeitpunkt beendet, zu dem erfaßt wurde, daß die Änderung gleich dem Wert der Subtraktion eines vorbestimmten Wertes von der maximalen Änderung ist. Der vorbe­ stimmte Wert wird für jede Nennspannung so festgelegt, daß der Ladevorgang zum Zeitpunkt des vollständigen Ladens bei Batterien mit beliebigen verschiedenen Nenn­ spannungen beendet werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrie­ ben.

Es zeigen:

Fig. 1(A) und 1(B) die allgemeine Ausbildung und den Betriebsablauf der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2(A) bis 2(C) die allgemeine Ausbildung und den Betriebsablauf der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Blockdarstellung, die ein Ausführungsbeispiel eines Systems einer Batte­ rieladeeinrichtung gemäß vorliegender Erfindung zeigt,

Fig. 4 ein Blockdiagramm, das ein in diesem Ausführungsbeispiel durchgeführtes Verfahren zeigt,

Fig. 5 ein Blockdiagramm, das ein weiteres in diesem Ausführungsbeispiel durch­ geführtes Verfahren zeigt,

Fig. 6 eine die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels erläuternde Darstellung,

Fig. 7 eine Blockdarstellung, die eine Abwandlung des Verfahrens des Ausführungs­ beispiels darstellt,

Fig. 8 eine die Veränderung der Batteriespannung zeigende Kurve,

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines anderen, im Ausführungsbeispiel durchgeführten Verfahrens,

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines weiteren im Ausführungsbeispiel durchgeführten Verfahrens,

Fig. 11 eine erläuternde Kurve des Ablaufs des in Fig. 10 dargestellten Verfahrens, und

Fig. 12 und 13 in vergrößertem Maßstab dargestellte Kurven, die die Änderungen der Batteriespannung um eine Spitzenspannung herum zeigen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein System einer Batterieladeeinrichtung dieses Ausführungsbeispiels in einem Blockdiagramm dargestellt ist. Der aus einer öffentli­ chen oder kommerziellen Stromversorgung 2 zugeführte Strom wird durch eine Gleichrich­ ter- und Glättungsschaltung 4 gleichgerichtet und danach geglättet. Ein Schaltelement 6 führt bezüglich des aus der Gleichrichter- und Glättungsschaltung 4 herausfließenden Stroms eine Ein/Aus-Steuerung durch. Ein Transformator 8 dient dazu, die Spannung der öffentlichen oder kommerziellen Stromversorgung 2 zu senken, und dazu, der Sekundärsei­ te einen Ladestrom zuzuführen. Der Ladestrom wird durch eine Gleichrichter- und Glättungsschaltung 9 gleichgerichtet und geglättet und wird danach einer Batterie 10 zugeführt. In der Batterie 10 ist eine Vielzahl von Zellen mit jeweils einer Nennspannung von 1,2 V enthalten. Die Batterieladeeinrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist für eine Batterie 10 mit einer Nennspannung von 7,2 V, die sechs Zellen enthält, für eine Batterie mit einer Nennspannung von 9,6 V, die acht Zellen enthält, oder für eine Batterie mit einer Nennspannung von 12,0 V, die zehn Zellen enthält, verwendbar.

Eine Ladestromerfassungsschaltung 12 und eine Batteriespannungserfassungsschaltung 14 sind auf der Sekundärseite dieses Systems bereitgestellt. Ein thermostatischer Schalter oder Thermostat 16 ist ebenfalls auf der Sekundärseite bereitgestellt und kann ansprechend auf einen Temperaturanstieg ein- und ausschalten. Ein Mikrocomputer 18 empfängt Ausgangs­ signale von diesen Schaltungen und dem Schalter. Eine Hilfsspannungsquelle 20 ist bei dem Transformator 8 bereitgestellt und führt dem Mikrocomputer 18 eine Versorgungs­ spannung zu. Der Mikrocomputer 18 führt gemäß einem vorbestimmten Programm ein nachfolgend beschriebenes Verfahren bzw. einen nachfolgend beschriebenen Ablauf durch. Das Ergebnis des Ablaufs wird durch einen Optokoppler 24 an eine Primärsteuerschaltung 26 übertragen. Die Primärsteuerschaltung 26 steuert den Ein- und Aus-Zustand des Schaltelementes 6 dem Ergebnis des durch den Mikrocomputer 18 durchgeführten Ablaufs entsprechend. Von der bei dem Transformator 8 bereitgestellten Hilfsspannungsversorgung 22 wird eine Treiberspannung für die Primärsteuerschaltung 26 zugeführt.

Gemäß dem Ausgangssignal der Ladestromerfassungsschaltung 12 kann der Mikrocompu­ ter 18 so betrieben werden, daß das Tastverhältnis des Schaltelements 6 derart eingestellt ist, daß der Ladestrom im wesentlichen einen konstanten Wert hat. Gemäß den in Fig. 4 und 5 gezeigten Verfahren kann der Mikrocomputer 18 so betrieben werden, daß das Schaltelement 6 in einer abgeschalteten Stellung fest gehalten ist, wenn die Batterie 10 voll geladen ist. Somit ist der Mikrocomputer 18 zum Beenden des Ladevorgangs verwendbar.

Das in Fig. 4 dargestellte Verfahren wird durch den Mikrocomputer 18 abgearbeitet und dient dazu, nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer T1 nach dem Beginn des Ladevorgangs, wie durch Schritt S0 dargestellt, eine auch als Interrupt bezeichnete Unterbrechung durchzuführen.

Die vorbestimmte Zeitdauer T1 ist so festgelegt, daß diese der Zeitdauer entspricht, nach welcher eine abrupte Änderung (wie durch Linienteile A5 und A6 in Fig. 1(A) dargestellt) der Batteriespannung am Beginn des Ladevorgangs im wesentlichen abgeklungen ist. Nachdem die Zeitdauer T1 vom Beginn des Ladevorgangs an verstrichen ist, sollte die Batteriespannung einen Wert haben, der der Nennspannung der Batterie 10 unabhängig vom Ladezustand beim Beginn des Ladevorgangs korrekt entspricht. Andererseits ent­ spricht die Batteriespannung am Beginn des Ladevorgangs in manchen Fällen der Nenn­ spannung nicht korrekt. Beispielsweise kann die Batteriespannung V00(A) der Batterie 10 mit der Nennspannung von 12,0 V einen geringeren als den Wert der Batteriespannung V0(B) der Batterie 10 mit der Nennspannung von 7,2 V haben. Dieses Problem tritt nicht auf, nachdem die Zeitdauer T1 vom Beginn des Ladevorgangs an verstrichen ist. Ferner ist die am Beginn des Ladevorgangs der tiefentladenen Batterie 10 auftretende abrupte Änderung nach dem Verstreichen der Zeitdauer T1 abgeklungen. Demzufolge wird das Problem, daß die Batteriespannung der Batterie 10 mit einer niedrigeren Nennspannung höher als diejenige der Batterie 10 mit einer höheren Nennspannung ist, nicht auftreten.

Entsprechend diesem Wissen ist der in Fig. 4 dargestellte Ablauf so programmiert, daß dieser nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer T1 vom Beginn des Ladevor­ gangs an durchgeführt wird. Als erstes wird die Batteriespannung zu dieser Zeit erfaßt und wird als erfaßte Batteriespannung V1 in Schritt S2 gespeichert. Somit liefern die Schritte S0 und S2 die Schaltung A, welche die Batteriespannung erfaßt, wenn die vorbestimmte Zeitdauer nach dem Beginn des Ladevorgangs verstrichen ist.

Der Ablauf fährt dann mit Schritt S4 fort, in welchem die erfaßte Batteriespannung V1 mit der vorbestimmten Spannung verglichen wird. Wie vorstehend beschrieben, soll die Batterieladeeinrichtung dieses Ausführungsbeispiels verwendet werden, um eine Batterie 10 mit einer der Nennspannungen von 7,2 , 9,6 bzw. 12,0 V zu laden. Um zwischen den Nennspannungen 7,2 V und 9,6 V und zwischen den Nennspannungen 9,6 V und 12,0 V zu unterscheiden, werden Spannungen V9,6L und V9,6U jeweils als vorbestimmte Span­ nungen verwendet. Die Spannung V9,6L ist so festgelegt, daß sie einen geringfügig kleineren Wert als den Minimumwert der Batteriespannung hat, der während des Ladevor­ gangs über die vorbestimmte Zeitdauer T1 der Batterie 10 mit der Nennspannung von 9,6 V erzeugt wird. Die Spannung V9,6U wird so festgelegt, daß diese einen geringfügi­ gen höheren als den maximalen Wert hat. Somit stellt der Mikrocomputer 18 fest, daß eine Batterie 10 mit der Nennspannung von 7,2 V geladen wird, falls V1 V9,6L ist, daß eine Batterie 10 mit der Nennspannung von 9,6 V geladen wird, falls V9,6L < V1 < V9,6U ist, und daß eine Batterie 10 mit der Nennspannung von 12,0 V geladen wird, falls V1 V9,6U ist.

Somit liefert der Ablauf in Schritt S4 die Schaltung B zum Vergleichen der Batteriespan­ nung (V1) mit der vorbestimmten Spannung, um auf diese Weise die Batterie entsprechend den Nennspannungen zu unterscheiden. Wie in Fig. 4 dargestellt, fährt der Ablauf mit Schritt S6 fort, falls die Batterie 10 eine Nennspannung von 7,2 V hat. Der Ablauf fährt mit Schritt S8 fort, falls die Batterie 10 eine Nennspannung von 9,6 V hat. Der Ablauf fährt mit Schritt S10 fort, falls die Batterie 10 eine Nennspannung von 12,0 V hat. Die Schritte S6, S8 und S10 speichern dVS(7,2), dVS(9,6) und dVS(12,0), die jeweils den Nennspannungen entsprechend bestimmt sind, als vorbestimmte Potentialdifferenz dVS.

Nach der vollständigen Durchführung der vorstehenden Schritte (s. Schritt S12) wird der Ablauf beendet. Nachdem die vorbestimmte Zeitdauer von dem Beenden des Ablaufs in Fig. 4 an verstrichen ist, unterbricht der in Fig. 5 dargestellte Ablauf, d. h. führt einen Interrupt in Intervallen der vorbestimmten Dauer durch (s. Schritt S14). Der Ablauf fährt von Schritt S14 zu Schritt S16 fort, in welchem der Mikrocomputer 18 die Batteriespan­ nung zu dieser Zeit ausliest und die ausgelesene Batteriespannung als VN speichert. Die Spannung VN wird dann mit der Maximumspannung VPEAK verglichen, welche die maximale Spannung unter den zu dieser Zeit ausgelesenen Spannungen VN ist. Falls die Spannung VN zu dieser Zeit die Maximumspannung VPEAK überschreitet, oder falls die Feststellung in Schritt S18 "nein" ist, setzt der Mikrocomputer 18 die Maximumspannung VPEAK auf den Wert der Spannung VN zu dieser Zeit (Schritt S20). Falls die vorherge­ hend bestimmte Maximumspannung VPEAK gleich oder höher als die Spannung VN ist, läßt der Ablauf Schritt S20 aus. Solange die Batteriespannung eine ansteigende Tendenz zeigt, oder NV < VPEAK ist, wird der Wert eines Zählers auf "0" gesetzt (Schritt S22). Der Ablauf fährt mit Schritt S36 fort, um beendet zu werden, sobald die Batteriespannung von abfallender Tendenz ist, und Schritte S24 und dessen nachfolgende Schritte werden nicht ausgeführt.

Der Ablauf schreitet von Schritt S18 zu Schritt S24 fort, falls die Batteriespannung VN zu dieser Zeit gleich oder geringer als die vorstehend bestimmte Maximumspannung VPEAK ist. In Schritt S24 vergleicht der Mikrocomputer 18 die Batteriespannung VN mit der Summe der vorbestimmten Potentialdifferenz dVS und der Batteriespannung V1, die nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer T1 nach dem Beginn des Ladevorgangs erfaßt wurde. Hier ist die Spannung V1 die in Fig. 4 in Schritt S2 dargestellte Spannung. Ferner ist die Potentialdifferenz dVS die durch einen der Schritte S6, S8 und S10 in Antwort auf die Nennspannung festgestellte Potentialdifferenz.

Schritt S24 stellt fest, ob der Ablauf Schritt S26 und dessen nachfolgende Schritte auszu­ lassen hat. Der Ablauf überspringt diese Schritte, falls die Feststellung "nein" ist, wohin­ gegen der Ablauf mit diesen Schritten fortfährt, falls die Feststellung "ja" ist.

Der Mikrocomputer 18 stellt durch Schritt S26 und seine nachfolgenden Schritte den Zeitpunkt des Übergangs der Batteriespannung VN von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz fest. Spezieller wird der Zähler um "2" inkrementiert (Schritt S28), falls die Batteriespannung VN zu dieser Zeit geringer als die Maximumspannung VPEAK ist, während der Zähler um "1" inkrementiert wird, falls diese einander gleich sind. (Dieser Ablauf wird, falls VN < VPEAK ist, durch Schritt S18 nicht ausgeführt.) Dies führt dazu, daß die Anzahl der kontinuierlichen Erfassungen des Verhältnisses VN VPEAK durch den Zähler gezählt wird. Ferner wird bei diesem Zählvorgang die Erfas­ sung VN = VPEAK als ein Vorgang gezahlt, während die Erfassung von VN < VPEAK als zwei Vorgänge gezählt wird, so daß ein gewichteter Zählvorgang für die Erfassung des tatsächlichen Abfalls der Spannung durchgeführt wird.

Die so gezählte Anzahl wird mit einer vorbestimmten Anzahl in Schritt S32 verglichen. Der Ladevorgang wird in Schritt S34 beendet oder das Schaltelement 6 in dem "Aus"- Zustand gehalten, wenn die Erfassung des Verhältnisses VN < VPEAK in einer Anzahl, die um 2 oder mehr größer als die vorbestimmte Anzahl ist, gezählt wird. Die Feststellung in Schritt S32 wird zu "nein", bis die gezählte Anzahl die vorbestimmte Anzahl erreicht, und deshalb wird der in Fig. 5 dargestellte Ablauf wiederholt durchgeführt. Wenn sich das Verhältnis VN < VPEAK ergeben hat, wird die Feststellung in Schritt S18 "nein", und der Zähler wird auf "0" zurückgesetzt (Schritt S22). Somit wird in diesem Ablauf der Ladevorgang selbst dann nicht beendet, wenn sich einmalig das Verhältnis VN < VPEAK ergeben hat, während der Ladevorgang beendet wird, wenn sich das Verhältnis VN 3/4 VPEAK kontinuierlich ergeben hat.

Wie vorstehend beschrieben, wird bei einem tatsächlichen Abfall der Batteriespannung, da ein gewichteter Zählvorgang für das Verhältnis VN < VPEAK durchgeführt wird, die Feststellung in Schritt S32 prompt gleich "ja". Obwohl der Zähler in dieser Ausführungs­ form in Schritt S28 um "2" inkrementiert wird, kann der Zähler auch um "3", "4", "5" . . . inkrementiert werden.

In diesem Ausführungsbeispiel stellen die Schritte S26 bis S32 den Zeitpunkt des Über­ gangs von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz der Batteriespannung fest. Da eine derartige Feststellung nur in dem Fall durchgeführt wird, in dem die Feststellung in Schritt S24 zu einem "Ja" wurde, wird die Schaltung zum Erfassen des Zeitpunkts betrieben, nachdem die Batteriespannung VN einen Wert gleich der Summe der vor­ bestimmten Potentialdifferenz dVS und der Batteriespannung V1 erreicht, die erhalten wurde, nachdem die festgelegte Zeitdauer T1 verstrichen ist. Aus diesem Grund wird der Schritt S34 zum Beenden des Ladevorgangs durchgeführt, wenn der Übergang von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz durch die Schritte S26 bis S32 erfaßt wurde.

Die vorteilhaften Eigenschaften dieses Ausführungsbeispiels werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Übergang von der ansteigen­ den Tendenz zur abfallenden Tendenz unmittelbar zu dem Zeitpunkt erfaßt, bevor die Batterie vollständig geladen ist, und zu dem Zeitpunkt, wenn die Anstiegsrate der Batterie­ spannung sich beachtlich erhöht hat. Somit wird der Übergang erfaßt, wenn die Änderung der Batteriespannung innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer relativ groß ist. Dies gestattet es, die Erfassungsgenauigkeit der Spannung relativ grob zu belassen. Deshalb kann die Erfassung beispielsweise so durchgeführt werden, daß eine durch eine durchgezogene Linie dargestellte, tatsächliche Änderung wie eine durch eine unterbrochene Linie darge­ stellte Änderung verwendet wird. (Die unterbrochene Linie entspricht einem groben Auflösungsvermögen.) Ein derartiges grobes Auflösungsvermögen kann verhindern, daß eine kleine Änderung der Batteriespannung versehentlich als der Übergang von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz erfaßt wird. Im Falle des gröberen Auflö­ sungsvermögens kann eine Verzögerung der Erfassung befürchtet werden. Jedoch zählt in diesem Ausführungsbeispiel der Zähler nicht nur die Zeitspanne für VN < VPEAK, sondern ebenfalls die Zeitspanne für VN = VPEAK. Der Zählvorgang wird deshalb noch nach dem in Fig. 6 durch X dargestellten Zeitpunkt durchgeführt, so daß der erfaßte Zeitpunkt im wesentlichen dem des tatsächlichen Übergangs von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz entspricht.

Wie vorstehend beschrieben, werden die Betriebseigenschaften beim Erfassen des Zeit­ verhaltens des Übergangs nicht verschlechtert, selbst wenn diese Erfassung mit dem groberen Auflösungsvermögen durchgeführt wird. Deshalb können relativ preisgünstige elektronische Komponenten für die Erfassungsschaltung verwendet werden.

Ferner kann die Erfassung des Übergangs von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz alternativ so durchgeführt werden, daß die Änderung während einer vorbestimm­ ten Erfassungsdauer bei Intervallen einer derartigen Erfassungsdauer erfaßt wird, um festzustellen, ob die Änderung eine positive Tendenz oder eine negative Tendenz hat. Es wird dann die Feststellung getroffen, ob die negative Tendenz während einer vorbestimm­ ten Anzahl von Vorgängen kontinuierlich gezählt wurde, nachdem sich die Tendenz von der positiven zur negativen Tendenz gewandelt hat. Mit dieser Feststellung steigt die gezählte Anzahl stetig an, nachdem die Batteriespannung von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz übergegangen ist. Mit dieser alternativen Maßnahme können jedoch relativ gesehen geringere Änderungen der Batteriespannung versehentlich als Übergang erfaßt werden. Dieses Phänomen ist in Fig. 13 dargestellt. Falls die Batterie­ spannung mit den durch schwarze Punkte dargestellten Werten unter dem Einfluß von Änderungen der Versorgungsspannung erfaßt wird, kann der Zähler auf "0" zurückgesetzt werden, selbst wenn die Batteriespannung von abfallender Tendenz ist. Deshalb kann der Zählvorgang unter Umständen nicht zuverlässig durchgeführt werden. Andererseits wird im Fall des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels der Vergleich nicht in Bezug auf die Spannungsänderung während der vorbestimmten Erfassungszeitdauer durchgeführt, sondern er wird in Bezug auf die Maximumspannung durchgeführt, und deshalb kann die Erfassung, wie in Fig. 12 dargestellt, zuverlässig durchgeführt werden.

Ferner kann in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel der Ablauf der Schritte S 18 bis S20 in Fig. 5 zum Extrahieren der Spitzenspannung durchgeführt werden, nachdem die Fest­ stellung in Schritt S22 "ja" wurde. Zusätzlich kann Schritt S24 ein in Fig. 7 dargestellter Ablauf folgen. Somit kann eine Vielzahl verschiedener Maßnahmen in die Schaltung aufgenommen werden, die so betrieben werden kann, daß sie den Zeitpunkt des Übergangs von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz erfaßt und die betriebsbereit ist nachdem die Batteriespannung einen Wert erreicht hat, welcher der Summe der vorbe­ stimmten Potentialdifferenz dVS und der Batteriespannung V1 entspricht, die auftritt, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer T1 verstrichen ist.

In dem in Fig. 7 dargestellten Schritt S72 erfaßt der Mikrocomputer 18 den Zeitpunkt, wenn die Änderung der Spannung dV während der vorbestimmten Zeitspanne gleich einem Wert wird, der der Substraktion eines vorbestimmten Wertes von einer maximalen Ände­ rung der Spannung dVMAX entspricht. Der vorbestimmte Wert ist entsprechend zu jeder Nennspannung der Batterie 10 geeignet so festgelegt, daß die Feststellung in Schritt S42 unmittelbar vor dem Zeitpunkt des Übergangs von der ansteigenden Tendenz zur ab­ fallenden Tendenz der Batteriespannung zu einem "Ja" wird. Schritt S72 kann anstelle der Schritte S26 bis S32 oder zusätzlich zu diesen mit einbezogen werden.

Schritt S74 ermöglicht im Falle des vorstehenden Ausführungsbeispiels den Übergang von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz zu erfassen. Eine Eigenschaft einer Batterie besteht darin, daß deren Temperatur nach dem vollständigen Laden der Batterie abrupt ansteigt. Ein Thermostat ist deshalb so eingestellt, daß dieser bei einer solcher­ maßen angestiegenen Temperatur der Batterie schaltet, so daß der Zeitpunkt des voll­ ständigen Ladens in Schritt S74 erfaßt werden kann.

Schritt S76 erfaßt den Zeitpunkt bzw. das zeitliche Verhalten, wenn die Batteriespannung VN von der Maximumspannung VPEAK um einen vorbestimmten Wert (dVC) abgenom­ men hat. Der Zeitpunkt der vollständigen Ladung der Batterie kann dadurch erkannt werden, daß festgestellt wird, daß der absolute Wert des vorbestimmten Wertes dVC einen niedrigeren Wert hat. Es liegt ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, festzustel­ len, daß einer oder mehrere Abläufe in den Schritten S26 bis S32, Schritt S72, Schritt S74 und Schritt S76 nur durchgeführt werden, wenn die Feststellung in Schritt S24 zu "ja", wurde.

Der Ablauf in Schritt S72 wird nun im Detail beschrieben.

Fig. 9 zeigt den in Schritt S72 durch den Mikrocomputer 18 durchgeführten Ablauf. In Schritt S80 wird festgestellt, ob eine vorbestimmte Zeitdauer T1a nach dem Beginn des Ladevorgangs verstrichen ist. Falls die Zeitdauer T1a nicht verstrichen ist, fährt der Ablauf mit Schritt S96 fort und überspringt die dazwischenliegenden Schritte. Hier wird die Zeitdauer T1a im wesentlichen gleich zur Zeitdauer T1 festgelegt, die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, und die der Zeit während des Einfluß der zeitweiligen abrupten Änderungen im Falle des Ladens einer tiefentladenen Batterie entspricht.

Schritt S81 und seine nachfolgenden Schritte werden in Intervallen einer vorbestimmten Zeitdauer dT1 durchgeführt, nachdem die Zeitdauer T1a verstrichen ist. In Schritt S82 wird eine Batteriespannung VN mit einem vorbestimmten Wert VA verglichen. Hier ist der vorbestimmte Wert VA so festgelegt, daß durch diesen Wert VA unterschieden werden kann, ob die Batterie 10 eine mit einer Nennspannung von 12,0 V oder eine mit einer Nennspannung von weniger als 12,0 V ist. Die Feststellung in Schritt S82 wird "ja", falls eine Batterie 10 mit der Nennspannung von 12,0 V geladen wird, während die Feststellung zu "nein" wird, falls eine Batterie 10 mit einer Nennspananung von 9,6 V oder 7,2 V geladen wird. Falls eine Batterie 10 mit der Nennspannung von 12,0 V geladen wird, wird die Markierung bzw. das Flag F1 in Schritt S83 gesetzt. Andererseits wird der Schritt S83 übersprungen, falls die Nennspannung 9,6 V oder 7,2 V beträgt, und die Markierung bzw. das Flag F1 wird in diesem Falle nicht gesetzt.

Der Ablauf fährt dann mit Schritt S84 fort, in welchem der Mikrocomputer 18 die Ände­ rung der Batteriespannung zu diesem Zeitpunkt gegenüber der Batteriespannung V0, die um die Zeitdauer dT1 vor diesem Zeitpunkt erfaßt wurde, berechnet und der berechnete Wert wird als dVn eingespeichert. Ein derartig berechneter Wert dVn entspricht dem in Fig. 8 dargestellten dV. In Fig. 8 sind die Werte der angehängten Nummern aus Zweck­ mäßigkeitsgründen einbezogen, und die Zeit ist in einem vergrößerten Maßstab dargestellt.

Der Ablauf fährt mit dem Schritt S85 fort, in welchem der Mikrocomputer 18 feststellt, ob das Flag F2 gesetzt ist. Schritt S87 dient dazu, dieses Flag F2 zu setzen, und das Flag F2 wird unter der Voraussetzung gesetzt, daß sich das Verhältnis dVn < dVo ergeben hat, oder daß die Änderung dVn innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer dT1 größer ist als die vorherige Änderung dVo. Im Falle des in Fig. 1(A) dargestellten Beispiels kann sich die Änderung innerhalb der vorbestimmten Zeitdauern während des Linienteils A2 nicht ändern, und die Änderung wird sich während des Linienteils A3 oder B3 beachtlich ändern, bzw. die Anstiegsrate der Spannung wird während dieser Linienteile erhöht. Das Flag F2 wird deshalb gesetzt, nachdem sich die Spannung entlang der Linienteile A3 oder B3 erhöht hat.

Der Schritt S86 wird bei Intervallen der Zeitdauer dT1 so lange durchgeführt, wie das Flag F2 während der Zeitdauer des Linienteils A2 nicht gesetzt ist. Wenn der Ladevorgang fortgesetzt wird, um die Zeitdauer des Linienteils A3 oder B3 zu erreichen und demzufol­ ge das Flag F2 einmalig gesetzt wurde, läßt der Ablauf die Schritte S86 und S87 aus. Hier entspricht der Zeitpunkt der Feststellung eines "Ja" in Schritt S86 im wesentlichen dem Zeitpunkt der Feststellung eines "Ja" in Schritt S24 in Fig. 5.

Schritt S88 wird durchgeführt, wenn die Anstiegsrate der Batteriespannung sich entspre­ chend dem Linienteil A3 oder B3 erhöht hat. In Schritt S88 stellt der Mikrocomputer 18 fest, ob die Änderung dVN zu diesem Zeitpunkt größer ist als die zu diesem Zeitpunkt bisher erhaltene maximale Änderung dVMAX. Bei den Feststellungen während der Zeitdauern von dV1-dV2-dV3-dV4 in Fig. 8 wird die Änderung zu diesen Zeitpunkten größer als die zu diesen Zeitpunkten jeweils erhaltene maximale Änderung, und deshalb wird die maximale Änderung in Schritt S89 ersetzt. Andererseits wird die Feststellung in Schritt S88 während der Dauer von dV4 bis dV5 in Fig. 8 zu "nein", so daß der Ablauf, nachdem die Änderung zu diesem Zeitpunkt als maximale Änderung verwendet wurde, mit dem Schritt S90 fortfährt.

In dem Schritt S90 unterscheidet der Mikrocomputer 18 die Nennspannung der Batterie 10 zwischen 12,0, 9,6 und 7,2 V. Falls die Nennspannung 12,0 V ist, fährt der Ablauf mit Schritt S91 fort, in welchem der Mikrocomputer 18 feststellt, ob die Änderung dVn zu diesem Zeitpunkt geringer als der Wert der Subtraktion von dVB von der Maximum­ änderung dVMAX zu diesem Zeitpunkt ist. Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, ist, falls die Batterie 10 die Nennspannung von 12,0 V hat, die Batterie 10 zu demjenigen Zeitpunkt vollständig geladen, an dem die Änderung (dV6 in diesem Falle) den Wert der Subtraktion von dVB von der maximalen Änderung dVMAX (dV4 in diesem Falle) erreicht. Somit wird die Festellung im Falle der Änderung dV5 in Schritt S91 zu "nein", während diese im Falle der Änderung dV6 zu "ja" wird. Falls die Feststellung in Schritt S91 "ja" ist, fährt der Ablauf mit Schritt S95 fort, in welchem der Ladevorgang beendet wird.

Falls die Batterie 10 eine Nennspannung von 9,6 V oder 7,2 V hat, wird die Feststellung in Schritt S90 "nein", und der Ablauf fährt mit Schritt S92 fort, in welchem der Mikro­ computer 18 feststellt, ob die Änderung dVn zu diesem Zeitpunkt geringer als der Wert der Subtraktion von dVA von der Maximumänderung dVMAX zu dieser Zeit ist. Im Falle einer Nennspannung von 12,0 V ist die Batterie 10 zu demjenigen Zeitpunkt vollständig geladen, an dem die Änderung dVn den Wert der Subtraktion von dVA von der Maxi­ mumänderung dVMAX erreicht. Hier sind dVA und dVB im vorhinein der Nennspannung der Batterie 10 entsprechend festgelegt und ein korrekter Zeitpunkt der vollständigen Ladung der Batterie 10 kann durch getrennte Einbeziehung dieser Werte dVA und dVB erhalten werden.

Falls die Batterie 10 noch geladen wird, fährt der Prozeß mit den Schritten S93 und S94 fort, in welchen die vorhergehende Batteriespannung V0 und die vorhergehende Änderung dV0 jeweils für die nächsten Schritte auf die derzeitigen Werte gesetzt werden. Wie aus diesem Ausführungsbeispiel zu ersehen ist, wird mittels der Schritte S91, S92 und S95 der Ablauf für das Beenden des Ladevorgangs ausgeführt, wenn die Änderung dVn kleiner als der Wert der Subtraktion von dVA oder dVB von der maximalen Änderung dVMAX wird. Ferner wird der Ablauf zum Speichern der Maximumänderung dVMAX durch die Schritte S88 und S89 ausgeführt.

Um zusätzlich ein Auftreten einer zeitweilig ungewöhnlichen Batteriespannung, verursacht durch eine Änderung der Versorgungsspannung, zu vermeiden, ist in Schritt S16 in Fig. 5 oder Schritt S81 in Fig. 9 ein in Fig. 10 dargestellter Ablauf eingebracht. Dieser Ablauf ist so programmiert, daß er wiederholt bei zeitlich kurzen Intervallen durchgeführt wird.

Zuerst wird ein Wert 1 des Ladestroms in Schritt S60 eingegeben. Der Ablauf fährt mit Schritt S62 fort, in welchem der Mikrocomputer 18 feststellt, ob der Wert 1 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Wie in Fig. 11 dargestellt, wird der Ladestrom normalerweise so gesteuert, daß er einen vorbestimmten Wert hat. Der Ladestrom kann sich jedoch unter dem Einfluß einer deutlichen Änderung der Versorgungsspannung usw. ändern, und deshalb kann der Ladestrom außerhalb des vorbestimmten Bereiches geraten.

Falls der Ladestrom außerhalb des vorbestimmten Bereiches geraten ist, wird die Fest­ stellung in Schritt S62 zu "nein", und der Ablauf fährt mit Schritt S64 fort, in welchem das Flag C gesetzt wird.

Der Ablauf fährt ferner mit Schritt S68 über Schritt S66 fort. In Schritt S68 stellt der Mikrocomputer 18 fest, ob das Flag C gesetzt wurde oder nicht. Falls die Feststellung "nein", ist, wird die Batteriespannung Vn, die in Schritt S66 eingegeben ist, verwendet wie sie ist. Andernfalls wird, falls aufgrund einer Änderung der Versorgungsspannung usw. der Ladestrom außerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, die gerade vorhergehend erhaltene Batteriespananung V0 als die Batteriespannung Vn in Schritt S72 einbezogen, während die Batteriespannung V0 wiederum in Schritt S74 gegen eine neue ersetzt wird. Mit diesem Ablauf wird, wenn die Batteriespannung Vn zu diesem Zeitpunkt zeitweilig einen ungewöhnlichen Wert angenommen hat, die Spannung Vn durch die Spannung V0 ersetzt, die gerade vorhergehend erhalten wurde, so daß ausgeschlossen wird, daß der Einfluß von Störungen direkt auf die Steuerung des Beenden des Ladevorgangs einwirkt.

Wie vorstehend beschrieben, ist es mit der vorliegenden Erfindung einfach, den Zeitpunkt bzw. das zeitliche Verhalten des Übergangs von der ansteigenden Tendenz zur abfallenden Tendenz der Batteriespannung zu bestimmen, wenn sich die Batteriespannung wesentlich ändert. Ferner wird die Erfassung des vollen Ladezustands nur so durchgeführt, daß ein Erfassungsfehler nicht vorliegt. Deshalb kann die Erfassung in zuverlässiger Weise durchgeführt werden, und es wird möglich, preisgünstige Baugruppen zu verwenden, die ein grobes Auflösungsvermögen für die Erfassung zur Verfügung stellen.

Claims (4)

1. Batterieladeeinrichtung für das Zuführen eines Ladestromes zu einer Batterie zum Laden derselben, umfassend:
eine Einrichtung zum Erfassen und Speichern einer nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer (T1) nach dem Beginn des Ladevorgangs auftretenden Batterie­ spannung (V1),
eine Einrichtung zum Vergleichen der Batteriespannung (V1) mit einer vorbestimmten Spannung und zum Unterscheiden der Batterie in bezug auf die Nennspannung,
eine Einrichtung zum Erfassen des Zeitpunkts des Übergangs der Batteriespan­ nung von einer ansteigenden Tendenz zu einer abfallenden Tendenz, die betriebsbereit wird, wenn die Batteriespannung die Summe aus einer vorbestimmten Potentialdifferenz (dVS) und der Batteriespannung (V1), die nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit (T1) aufgetreten ist, erreicht hat, und
eine Einrichtung zum Beenden der Zuführung des Ladestroms, wenn die Ein­ richtung zum Erfassen des Zeitpunkts den besagten Zeitpunkt erfaßt hat,
wobei die vorbestimmte Zeitdauer (T1) im wesentlichen gleich der Zeitdauer festgelegt ist, in der eine am Beginn des Ladevorgangs einer tiefentladenen Batterie erzeugte abrupte Änderung der Batteriespannung im wesentlichen abgeklungen ist, und
wobei die vorbestimmte Potentialdifferenz (dVS) der Nennspannung der zu ladenden Batterie entsprechend festgelegt ist.

2. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung zum Erfassen der Batteriespannung umfaßt:
eine Einrichtung zum Erfassen der Batteriespannung in Intervallen einer vor­ bestimmten Dauer, und
eine Einrichtung zum Extrahieren einer Maximumspannung aus den erfaßten Batteriespannungen und zum Speichern der Maximumspannung,
wobei der Zeitpunkt erfaßt wird auf der Grundlage der Feststellung, ob die Batteriespannung kontinuierlich als gleich oder niedriger als die Maximumspannung erfaßt worden ist.

3. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feststellung, ob die Batteriespannung kontinuierlich als gleich oder niedriger als die Maximumspannung erfaßt worden ist, durch Zählen der Anzahl von Vorgängen der Erfassung der Batteriespannung durchgeführt wird, wobei die Erfassung der der Maxi­ mumspannung gleichen Batteriespannung als ein Vorgang genommen wird und die Erfas­ sung der Batteriespannung, die geringer als die Maximumspannung ist, als zwei oder mehrere Vorgänge genommen werden.

4. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Erfassen der Batteriespannung bei Intervallen einer zweiten vorbestimmten Dauer und zum Erhalten einer Änderung der Batteriespannung während jeder der zweiten vorbestimmten Dauern,
eine Einrichtung zum Extrahieren und Speichern einer Maximumänderung aus den durch die Einrichtung zum Erhalten der Änderung erhaltenen Änderungen,
eine Einrichtung zum Beenden der Zuführung des Ladestroms, wenn die Ände­ rung im Zustand der Erfassung einen Wert annimmt, der der Subtraktion eines vorbestimm­ ten Wertes von der Maximumänderung gleicht, und
eine Einrichtung zum Auswählen des vorbestimmten Wertes entsprechend zu der Nennspannung der zu ladenden Batterie.