DE4302201A1 - Batterieladegerät und Verfahren zum Aufladen von Akkumulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Batterieladegerät zum Aufladen von Akkumulatoren sowie ein Verfahren zum Aufladen verschiedenster Akkumulatoren.

Batterieladegeräte zum Aufladen verschiedenster Typen und Grö­ ßen von wiederaufladbaren Batterien, so z. B. Nickel-Cadmium (Ni-Cd)-Batterien oder Bleiakkumulatoren, im folgenden nur noch kurz: Akku genannt, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es gibt die verschiedensten Arten von Batterieladegeräten, was teilweise darin begründet liegt, daß Standards zur Festlegung der Spannungscharakteristika der Akkus fehlen. Als Beispiel für ein konventionelles Batterieladegerät ist der Schnellader zu nennen, der einen relativ großen Ladestrom produziert, um den Akku in verhältnismäßig kurzer Zeit aufzuladen. Der große Lade­ strom hat allerdings den Nachteil, daß er eine schnelle Erhit­ zung des Akkus bewirkt, was zu Beschädigungen des Akkus oder zu einer Reduzierung seiner Lebensdauer führt, wenn der Akku über­ laden wird oder der Schnellader in einer kälteren Umgebung ver­ wendet wird.

Ein anderes Beispiel eines konventionellen Batterieladegeräts ist das Pufferladegerät, das einen verhältnismäßig kleinen La­ destrom erzeugt, etwa 10% des maximalen Ladestroms, der von dem Akku ohne Beschädigungen aufgenommen werden kann. Solche Pufferladegeräte benötigen keine Schutzeinrichtungen, um den Akku vor einer Überladung zu schützen, benötigen aber dafür verhältnismäßig lange Aufladezeiten. Das bringt es in der Pra­ xis mit sich, daß mit Pufferladegeräten aufgeladene Akkus häu­ fig ungenügend aufgeladen sind und unter Last nicht genügend Strom abgeben können.

Aus der US-PS 5,055,763 ist ein elektronisches Batterieladege­ rät zum Aufladen eines oder mehrerer Akkumulatoren bekannt, das einen Schaltkreis mit Anschlüssen für die aufzuladenden Akkumu­ latoren enthält. Der Schaltkreis umfaßt eine Spannungsquelle zum Bereitstellen eines Ladestroms für die Akkumulatoren, steu­ erbare Schalteinrichtungen zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Spannungsquelle und den Akkumulatoren, und einen Mikroprozessor mit einer Steuerverbindung zu jeder der steuerbaren Schalteinrichtungen zum Steuern der Verbindung zwischen der Spannungsquelle und den jeweiligen aufzuladenden Akkumulatoren. Der Mikroprozessor enthält Mittel zur sequenti­ ellen Steuerung der Schalteinrichtungen, um die Akkus zeitge­ staffelt, d. h. einen Akku zu einer Zeit sich wiederholenden Ab­ ständen mit Ladestrom zu versorgen. Der Schaltkreis enthält ferner Mittel, die in Abhängigkeit zur Klemmenspannung jedes Akkus vor Beginn und während jedes Ladevorgangs stehen, und die elektrische mit dem Mikroprozessor verbunden sind. Der Mikro­ prozessor ist so programmiert, daß er die Differenz zwischen der Klemmenspannung jedes Akkus vor dem Ladevorgang und während des Ladevorgangs berechnet. Der Schaltkreis enthält ferner eine Spannungsspeichereinrichtung, die für jeden Akku den Minimalwert der Spannungsdifferenz während jeder Ladeperiode abspeichert, und Mittel zur Beendigung des Ladevorgangs für einen Akku, wenn die berechnete Klemmenspannungsdifferenz den abgespeicherten Minimalwert um einen vorbestimmten Spannungsbetrag überschrei­ tet.

Der Nachteil dieses bekannten Batterieladegeräts liegt darin, daß der Ladevorgang fortgesetzt wird, bis die Klemmenspannungs­ differenz den abgespeicherten Minimalwert um einen vorbestimm­ ten Wert überschreitet. Ein solches Aufladen von Akkus ist auf Bleiakkumulatoren nicht anwendbar, da es diese beschädigen kann. Dieses bekannte Batterieladegerät kann nur für Nickel- Cadmium-Akkumulatoren benutzt werden, wodurch die Verwendbar­ keit dieses bekannten Batterieladegeräts stark eingeschränkt ist.

Es ist weiterhin von Nachteil, daß bei jenem bekannten Batte­ rieladegerät die Pufferladung zum Einsatz kommt, wenn die Bat­ teriespannung kleiner 0,7 Volt ist. Ein Akku mit einer derarti­ gen Klemmenspannung ist ungewöhnlich und sollte nicht einer Schnelladung unterzogen werden. Daher ist das bekannte Batte­ rieladegerät für den Pufferladebetrieb nicht geeignet, solang normale Akkumulatoren geladen werden sollen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batterieladege­ rät der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß es in der Lage ist, unterschiedliche Akkutypen zu laden und die Nach­ teile des aus dem Stand der Technik bekannten Batterieladege­ räts zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1, und - unabhängig davon - durch die Merkmale des An­ spruchs 6 sowie durch die Verfahrensmerkmale des Anspruchs 7 gelöst.

Das erfindungsgemäße Batterieladegerät sowie das erfindungsge­ mäße Verfahren zum Aufladen von Akkumulatoren weist eine Reihe erheblicher Vorteile auf. Zum einen ist das Batterieladegerät in der Lage, den Ladestrom in Abhängigkeit des Ladestatus der aufzuladenden Akkus zu verändern, da das erfindungsgemäße Bat­ terieladegerät die aktuelle Klemmenspannung der aufzuladenden Akkumulatoren mit einer Teilspannung der maximalen Akku-Klem­ menspannung vergleicht, um festzustellen, ob der Akku bis zu einem Sättigungspunkt aufgeladen wurde. Der Ladevorgang wird automatisch beendet, wenn die aktuelle Klemmenspannung des Ak­ kus unter die Teilspannung fällt. Somit ist das Batterieladege­ rät der vorliegenden Erfindung besonders geeignet, um die ver­ schiedensten Akkumulatortypen zu laden, da eine Unterladung oder eine Überladung der Akkus wirkungsvoll verhindert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

So ist beispielsweise bevorzugt vorgesehen, daß die Ladekon­ trolleinheit ferner eine Detektorschaltung enthält, um festzu­ stellen, ob die Akkumulatoren an das Batterieladegerät ange­ schlossen sind, wobei die Detektorschaltung die Spannungsspei­ chereinrichtung abschaltet, wenn die Akkumulatoren nicht an das Batterieladegerät angeschlossen sind.

In Weiterbildung der Ladekontrolleinheit ist bevorzugterweise vorgesehen, daß diese ein logisches UND-Gatter enthält, das die Pulse vom Pulsgenerator und das Steuersignal von der Verglei­ cherschaltung erhält, wobei das UND-Gatter die Pulse an die Schalteinrichtung leitet, wenn das Steuersignal nicht anliegt.

Die Spannungsspeichereinrichtung enthält bevorzugt folgende wei­ tere Bauteile: eine Oszillatorschaltung, die eine Reihe von Pulsen erzeugt; eine Zähleinrichtung, die die Pulse von der Os­ zillatorschaltung erhält und die einen analogen Spannungsaus­ gang generiert, welcher der Anzahl der erhaltenen Pulse ent­ spricht; und eine zweiter Vergleicherschaltung, die den analo­ gen Spannungsausgang der Zähleinrichtung mit der aktuellen Klemmenspannung der Akkumulatoren vergleicht, und die die Os­ zillatorschaltung abschaltet, wenn der analoge Spannungsausgang kleiner ist, als die aktuelle Klemmenspannung.

Für die Ladekontrolleinheit ist ferner vorzugsweise vorgesehen, daß diese eine Rückstelleinrichtung enthält, die elektrisch mit dem Pulsgenerator verbunden ist und die jedesmal, wenn der Pulsgenerator einen Puls erzeugt, ein Rückstellsignal an die Spannungsspeichereinrichtung abgibt.

Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines Batterieladegeräts;

Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm aus dem Betrieb des er­ sten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ladekontrolleinheit des Batterieladegeräts gemäß Fig. 1;

Fig. 4 ein Schaltbild der Ladekontrolleinheit gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein Schaltbild zur Darstellung, wie die Ladekon­ trolleinheit gemäß Fig. 4 die Spannungsquelle ab- bzw. zuschaltet;

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Ladekontrolleinheit einer zweiten Ausführungsform des Batterieladegeräts;

Fig. 7 ein Schaltbild der Ladekontrolleinheit gemäß Fig. 6;

Fig. 8 ein Schaltbild einer Spannungsspeichereinrichtung zum Abspeichern einer maximalen Akku-Klemmenspan­ nung, innerhalb der Ladekontrolleinheit gemäß den Fig. 6 und 7;

Fig. 9 ein Blockschaltbild der Ladekontrolleinheit einer dritten Ausführungsform eines Batterieladegeräts;

Fig. 10 ein Schaltbild der Ladekontrolleinheit gemäß Fig. 9;

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbei­ spiels eines Batterieladegeräts;

Fig. 12 ein Spannungs-Zeit-Diagramm aus dem Betrieb des vierten Ausführungsbeispiels eines Batterieladege­ räts;

Fig. 13 ein detaillierteres Blockschaltbild des vierten Ausführungsbeispiels eines Batterieladegeräts;

Fig. 14 ein Schaltbild einer Ladekontrolleinheit und eines Pulsgenerators des vierten Ausführungsbeispiels;

Fig. 15 ein Schaltbild einer Status-Kontrolleinheit, einer Stromsteuereinheit und einer Schalteinrichtung des vierten Ausführungsbeispiels; und

Fig. 16 ein Schaltbild einer spannungsgesteuerten Strom­ quelle und einer Gleichspannungsquelle des vierten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Batterielade­ geräts. Es enthält eine Gleichspannungsquelle 11, eine Strom­ quelle 12 (z. B. einen Strombegrenzer oder ein Konstantstrom­ bauteil), eine Schalteinrichtung 13 zum Zu- bzw. Abschalten der Spannungsquelle 11, und eine Ladekontrolleinheit 2. Die Lade­ kontrolleinheit 2 steuert die Schalteinrichtung 13, um die Aufladung für Akkumulatoren 3 zu beginnen oder zu beenden.

Fig. 2 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm für verschiedene Span­ nungssignale gemäß dem Betrieb des Batterieladegeräts gemäß Fig. 1. Die Ladekontrolleinheit 2 wird dazu benutzt, den Lade­ strom zu den aufzuladenden Akkumulatoren intermittierend zu un­ terbrechen. Die Ladekontrolleinheit 2 speichert eine maximale Klemmenspannung V1 der Akkumulatoren 3 ab und vergleicht dann eine Teilspannung V2 der Klemmenspannung V1 mit der aktuellen Klemmenspannung V3 der Akkumulatoren, wenn die Zufuhr des La­ destroms zu den Akkumulatoren 3 unterbrochen ist. Die Spitzen in der Kurve der aktuellen Akkumulator-Klemmenspannung V3 zei­ gen, daß die Klemmenspannung V3 abfällt, wenn der Ladestrom zu den Akkumulatoren 3 unterbrochen ist. Der Ladevorgang wird so­ lange fortgesetzt, wie die aktuelle Klemmenspannung V3 größer ist als die Teilspannung V2. Die Ladekontrolleinheit 2 steuert die Schalteinrichtung 13, um die elektrische Verbindung zwi­ schen der Spannungsquelle 11 und den Akkumulatoren 3 zu unter­ brechen.

Die Ladekontrolleinheit gemäß den Fig. 3 und 4 enthält eine Batteriespannungs-Aufbereitungseinheit 21, einen NICHT-LADE-De­ tektor 22, eine Spannungsspeichereinrichtung 23 zum Abspeichern einer maximalen Batterie-Klemmenspannung V1, einen Spannungs­ teiler 24, einen Komparator 25, einen Pulsgenerator 26 und ein UND-Gatter 27.

Die Aufbereitungseinheit 21 enthält eine Kapazität 210 und einen Widerstand 211 und ist mit den aufzuladenden Akkumulato­ ren 3 verbunden, wodurch die Kapazität 210 über den Widerstand 211 auf die aktuelle Batterie-Klemmenspannung V3 aufgeladen wird. Die Spannung über der Kapazität 210 wird einem der Ein­ gänge eines Operationsverstärkers 220 des NICHT-LADE-Detektors 22 zugeführt. Der NICHT-LADE-Detektor 22 dient dazu festzustel­ len, ob ein aufzuladender Akkumulator 3 mit dem Batterieladege­ rät verbunden ist oder nicht. Der andere Eingang des Operati­ onsverstärkers 220 ist mit einer Zener-Diode 221 verbunden. Der Operationsverstärker 220 vergleicht die aktuelle Akku-Klemmen­ spannung V3 mit der invertierten Zenerspannung der Zener-Diode 221. Eine Diode 222 dient der Verbindung des Ausgangs des Ope­ rationsverstärkers 220 mit der Spannungsspeichereinrichtung 23. Wenn die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 größer ist als die invertierte Zenerspannung der Zener-Diode 221, liegt an dem Ausgang des Operationsverstärkers 220 ein logisches High-Signal an, wodurch die Diode 222 gesperrt wird um anzuzeigen, daß ein aufzuladender Akku 3 vorhanden ist. Der Operationsverstärker 220 nimmt zu diesem Zeitpunkt keinen Einfluß auf den Betrieb der Speichereinrichtung 23.

Die Speichereinrichtung 23 speichert die maximale Akku-Klemmen­ spannung V1 in einem Kondensator 231. Die Speichereinheit 23 enthält einen Operationsverstärker 232, der zu einem Vergleich der maximalen Akku-Klemmenspannung V1, die in der Kapazität 231 abgespeichert ist, mit der aktuellen Akku-Klemmenspannung V3 benutzt wird. Wenn letztere größer ist als die maximale Klem­ menspannung V1, erzeugt der Operationsverstärker 232 ein logi­ sches High-Signal, um den Kondensator 231 auf die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 aufzuladen. Andernfalls wird die an dem Kondensator 231 anliegende Spannung auf ihrem gegenwärtigen Wert beibehalten. Die maximale Akku-Klemmenspannung V1 liegt auch an dem Spannungsteiler 24 an, der eine Teilspannung V2 daraus abzweigt. Das Verhältnis der Teilspannung V2 zur maxima­ len Akku-Klemmenspannung V1 hängt von dem Wert der Widerstände 241, 242 ab. Der Komparator 25 dient dem Vergleich der Teil­ spannung V2 mit der aktuellen Akku-Klemmenspannung V3. Er er­ zeugt ein logisches High-Signal, wenn die aktuelle Klemmenspan­ nung V3 größer ist, als die Teilspannung V2. Der Komparator 25 und der Pulsgenerator 26 sind an die Eingänge des UND-Gatters 27 angeschlossen. Wenn sich die Ausgangssignale des Komparators 25 und des Pulsgenerators 26 auf einem logischen High-Status befinden, liegt auch der Ausgang des UND-Gatters 27 entspre­ chend auf einem logischen High-Niveau, wodurch ein Transistor 271 leitend wird. Der Ausgang A der Ladekontrolleinheit 2 liegt auf einem logischen Low-Niveau, wodurch ein Ladestrom zu den aufzuladenden Akkus 3 fließen kann.

Wenn sich der Ausgang des Komparators 25 auf einem logischen High-Niveau befindet, liegt der Ausgang des UND-Gatters 27 auf einem logischen Low-Niveau. Der Transistor 271 ist in einem nicht-leitenden Zustand, und der Ausgang A der Ladekontrollein­ heit 2 liegt auf einem logischen High-Niveau, wodurch ein Lade­ strom zu den Akkumulatoren 3 unterbrochen wird. Daraus ergibt sich, daß das Ausgangssignal des Pulsgenerators 26 dazu benutzt wird, die intermittierende Versorgung der aufzuladenden Akkus 3 mit Ladestrom zu steuern. Der Ausgang des Komparators 25 hinge­ gen wird benutzt, um den Ladevorgang zu beenden, wenn die aktu­ elle Akku-Klemmenspannung V3 kleiner ist als die Teilspannung V2.

Fig. 5 zeigt, wie die Ladekontrolleinheit 2 den Betrieb der Schalteinrichtung 13 steuert. Die Schalteinrichtung 13 dient dazu, die Spannungsquelle 11 elektrisch mit den Akkumulatoren 3 zu verbinden. Wenn der Ausgang A der Ladekontrolleinheit 2 sich auf einem logischen Low-Niveau befindet, leitet ein Relais 131 der Schalteinrichtung 13, wodurch ein Ladestrom zu den Akkus 3 fließt. Wenn der Ausgang A der Ladekontrolleinheit 2 auf einem logischen High-Niveau liegt, öffnet das Relais 131, wodurch der Ladestrom zu den Akkus 3 unterbrochen wird.

Im Rückblick auf Fig. 2 wird deutlich, daß die Klemmenspannun­ gen V1, V3 kontinuierlich ansteigen, solang die Akkus 3 noch nicht bis zu ihrem Sättigungspunkt aufgeladen sind. Wenn die Akkus 3 an ihrem Sättigungspunkt angelangt sind, wird die Klem­ menspannung V3 kleiner als die Teilspannung V2, wodurch der Ausgang A der Ladekontrolleinheit 2 einen logischen High-Status annimmt und die Schalteinrichtung 13 derart gesteuert wird, daß die elektrische Verbindung zwischen der Spannungsquelle 11 und den Akkus 3 unterbrochen wird. In dieser Ausführungsform ist die Teilspannung V2 vorzugsweise das 0,9-fache der maximalen Akku-Klemmenspannung V1. Das Verhältnis der Teilspannung V2 zur Klemmenspannung V1 kann jedoch derart verändert werden, daß es an die Charakteristika der aufzuladenden Akkus 3 angepaßt ist.

Anhand des vorstehend erläuterten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung wurde deutlich, daß jenes Batterieladegerät die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 mit einer Teilspannung V2 der maximalen Klemmenspannung V1 vergleicht, um festzustellen, ob die Akkus 3 bis zum Sättigungspunkt aufgeladen wurden. Selbst­ verständlich kann das Batterieladegerät Anzeigevorrichtungen, die hier nicht dargestellt sind, enthalten, die beispielsweise optisch einen Hinweis darauf geben, ob der Ladevorgang noch an­ dauert oder bereits beendet wurde.

Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ladekon­ trolleinheit 2′ eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Batte­ rieladegeräts. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ausgang des Komparators 25′ mit dem Eingang des Pulsgenerators 26′ ver­ bunden. Unter Hinzunahme von Fig. 7 enthält die Ladekontroll­ einheit 2′ ferner eine Batteriespannungs-Aufbereitungseinheit 21′, einen NICHT-LADE-Detektor 22′, eine Spannungsspeicherein­ richtung 23′ zum Abspeichern einer maximalen Akku-Klemmenspan­ nung V1, sowie einen Spannungsteiler 24′.

Die Ladekontrolleinheit 2′ ist im wesentlichen ähnlich aufge­ baut wie die gemäß Fig. 4. Der wesentliche Unterschied besteht in dem Aufbau der Speichereinrichtung 23′. Diese wird nachfol­ gend anhand der Fig. 8 näher erläutert.

Fig. 8 zeigt ein schematisches Schaltbild der Speichereinrich­ tung 23′. Diese enthält einen Oszillatorschaltkreis 231′, einen Aufwärtszähler 232′ und einen Operationsverstärker 233′. Der Aufwärtszähler 232′ erhält von dem Oszillatorschaltkreis 231′ Pulssignale und erzeugt einen Analogausgang, der den erhaltenen Pulsen entspricht. Der Operationsverstärker 233′ vergleicht den Analogausgang des Aufwärtszählers 232′ mit der aktuellen Akku- Klemmenspannung V3. Wenn der Analogausgang niedriger ist als die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3, fährt der Oszillator­ schaltkreis 231′ fort, den Aufwärtszähler 232′ mit Pulssignalen zu versorgen. Wenn der Analogausgang größer ist als die aktu­ elle Akku-Klemmenspannung V3, erzeugt der Operationsverstärker 233′ ein logisches Low-Signal, das von dem Oszillatorschalt­ kreis 231′ empfangen wird, wodurch der Oszillatorschaltkreis 231′ davon abgehalten wird, weiterhin Pulssignale an den Auf­ wärtszähler 232′ abzugeben. Der Ausgang des Aufwärtszählers 232′ wird somit entsprechend der maximalen Akku-Klemmenspannung V1 gehalten. Die nachfolgenden Abläufe entsprechen denjenigen im dem vorher beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Die ma­ ximale Akku-Klemmenspannung V1 liegt auch an dem Spannungstei­ ler 24′ an, der daraus eine Teilspannung V2 abzweigt. Der Kom­ parator 25′ vergleicht die Teilspannung V2 mit der aktuellen Akku-Klemmenspannung V3 und erzeugt dann ein logisches Low- Signal, wenn die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 größer ist, als die Teilspannung V2, wodurch ein Transistor 251′ nicht leitend wird. Der Pulsgenerator 26′ benutzt einen RC-Auflade- Entlade-Schaltkreis, um eine Pulsfolge zu erzeugen, die als Ausgang A der Ladekontrolleinheit 2′ dient. Der Ausgang A ist mit der Schalteinrichtung 13 verbunden (siehe Fig. 5) und dient der intermittierenden Zufuhr des Ladestroms an die Akkus 3.

Der Komparator 25′ erzeugt ein logisches High-Signal, wenn die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 kleiner ist, als die Teilspan­ nung V2. Der Transistor 251′ (Fig. 7) leitet dann und verhin­ dert die Entladung eines Kondensators des RC-Schaltkreises des Pulsgenerators 26′, wodurch der Pulsgenerator 26′ davon abge­ halten wird, eine Pulsfolge an den Ausgang A der Ladekontroll­ einheit 2′ abzugeben. Somit ist der Ladevorgang zu diesem Zeit­ punkt beendet.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Ladekontrolleinheit 2′′ eines dritten Ausführungsbeispiels eines Batterieladegeräts. Die La­ dekontrolleinheit 2′′ ist im wesentlichen ähnlich aufgebaut, wie die Ladekontrolleinheit 2′ des zweiten Ausführungsbei­ spiels, ist jedoch darüber hinaus mit einer Rückstelleinrich­ tung 27 versehen. Die Rückstelleinrichtung 27 wird durch den Pulsgenerator 26′′ gesteuert und enthält einen Widerstand 271, der mit einem Kondensator 272 verbunden ist. Der Ausgangsan­ schluß der Rückstelleinrichtung 27 ist mit dem NICHT-LADE-De­ tektor 22′′ verbunden. Wenn der Ausgang des Pulsgenerators 26′′ von einem logischen High-Status auf einen logischen Low-Status wechselt, erzeugt die Rückstelleinrichtung 27 ein Rückstellsig­ nal für den NICHT-LADE-Detektor 22′′, wodurch der Ausgang des NICHT-LADE-Detektors 22′′ auf einen logischen Low-Status wech­ selt und somit die Speichereinrichtung 23′′ rückgestellt wird. Die Analogspannung, die vorher in der Speichereinheit 23′′ ab­ gespeichert war, ist somit gelöscht, und die maximale Akku- Klemmenspannung V1 für die nachfolgende Lade-Periode kann in der Speichereinrichtung 23′′ abgespeichert werden, wenn der Ausgang des Pulsgenerators 26′′ auf einen logischen High-Status zurückschaltet.

Die vorangegangenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Lademethode mit einem begrenzten oder konstanten Ladestrom. Der Aufbau der bisherigen Ausführungsbeispiele kann dahingehend mo­ difiziert werden, daß automatische Anpassungen der Größe des Ladestroms erfolgen, um eine Anpassung an die Ladecharakteri­ stika der aufzuladenden Akkus zu erreichen.

Fig. 11 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Batterie­ ladegerätes. Es umfaßt eine Ladekontrolleinheit 30, einen Pulsgenerator 4, eine Status-Steuereinheit 5, eine Strom­ steuereinheit 6, einen Stromstatusanzeiger 60, eine spannungs­ gesteuerte Stromquelle 7, eine Schalteinheit 8, einen Ladean­ zeiger 71 und eine Gleichspannungsquelle 72.

Fig. 12 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm einiger Spannungssig­ nale aus dem Betrieb des fünften Ausführungsbeispiels des Bat­ terieladegerätes. Wie bei den vorhergegangenen Ausführungsbei­ spielen speichert die Ladekontrolleinheit 30 die maximale Akku- Klemmenspannung V1 der aufzuladenden Akkus 10 ab. Die Ladekon­ trolleinheit 30 vergleicht dann große und kleine Teilspannungen V21, V22 der maximalen Akku-Klemmenspannung V1 mit der aktuel­ len Akku-Klemmenspannung V3. Den Akkus 10 wird ein großer Lade­ strom zugeführt, wenn die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 grö­ ßer ist, als die größere Teilspannung V21. Hingegen wird den Akkus 10 ein kleiner Ladestrom zugeführt, wenn die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 kleiner ist als die kleinere Teilspan­ nung V22. Die Aufladung der Akkumulatoren 10 wird beendet, wenn die aktuelle Akku-Klemmenspannung V3 einen Wert zwischen der größeren und der kleineren Teilspannung V21, V22 aufweist.

Das vierte Ausführungsbeispiel eines Batterieladegeräts wird nun anhand der Fig. 13 bis 16 näher erläutert. Die Ladekon­ trolleinheit 30 ist im wesentlichen gleich aufgebaut mit den Ladekontrolleinheiten der vorangegangenen Ausführungsbeispie­ len. Im Unterschied zu letzteren weist die Ladekontrolleinheit 30 zwei Spannungsteilersätze 31 und zwei Komparatorsätze 32 auf. Jeder der Spannungsteiler 31 zweigt die entsprechende Teilspannung V21, V22 von der maximalen Akku-Klemmenspannung V1 ab. Jeder der Komparatoren 32 vergleicht die aktuelle Akku- Klemmenspannung V3 mit einer entsprechenden Teilspannung V21, V22. Die Ausgangssignale der Komparatoren 32 liegen an der Sta­ tus-Steuereinheit 5 an. Die Status-Steuereinheit 5 ist ein lo­ gischer Steuerschaltkreis, der die Ausgangspulse des Pulsgene­ rators 4 erhält und der ein Informationssignal an die Strom­ steuereinheit 6 abgibt, wenn ein großer oder ein kleiner Lade­ strom an die Akkus 10 abgegeben werden soll.

Die Stromsteuereinheit 6 enthält einen Aufwärts-/Abwärts-Zähler 61, einen D/A-Wandler 62 und einen Filter 63. Der Aufwärts-/Ab­ wärts-Zähler 61 initiiert eine Aufwärts- oder Abwärtszählung entsprechend den Ausgangssignalen der Komparatoren 32 und des logischen Ausgangs der Status-Steuereinheit 5. Wenn die aktu­ elle Akku-Klemmenspannung V3 größer ist, als die größere Teil­ spannung V21, führt der Aufwärts-/Abwärts-Zähler 61 eine Auf­ wärtszählung durch. Der Aufwärts-/Abwärts-Zähler 61 führt hin­ gegen eine Abwärtszählung durch, wenn die aktuelle Akku-Klem­ menspannung V3 kleiner ist als die kleinere Teilspannung V22. Der Zählerausgang des Aufwärts-/Abwärts-Zählers 61 wird von dem D/A-Wandler 62 empfangen und in ein entsprechendes Analog-Span­ nungssignal umgewandelt. Das Analog-Spannungssignal wird von der spannungsgesteuerten Stromquelle 7 über den Filter 63 emp­ fangen. Die Stromquelle 7 steuert die Größe des Ladestroms von der Spannungsquelle 72 an die Akkumulatoren 10. Wenn der Auf­ wärts-/Abwärts-Zähler 61 eine Aufwärtszählung durchführt, wird den Akkus 10 ein ansteigender Ladestrom zugeführt. Wenn der Aufwärts-/Abwärts-Zähler 61 hingegen eine Abwärtszählung durch­ führt, wird den Akkumulatoren 10 ein abnehmender Ladestrom zu­ geführt. Der Analog-Spannungsausgang der Stromsteuereinheit 6 liegt auch an dem Stromstatusanzeiger 60 an, so daß ein Anzeige des an die Akkumulatoren 10 abgegebenen Ladestroms erfolgt.

Die Schalteinheit 8 dient der Feststellung, ob der Ladevorgang beendet werden soll. Die Schalteinheit 8 enthält eine Abschalt- Spannungs-Anzeige 81, einen Zeitgeber 82 und einen Komparator 83. Der Zeitgeber 82 unterbindet ein Laden der Akkus 10 für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Einschalten des Batte­ rieladegerätes. Dadurch werden Auswirkungen des anfänglichen Spannungsstoßes der Klemmenspannung der Akkumulatoren 10, der für gewöhnlich zu Beginn eines Ladevorgangs auftritt, auf den Betrieb der Ladungskontrolleinheit 30 verhindert. Der Span­ nungsabschaltanzeiger 81 ist so eingestellt, daß er eine Aus­ gangsspannung erzeugt, die der Akku-Klemmenspannung entspricht, wenn nur 10% des normalen Ladestroms an die Akkus 10 abgegeben wird. Der Komparator 83 dient der Feststellung, wann der Ana­ log-Spannungsausgang der Stromsteuereinheit 6 kleiner ist als die voreingestellte Referenzspannung des Spannungs-Abschaltan­ zeigers 81. Wenn der Komparator 83 eine solche Bedingung er­ kennt, erzeugt er ein Steuersignal und gibt es an die span­ nungsgesteuerte Stromquelle 7 ab, so daß die Aufladung der Ak­ kumulatoren 10 beendet wird. Selbstverständlich kann der Aufbau der Schalteinheit 8 dahingehend modifiziert werden, daß der La­ devorgang der Akkus 10 nach einer vorbestimmten Aufladezeit beendet wird.

Claims (7)

1. Batterieladegerät zum Aufladen von Akkumulatoren (3), mit
einer Spannungsquelle (11) zum Bereitstellen eines Ladestroms für die Akkumulatoren (3); und mit
einer steuerbaren Schalteinrichtung (13) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Spannungsquelle (11) und den Akkumulatoren (3);
gekennzeichnet durch
eine Ladekontrolleinheit (2, 2′, 2′′) mit einem Pulsgenerator (26, 26′, 26′′) zum Erzeugen einer Reihe von Pulsen, welche die Schalteinrichtung (13) steuern, um intermittierend die Span­ nungsquelle (11) und die Akkumulatoren (3) elektrisch zusammen­ zuschalten oder zu trennen; einer Spannungsspeichereinrichtung (23, 23′, 23′′), die mit den Akkumulatoren elektrisch verbunden ist, zum Abspeichern einer Klemmenspannung (V1) der Akkumulato­ ren (3); mit einer Spannungsteilereinrichtung (24, 24′, 24′′), die die maximale Klemmenspannung (V1) von der Spannungsspei­ chereinrichtung (23, 23′, 23′′) erhält und eine Teilspannung (V2) von der maximalen Klemmenspannung (V1) abzweigt; und mit einer Vergleicherschaltung (25, 25′), welche die Teilspannung (V2) mit einer aktuellen Klemmenspannung (V3) der Akkumulatoren (3) vergleicht, und welche ein Steuersignal erzeugt, das ver­ hindert, daß die Schalteinrichtung (13) die Pulse des Pulsgene­ rators (26, 26′, 26′′) erhält, wodurch die Spannungsquelle (11) elektrisch von den Akkumulatoren (3) getrennt wird, so daß das Aufladen der Akkumulatoren (3) beendet wird, wenn die aktuelle Klemmenspannung (V3) kleiner ist, als die Teilspannung (V2).

2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladekontrolleinheit (2, 2′, 2′′) ferner eine Detektorschaltung (22, 22′, 22′′) enthält, zum Feststellen, ob die Akkumulatoren (3) an das Batterieladegerät angeschlossen sind, wobei die Detektorschaltung (22, 22′, 22′′) die Spannungsspeichereinrichtung (23, 23′, 23′′) abschaltet, wenn die Akkumulatoren (3) nicht an das Batterieladegerät ange­ schlossen sind.

3. Batterieladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladekontrolleinheit (2) ferner ein logisches UND-Gatter (27) enthält, das die Pulse vom Puls­ generator (26, 26′, 26′′) und das Steuersignal von der Verglei­ cherschaltung (25, 25′) erhält, wobei das UND-Gatter (27) die Pulse an die Schalteinrichtung (13) leitet, wenn das Steuersig­ nal nicht anliegt.

4. Batterieladegerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspeichereinrichtung (23′) eine Oszillatorschaltung (231′) enthält, die eine Reihe von Pulsen erzeugt, eine Zähleinrichtung (232′), die die Pulse von der Oszillatorschaltung (231′) erhält und die einen analo­ gen Spannungsausgang generiert, welcher der Anzahl der erhalte­ nen Pulse entspricht, und eine zweite Vergleicherschaltung (233′), die den analogen Spannungsausgang der Zähleinrichtung (232′) mit der aktuellen Klemmenspannung (V3) der Akkumulatoren (3) vergleicht, und die die Oszillatorschaltung (231′) abschal­ tet, wenn der analoge Spannungsausgang kleiner ist, als die ak­ tuelle Klemmenspannung (V3).

5. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladekontrolleinheit (2′′) fer­ ner eine Rückstelleinrichtung (27) enthält, die elektrisch mit dem Pulsgenerator (26′′) verbunden ist und die jedesmal, wenn der Pulsgenerator (26′′) einen Puls erzeugt, ein Rückstellsig­ nal an die Spannungsspeichereinrichtung (23′′) abgibt.

6. Batterieladegerät zum Aufladen von Akkumulatoren (10), mit
einer Spannungsquelle (72) zum Bereitstellen eines Ladestroms für die Akkumulatoren (10); und mit
einer spannungsgesteuerte Stromquelle (7), die die Spannungs­ quelle (72) und die Akkumulatoren (10) elektrisch miteinander verbindet;
gekennzeichnet durch
eine Ladekontrolleinheit (30) mit einem Pulsgenerator (4) zum Erzeugen einer Reihe von Pulsen, welche die spannungsgesteuerte Stromquelle (7) steuern, um intermittierend die Spannungsquelle (72) und die Akkumulatoren (10) elektrisch zusammenzuschalten oder zu trennen; mit einer Spannungsspeichereinrichtung (33), die mit den Akkumulatoren (10) elektrisch verbunden ist, zum Abspeichern einer maximalen Klemmenspannung (V1) der Akkumula­ toren (10); mit einem ersten und einem zweiten Spannungsteiler (31, 32), die die maximale Klemmenspannung (V1) von der Span­ nungsspeichereinrichtung (33) erhalten und die eine größere und eine kleinere Teilspannung (V21, V22) von der maximalen Klem­ menspannung (VI) abzweigen; mit einer ersten und einer zweiten Vergleicherschaltung (32, 33), welche die Teilspannungen (V21, V22) mit einer aktuellen Klemmenspannung (V3) der Akkumulatoren (10) vergleicht; mit einer Stromsteuereinheit (6), die ein zu­ nehmendes analoges Spannungssignal erzeugt, wenn die aktuelle Klemmenspannung (V3) größer ist, als die größere Teilspannung (V21), und ein abnehmendes analoges Spannungssignal erzeugt, wenn die aktuelle Klemmenspannung (V3) kleiner ist, als die kleinere Teilspannung (V22), wobei die spannungsgesteuerte Stromquelle (7) das analoge Spannungssignal von der Strom­ steuereinheit (6) erhält und die Stromstärke des Ladestroms für die Akkumulatoren entsprechend dem analogen Spannungssignal steuert; und mit einer Schalteinheit (8), welche ein Steuersig­ nal erzeugt, das verhindert, daß die spannungsgesteuerte Strom­ quelle (7) die Pulse des Pulsgenerators (4) erhält, wenn das analoge Spannungssignal von der Stromsteuereinheit (6) kleiner ist, als ein voreingestellter Abschalt-Spannungswert, wodurch die Spannungsquelle (72) elektrisch von den Akkumulatoren (10) getrennt wird.

7. Verfahren zum Aufladen von Akkumulatoren (3), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) die aufzuladenden Akkumulatoren (3) werden mittels einer Schalteinrichtung (13) elektrisch mit einer Spannungsquelle (11) zum Bereitstellen eines Ladestroms für die Akkumulatoren (3) verbunden;
• b) ein Pulsgenerator (26, 26′, 26′′) erzeugt eine Reihe von Pulsen, welche die Schalteinrichtung (13) steuern, um intermittierend die Spannungsquelle (11) und die Akkumulatoren (3) elektrisch zusammenzuschalten oder zu trennen;
• c) in einer Spannungsspeichereinrichtung (23, 23′, 23′′) wird eine maximale Klemmenspannung (V1) der Akkumulatoren (3) abgespei­ chert;
• d) von der maximalen Klemmenspannung (V1) wird eine Teilspannung (V2) abgezweigt;
• e) die Teilspannung (V2) wird mit einer aktuellen Klemmenspannung (V3) der Akkumulatoren (3) verglichen; und
• f) es wird ein Steuersignal erzeugt, das verhindert, daß die Schalteinrichtung (13) die Pulse des Pulsgenerators (26, 26′, 26′′) erhält, wodurch die Spannungsquelle (11) elektrisch von den Akkumulatoren (3) getrennt wird, so daß das Aufladen der Akkumulatoren (3) beendet wird, wenn die aktuelle Klemmenspan­ nung (V3) kleiner ist, als die Teilspannung (V2).