CIRCUIT ARRANGEMENT FOR RECHARGING A BATTERY DEPENDING ON ITS CAPACITY

Abstract: 1. Arrangement for the capacity-dependent recharging of an accumulator, comprising a current sensing device (1.5) for measuring the quantity of charge removed from the accumulator (1.1), the information of which device, concerning the quantity of charge removed, can be temporarilly stored in a memory (1.8) in which other circuit-specific data are stored, it being possible to transfer the data content from the memory (1.8) to a charging station (2) and supply it to an analysing device (2.4) which acquires the data transferred, processes them and by this means controls a control arrangement (2.3) in such a manner that the accumulateur (1.1) can be recharged from a voltage supply device (2.1), characterized in that the memory (1.8) and the analysing device (2.4) are separate from each other and can be connected to each other via charging contacts (A, B) and that the data exchange between the memory (1.8) and the analysing device (2.4) occurs via one transmit/receive component (1.6) each at the memory (1.8) and (2.2) at the analysing unit (2.4) via the charging contacts (A, B).

Description: Verfahren und Schaltungsanordnung zur kapazitätsabh ngi- gen Nachladung eines Akkumulators Die Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur kapazitätsabhängigen Nachladung eines Akkumulators. Elektrische und elektronische Geräte werden häufig aus einer elektrochemischen Energiequelle mit Spannung ver- sorgt. Bei Geräten mit groRem Strombedarf werden häufig Batterien (Akkumulatoren) eingesetzt, die durch eine Aufladung immer wieder verwendbar sind. Die bekanntesten Batteriesysteme sind der Blei-Säure-Akkumulator und die Nickel-Cadmium-Batterie. Geräte zum Laden von Batterien sind bekannt aus dem Buch: "Batterien und Brennstoffzellen" vonK.J. Euler, Seite 72 bis 84, Springer-Verlag 1982 und dem Fachbuch: Batterien" von H.A. Kiehne, Seite 182 bis 207, expert-Verlag 1980. In der nachfolgenden Beschreibung wird sowohl die Bezeichnung Batterie als auch Akkumulator verwendet. Damit soll gemeint sein, dass die erfindungsgemässe Anordnung bei allen Arten von elektrochemischen Energiequellen einsetzbar ist. Einfachste Ladegeräte, die eine Batterie mit einem Konstantstrom aufladen, bestehen aus einem Transformator mit nachgeschaltetem Gleichrichter. Dieses Ladegerät wird für eine gewisse Zeit an die Batterie angeschaltet und soll beispielsweise über Nacht die entladene Batterie wieder füllen. Diese Normalladung ist gefahrlos, weil der Ladestrom sehr gering ist. Bei einer beschleunigten Ladung wird eine entladene Batterie innerhalb von ca. 3 Stunden durch einen erhöhten Ladestrom mit der vollen Kapazität aufgeladen. Bei der Schnelladung einer Batterie wird mit einem stark erhöhten Ladestrom gearbeitet. Allerdings ist hierbei eine laufende Kontrolle erforderlich, damit der Zelleninnendruck und die Zellentemperatur der Batterie nicht auf unzulässig hohe Werte ansteigen. Um den Ladezustand einer Batterie festzustellen, kann man beispielsweise bei Blei-Akkumulatoren Säuredichte-Messungen vornehmen. Bekannt sind auch Messungen über Klemmenspannung, Innenwiderstand, Zellentemperatur und Zelleninnendruck, durch die auf den Ladezustand der Batterie geschlossen werden kann. Diese Verfahren sind als lerdings sehr aufwendig. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu finden, damit über eine Ladestation ein Akkumulator entsprechend seinem Entladezustand wieder aufladbar ist. Erfindungsgemäss wird dies durch die Kennzeichen der Patentansprüche erreicht. Vorteilhaft bei dem erfindungsgemässen Verfahren und der Schaltungsanordnung ist besonders die einfache Art der ökonomischen und schonenden Nachladung der Batterie entsprechend der entnommenen Kapazität. Während bei bekannten Ladeverfahren mittels Fühler und Messungen physikalische Eigenschaften der Batterie festgestellt und hierdurch auf den Ladezustand geschlossen wurde, wird jetzt Beginn und Ende der Nachladung durch einfache Stromerfassung ermöglicht. Diese Erfassungs- und Auswerteeinrichtung ist zudem so klein, dass sie leicht beispielsweise bei einer batteriebetriebenen Handleuchte mit in das Leuchtengehäuse integriert werden kann. Damit eine Batterie in der Handleuchte von einer separaten Ladestation aufgeladen werden kann, brauchen in vorteilhafter Weise nur zwei Ladekontakte vorgesehen werden. Uber diese Ladekontakte fliessen dann ausser dem Ladestrom auch die Informationen über Zeit und Stärke des Entladestroms sowie weitere anlagespezifischen Daten. Durch den gezielt abfragbaren Ladezustand der Batterie und die entsprechend einsetzbare Aufladung ist die gesamte Handleuchte auch bei rauhem Betrieb sehr belastungsfähig und ausfallsicher, weil die Batterie eine lange Zyklenlebensdauer hat (durch die schonende Nachladung), sowie eine mässige Selbstentladerate aufweist und überladefest ist. In vorteilhafter Weise ist die Ladestation weiterhin mit einem Anzeigefeld ausgerüstet, wodurch bei Bedarf die eingestellten Werte abrufbar sind. Selbstverständlich können über das Anzeigefeld auch Defekte sowohl in der Ladestation als auch in der Handleuchte angezeigt werden. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei werden die Leitungsverbindungen innerhalb der Handleuchte und der Ladestation nicht gezeigt. Eine batteriebetriebene Handleuchte 1 ist über zwei Ladekontakte A und B mit einer Ladestation 2 verbunden. In der Handleuchte ist eine Batterie 1.1 angeordnet, vorwiegend in Form eines gasdichten Ni/Cd-Akkus. Die gerätespezifische Schaltung 1.2 der Handleuchte wird aus der Batterie 1.1 mit Strom versorgt und über einen Geräteschalter 1.3 betätigt. Als Last ist eine Lampe 1.4 vorgesehen. Als Last könnte aber auch ein anderer Verbrauchen, wie Elektromotor, Lüfter oder dergl. vorgesehen werden. Die gerätespezifische Schaltung 1.2 ist dabei die elektrische Anschaltung des Verbrauchers (Lampe 1.4, Elektromotor, Lüfter). Die gerätespezifische Schaltung 1.2 kann auch aus einem Blinkgeber oder einem speziellen Schalter für eine Tiefentladung bestehen. In der Handleuchte 1 ist weiterhin eine Stromerfassungsvorrichtung 1.5, ein Sende-Empfangsbaustein 1.6, eine Einrichtung 1.7 zur Batterietiefentladungserfassung und ein Speicherteil 1.8 für verschiedene Gerätefunktionen angeordnet. Die Einrichtungen 1.5 bis 1.8 sind, da sie vorwiegend aus elektronischen Bauteilen bestehen und binär arbeiten, so klein, dass sie ohne weiteres in der normalen Handleuchte 1 Platz finden und trotzdem wenig zusätzliches Gewicht erbringen. Die Stromerfassungsvorrichtung 1.5 im Inneren der Handleuchte kann im einfachsten Fall ein Widerstand sein, dessen Spannungsabfall gemessen und ausgewertet wird. Hier und im Speicher 1.8 wird aber auch eine zeitliche Bewertung vorgenommen. Die Einrichtung 1.7 zur Erfassung der Batterietiefentladung besteht beispielsweise aus einer Anordnung elektrischer Bauelemente, wobei die Anordnung einen bestimmten Schaltzustand annimmt, wenn der Akkumulator einen unteren Wert erreicht hat. Diese Anordnung kann nur durch den Mikroprozessor 2.4 zurückge setzt werden. Der in der Handleuchte 1 angeordnete Speicher RAM 1.8 hat die gerätespezifischen Daten'der gesamten Handleuchte 1 gespeichert und gibt diese bei Bedarf auf den Mikroprozessor 2.4. Steht die Handleuchte 1 in der Ladestation 2 und signalisiert der Speicher 1.8 eine nachlassende Batteriekapazität, so wird die Batterie 1.1 entsprechend nachgeladen. Die Ladestation 2 besteht aus einer Spannungsversorgungsvorrichtung 2.1, einem Sende-Empfangsbaustein 2.2, einer Anordnung 2.3 zur Steuerung der Ladeströme, einer Auswerteeinrichtung 2.4 und einem Anzeigefeld 2.5. Für die Auswerteeinrichtung 2.4 der Ladestation 2 wird vorwiegend ein Mikroprozessor eingesetzt, der seine Informationen aus dem Speicherteil 1.8 der Handleuchte 1 über den Sende-Empfangsbaustein 1.6 bezieht. Die im Speicherteil 1.8 abgelegten Funktionen bestehen beispielsweise aus der Einschaltzeit der verschiedenen Lasten 1.4, aus den physikalischen Werten der Batterie 1.1 und Informationen über den Batteriezustand (Tiefentladung). Die Informationen aus dem Speicherteil 1.8 werden zyklisch in einer definierten Reihenfolge über den Sende-Empfangsbaustein 1.6 übertragen, so dass im Mikroprozessor 2.4 eine Bewertung der gemessenen Werte aus der Stromerfassung 1.5 und den Angaben aus den Speicherteil 1.8 vorgenommen werden kann. Der Sende-Baustein 1.6 der Handleuchte 1 sendet während des Übertragungsvorgangs verschiedene digitalen Informationen über die beiden Ladekontakte A und B an den Mikroprozessor 2.4, so dass der Mikroprozessor 2.4 aus der Reihenfolge der digitalen Signale den Zustand der Batterie ableiten kann. Der Mikroprozessor 2.4 steuert dabei das gesamte Ablaufprogramm. Er ist die zentrale Steuereinheit. Der Mikroprozessor 2.4 wertet alle Informationen aus und lädt bei Bedarf über die Anordnung zur Steuerung der Ladeströme 2.3 den Akkumulator 1.1 nach. Diese Steueranordnung 2.3 besteht beispielsweise aus einem vom Mikroprozessor 2.4 geregelten Sperrwandler. Die beiden Ladekontakte A und B zwischen der Handleuchte 1 und der Ladestation 2 sind also sowohl für die strommässige Nachladung der Batterie 1.1 wie auch für die MeB- wertübertragung in beiden Richtungen zwischen Leuchte und Ladestation vorgesehen. Dies ist nur deshalb möglich, weil die Messwert- und Befehlsimpulse aus digitalen Zeichen bestehen, die dem normalen Batterieladestrom überlagert sind.

Claims: Arrangement for the capacity-dependent recharging of an accumulator (1.1) which is located in a mobile apparatus (1) which is coupled to a charging station (2) for recharging of the accumulator (1.1), the mobile apparatus (1) containing a device for detecting the energy quantity absorbed from the accumulator (1.1) and a memory (1.8) for storing information supplied from a current detection device (1.5) on the energy quantity absorbed and further apparatus-specific data, characterised in that , a) the mobile apparatus (1) is coupled to the charging station (2) via charging contacts (A,B), b) both the mobile apparatus (1) and the charging station (2) contain a transmitting/receiving module (1.6, 2.2) for interrogating and transmitting data from the memory (1.8) via the charging contacts (A,B) to the charging station (2), and c) the charging station (2) contains an evaluation device (2.4) which evaluates the interrogated data and passes said data on to a control device (2.3) which controls the charging current for the accumulator (1.1) which is supplied by a voltage supply device (2.2) of the charging station (2). Arrangement according to Claim 1, characterised in that the accumulator (1.1) has a device (1.7) for detecting a deep discharge, these data which correspond to the deep discharge being passed to the memory (1.8) and it being possible to interrogate said data here by means of the evaluation device (2.4). Arrangement according to one of the preceding claims, characterised in that the mobile apparatus is a hand-held light.

Inventors: GRIEWEL, HORST-HUBERT
Applicants: CEAG LICHT- UND STROMVERSORGUNGSTECHNIK GMBH
Application year: 1984
Main classification: H02J7
IPC codes: H02J7