DE8806868U1

DE8806868U1 - Gerät zum Aufladen von Akkumulatoren

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Publication number: DE8806868U1
Application number: DE8806868U
Authority: DE
Original assignee: Ulo-Werk Moritz Ullmann & Co Kg 7340 Geislingen De GmbH
Current assignee: Ulo-Werk Moritz Ullmann & Co Kg 7340 Geislingen De GmbH
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1988-08-04

Description

Beschreibung Gerät zvim Aufladen von Akkumulatoren

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Aufladen von Akkumulatoren (Akkus), bestehend aus einem Netzteil, einer Ladeschaltung sowie einer Anordnung zur Erkennung des Typs des aufzuladenden Akkus.

Derartige Ladegeräte sind in verschiedenen Ausführungen als manuell, halbautomatisch oder automatisch einstellbare Gleichoder Wechselspannungsgeräte bekannt, welche an die verschiedensten Ausführungeformen von Akkumulatoren hinsichtlich Nennspannung, maximaler Laststrom, Entladeschlußspannung u.dgl. angepaßt werden können.

Für einen bestimmten Akkumulatorentyp wird dann ein bestimmter individueller Ladestrom eingestellt, der beispielsweise bei Erreichen der Ladeschlußspannung abgeschaltet, wird. Es ist auch bekannt, nach einem abgeschlossenen Ladevorgang den Akkumulator mit dem entsprechenden Erhaltungsladungsstrom weiter zu laden, dar im allgemeinen so groß ist, daß er die Leerlaufverluste des Akkumulators kompensiert.

Allen bekannten Akkuladegeräten ist jedoch gemeinsam, für eine bestimmte vorher festgelegte Zeitdauer den Akkumulator mit seinem individuellen Ladestrom aufzuladen. Bei Nickel-Cadmium-Akkumulatoren (NC) erfolgt meist eine Normalladung mit einem Ladestrom, der dem zehnstündigen Entladestrom entspricht, für die Dauer von 14 Stunden.

Bei schnelladefähigen Akkumulatoren wird mit einem höhen Strom eine kürzere Aufladedauer entsprechend der Kapazität des Akkumulators vorgesehen.

Insbesondere bei einer Aufladung von NC-Akkumulatoren mit Gleichstromimpulsen bestimmter Amplitude und bestimmten Tastverhältnisses ergibt sich eine besonders akkuschonende Aufladeweise, welche die Zahl der Lade- und Entladezyklen deutlich verbessert. Ladegeräte, die nach diesem Prinzip arbeiten, werden an die unterschiedliche Akkumulatorentypen stets dadurch angepaßt, daß typenbedingte Höchstladeströme für eine feste Dauer eingestellt werden. Da dieses einen entsprechend hohen Aufwand auf der Einstell- und Regelseite der Ladeschaltungen bedingt, ergeben sich hieraus wirtschaftliche Nachteile. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gesetzt, eine Lösung für die Ladeschaltungen von Akkumulatoren anzugeben, die über einen weiten Typenbereich von anzuschließenden Akkumulatoren zu einfachereren Ladegeräten führt.

Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung durch die im Schutzanspruch 1 genannten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Heiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit Hilfe einer verbesserten Ausgestaltung bei Ladegeräten, die darauf beruht, daß über alle Akkumulatorentypen mit der gleichen Ladespannung und dem gleichen Ladestrom gearbeitet wird, wobei nur die Ladezeitdauer typenbedingt gewählt wird, ergeben sich sowohl technische als auch wirtschaftliche Vorteile bei dem Betrieb und der Herstellung derartiger Ladegeräte.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung bekannter Ladegeräte mit Akkutyp-Erkennung und Temperaturüberwachung,

Fig. 2, 3

und 4 Prinzipdarstellungen eines Ladegerätes nach der Erfindung und

Fig. 5 eine detaillierte Schaltungsanordnung eines derartigen Ladegerätes.

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild ein Akkuladegerät, das automat! cch auf den Typ des aufzuladenden Akkumulators eingestellt wird. Es besteht aus einem Netzteil (NT), das in üblicher Weise *us der Versorgungsspannung, die eine Gleich- oder Wechselspannung sein kann, eine für den Ladevorgang geeignete Gleichspannung erzeugt. An das Netzteil (NT) angeschlossen ist eine Ladeschaltung (LS), die unmittelbar den Akkumulator (AKKU) Auflädt. Der Akkumulator ist demzufolge direkt an diese Ladeechaltung angeschlossen. Er ist ferner angeschlossen an eine Typerkennungsschaltung (TE) und eine Temperaturüberwachungseinrichtung (TU), die ihrerseits mit der Ladeschaltung verbunden sind.

Die Typerkennung (Tt)) arbeitet mit einem im Akkupack angeordneten Identifizierungswiderstand zusammen und sorgt dafür, daß die Type des angeschlossenen Akkumulators erkannt wird. Sie teilt dieses der Ladaschaltung mit, die dann den für den Akkutyp geeigneten Ladestrom auswählt. Typenerkennungseinrichtungen sind an sich bekannt und beispielsweise im Zusammenhang «it einer Aufladeanordnung für Akkumulatoren in der DE-OS 35 640 beschrieben.

Das in Fig. 1 dargestellte Ladegerät besitzt zum Schutz des Akkumulators gegen abnorme Betriebsbedingungen, die zu seiner Zerstörung führen können und mit einer deutlichen Temperaturerhöhung verbunden sind, eine Temperaturüberwachung (Tu), die bei einem unzulässigen Ansteigen der Temperatur ein Steuersignal an die Ladeschaltung (LS) überträgt, das entweder in der Ladeschaltung für geringere Ladeströme und/oder -spannungen

sorgt oder eine Abschaltung des Ladevorgangs herbeiführt, wobei oftmals auch ein Hinweissignal auf diesen Zustand aufgesetzt wird.

Das Prinzip der erfindungsgemäBen Anordnung eines Ladegerätes für Akkumulatoren geht aus Fig. 2 hervor. Sie besteht aus einem Netzteil (NT), einer Ladeschaltung (LS), sowie einer Ladezeitanordnung (LZ), die mit der Ladeschaltung und einer Akkutyperkennungseinrichtung (TE) verbunden ist. Aus Vereinfachungsgrünien wurde für die Erläuterung auf eine Temperaturüberwachungseinrichtung verzichtet.

Das wesentliche Element der Akkuladeanordnung in Fig. 2 ist die Ladezeitanordnung (LZ), die aus einem Taktgenerator (TG), der die Taktimpulse an ein Zeitglied (ZGL) liefert, die in diesem tu Zeitsignalen umgewertet werden. Das Ausgangssignal (S) des Zeitgliedes steuert die Ladeschaltung (LS) während des Akkulade-Vorganges. Wurde beispielsweise in der Typerkennungsschaltung festgestellt, daß es sich bei dem angeschlossenen Akku um einen NC-Akku mit einer Nennspannung von 2,4 V und einer Kapazität von 7 AH handelt, dann wird beispielsweise die Ladeschaltung von einem Ladestrom (IL = 1,3 A) nach 8 Stunden Ladezeit auf den Erhaltungsladestrcm (IEL = 70 mA) umgeschaltet. Stellt dagegen die Typerkennungsschaltung (TE) fest, daß sich bei dem angeschlossenen Akkumulator um einen solchen handelt, der eine Nennspannung von 2,4 V und eine Kapazität von 1,2 AH hat_r dann •rfolgt die Umschaltung vom Ladestrom (IL) auf den Erhaltungsladestrom (IEL) bereits nach einer Stu-.de, wobei jeweils die linsteilung des Zeitgliedes (ZGL) auf den angeschlossenen Akkutyp von der Typerkennungsschaltung mittels der Einstellsignale (El bis E3) erfolgt.

Fig. 3 zeigt eine von mehreren Alternativen für ain Zfe."*-~l d (ZGL) und eine Ladeschaltung (LS). Die Ladezeitanordnung (LZ) besteht wiederum aus einem Taktgeber (TG) und einem Zeitglied (ZGL). Der Taktgeber ist mit einem Zeitgeber (TI), beispiels-

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weise einsam Binär zähler verbunden, der durch die Impulse des Taktgebers hochgezählt wird. Für ein Ladegerät zum Laden üblicher NC-Akkus wird ein Zeitgeber benötigt, der vier Ausgänge hat, und zwar einen Ein-Stunden-Ausgang (lh), einen Vier-Stunden-Ausgang (4h), einen Acht-Stunden-Ausgang (8h) und einen 16-Stunden-Ausgang (16h). Welcher Ausgang und damit welche Ladezeit gewählt wird, hängt von den Einstellsignalen (El bis E4) der Typerkennungsschaltung (TE) ab.

Wenn ein Akku geladen werden soll, der eine Aufladezeit von einer Stunde benötigt, dann erzeugt die Typerkennungseinrich tung das Einstellsignal (El), das die Stufe (Ul) eines Selektionsschalters (SS) für eine Durchschaltung vorbereitet. Wenn nach ca. einer Stunde nach Beginn des Ladestartes der Ausgang (lh) des Zeitgebers (TI) anspricht, dann gelangt ein Steuerpotential über die Steuerleitung (S) an einen steuerbaren Schalter, beispielsweise ein Relais (A) in der Ladeschaltung (LS). Dieses schaltet den vom Netzteil (NT) gelieferten Ladestrom (IL) mit Hilfe eines Umschaltkontaktes (a) um auf den Erhaltungsladungsstrom (IEL). Gleichzeitig wird der Zähler im Zeitgeber über den Rückstelleingang (R) wieder auf seine Anfangeetellung, beispielsweise Null, zurückgestellt. Da mit der Rückstellung auch das Auegangssignal an der Stufe (Ul) verschwindet, muß das Relais (A) auf andere Weise in seiner Einstellage gehalten werden, beispielsweise durch einen eigenen Xontakt (al), der das Relais dann an die Haltespannung (+HS) anlegt.

Es könnte aber auch der Zähler bei Erreichen der Zählstellung, die dem Ein-Stunden-Ausgang (lh) entspricht, angehalten werden, so daß das Haltepotential am Ausgang der Stufe (Ul) weiter anliegt.

Bei einer Impulsfolgefrequenz der Impulse des Taktgenerators (TG) von einem Hz würde für den 16-Stunden-Ausgang das Durchlaufen von 57 600 Zählstellungen genügen. &Oacgr;&lgr;&bgr; entspräche bei

der Verwendung eines Binärzählers einem solchen mit 16 Stufen. Außerdem werden im Zeitgeber (Ti) für jeden Ausgang (lh bis 16h) je ein Binärdekodierer benötigt, der die durchlaufenen Zählstellungen dekodiert und dann jeweils ein Ausgangssignal abgibt, wenn seine Dekodierungsbedingung erfüllt ist.

Fig. 4 zeigt eine alternative Schaltung eines Zeitgliedes (ZGL), die der realen Schaltung in Fig. 5 sehr nahe kommt. &Ggr;&aacgr;&bgr; Typerkennungsschaltung (TE) liefert je nach angeschlossenem ■ Akkutyp Einstellsignale (El bis E3), die in Verbindung mit den Ausgangswiderständen (Rl bis R3) und den den AusgangsSignalen des Zeitgebers (TI) für (lh, 4h und 8h) Spannungsteilerpotentiale liefern, die in der angeschlossenen Ladeschaltung (LS) eine zeitgenaue Umschaltung des Ladestromes (IL) auf den Erhaltungsladestrom (IEL) vornehmen. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 geschieht dies im Zusammenwirken mit der Verbindungslogik (VL) .

Als Zeitgeber stehen handelsübliche integrierte Schaltungen der verschiedensten Spezifikationen zur Verfügung, die mit nur geringen äußeren Beschaltungen die gewünschten Zeitgeberfunktionen wahrnehmen können, wie beispielsweise auch die in Fig. 5 dargestellte praktische Realisierung eines Ladegerätes mit akkutypabhängiger Ladezeitsteuerung zeigt.

Sowohl für den Taktgeber (TG) als auch für das Zeitglied (ZGL) sind Timer (40, 60) in CMOS-Technologie verwendet worder. Die Selektion des Timerausganges erfolgt mit Hilfe einer aus den Transistoren (T7, T8, bzw. T5, T6) gebildeten Kaskadenschaltung, die von dem Identifizierungswiderstand (RI), der sich im Akkupack des zu ladenden Akkumulators befindet, eingestellt wird. Als Netzteil (NT) ist eine Anordnung gewählt worden, die für die Akkuladung einen gepulsten Gleichstrom verwendet. Die Ladezeitanordnung (LZ) steuert dabei die Ladeschaltung (LS), wobei zu Anpassungszwecken eine Verbindungslogik (VL) vorgesehen ist.

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Die Temperaturüberwachung (TO) sorgt bei bestimmten Akkutypen für eine Ladestromumschaltung von (IL) auf (IEL) bei Batterietemperaturen von unter +5⁰C und oberhalb von +45⁰C.

Claims

W I L¹E¹E-¹L &mgr;'"'&· D'A'ü'S TER PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS D-7000 Stuttgart 1 Hospitalstraße 8 Tel.(0711) 291133/292857

Stuttgart, den 05. Juli 1988 6 8042
Dr. W/Ei

A.Z.: G 88 06 868.4
Anm.: ÜLO-Werk
(Seite 1 der Schutzansprüche)

Schutzansprüche

1. Gerät zum Aufladen von Akkumulatoren (Akkus), bestehend aus einem Netzteil, einer Ladeschaltung sowie einer Anordnung zur Erkennung des Typs des aufzuladenden Akkus, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladezeitanordnung (LZ) mit der typabhängige Einstellsignale (El bis E4) erzeugenden Anordnung (TE) zur Erkennung des AkVutyps verbunden ist, daß die Ladezeitanordnung (LZ) ihrerseits zur übertragung von Schaltsignalen (S), die der Ladezeit des zu ladenden Akkutyps entsprechen, mit der Lade-Bchaltung (LS) verbunden ist und daß Mittel zur Umschaltung der Ladeschaltung nach Erreichen der akkutypbedingten Ladez?it von einem für alle Akkutypen gleichen konstanten Ladestrom (IL) entsprechender Höhe auf einen Erhaltungsladestrom (IEL) vorgesehen sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (NT) mit einer Einrichtung zur Übertragung eines pulsierenden Gleichstroms konstanter Amplitude und konstanten Tastverhältnisses an die Ladeschaltang (LS) versehen ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschaltung (LS) ein Zeitglied (ZGL) vorgeschaltet ist, das aus einem Taktgeber (TG) und einem mit diesem verbundenen Zeitgeber (Timer Tl) besteht, dessen Ausgänge nach geeigneter äußerer Beschaltung die gewünschten Zeitsignale für die Ladedauer zur Verfügung stellen, wobei akkutypspezifische Einstellsignale (El bis E4) einer an sich bekannten Typerken-

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nungsschaltung (TE) die Selektion des für einen bestimmten erkannten Akkutyp erforderlichen Ladezeit vornehmen, nach welcher auf Erhaltungsladung umschaltbar ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitausgänge (lh bis 4h) des Zeitgebers (TI) mittels Torschaltungen (z.B. Ul) selektierbar sind, die durch ein entsprechendes Einstellsignal (z.B. El) steuerbar sind.
5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne', daS die Zeitausgänge (lh bis 16h) des Zeitgebers (TI) mittels Kombinationen von Widerständen (Rl bis R3 mit Widerständen in TE}
durch Spannungsteilersignale selektisrbar sind, die durch die
Einstellsignale (El bis E3) definierbar sind.