DE4216045A1 - Mehrfach-Ladegerät - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ladegerät mit mehreren Batterie­ schächten für die Aufnahme von wiederaufladbaren Batterien nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Ladegerät, auch als Uni­ versal-Ladegerät bekannt, kann beispielsweise NiCd-Batterien mit unterschiedlicher Bauform und Spannung aufnehmen. Allerdings be­ nötigt das Ladegerät mehrere Stunden zum Aufladen der Batterien. Der Ladevorgang wird erst unterbrochen, wenn die aufzuladenden Batterien eine bestimmte Sollspannung erreicht haben. Die lange Ladezeit ist durch einen relativ geringen Ladestrom bedingt. Der geringe Lade­ strom ist aber erforderlich, damit die Batterien während des Ladens sich nicht zu sehr erwärmen und dadurch beschädigt werden.

Es ist auch schon ein Schnell-Ladegerät bekannt, bei dem eine Batterie in einigen Minuten aufgeladen werden kann. Um die Batterie vor thermischer Überlastung zu schützen, wird dabei ein relativ auf­ wendiges Steuerverfahren für den Ladevorgang verwendet, bei dem gleichzeitig durch Messung der Ladespannung und der Batterie­ temperatur der Ladevorgang überwacht wird. Dieser Steuervorgang ist für eine bestimmte Batterietype optimiert und muß bei einem Wechsel der Batterietype mit einer anderen Kapazität neu abgestimmt werden. Dieser Vorgang ist für den Anwender unerwünscht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ladegerät mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit dem vorge­ gebenen Ladevorgang Batterien beliebiger Kapazität sehr schnell und ohne Eingriff der Bedienperson geladen werden können, da beim Er­ reichen eines vorgegebenen Grenzwertes automatisch auf die nächste zu ladende Batterie umgeschaltet wird. Durch Wichtung der Meß­ parameter mit einem Prioritätsparameter wird einerseits der Lade­ vorgang sehr einfach steuerbar und andererseits eine Schädigung der Batterie, beispielsweise durch Überhitzung oder Überladung, ver­ mieden. Hat zum Beispiel bei einem Schnelladevorgang die Temperatur­ messung der ersten Batterie die höchste Priorität, dann wird der Ladevorgang unabhängig vom Ladezustand unterbrochen, wenn ein vorge­ gebener Temperaturgrenzwert erreicht wird. In der Abkühlzeit dieser Batterie wird auf die nächste zu ladende Batterie umgeschaltet und diese aufgeladen. Durch zyklisches Umschalten der Batterien werden so in einer relativ kurzen Zeit mehrere Batterien aufgeladen. Da jeweils nur eine Batterie mit einem begrenzten Ladestrom versorgt wird, kann das Ladegerät außerdem relativ klein ausgebildet sein. Es ist dadurch besonders preiswert in der Herstellung.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ladegerätes möglich. Eine besonders schnelle Aufladung aller Batterien ergibt sich, wenn die Batterien vom Ladegerät gleichzeitig versorgt werden und so lange geladen werden, bis die Steuerung das Überschreiten eines Grenzwertes feststellt. Ist bei­ spielsweise eine Batterie während des Aufladens zu warm geworden, dann wird sie zeitweise abgeschaltet, bis ihre Temperatur unterhalb des Grenzwertes gesunken ist. Danach kann sie wieder eingeschaltet werden, bis ihre Ladespannung erreicht ist.

Günstig ist weiterhin, daß ein Batterieschacht abgeschaltet oder übersprungen wird, wenn sich in ihm keine aufzuladende Batterie bef­ indet. Dadurch wird der gesamte Ladevorgang verkürzt.

Die Überwachung der Batteriespannung oder der Batterietemperatur ist deswegen erwünscht, weil bei Überschreiten entsprechender Grenzwerte die Batterie geschädigt werden kann. Da eine NiCd-Batterie insbe­ sondere bei hoher Temperatur zu gasen anfängt, kann der entstehende Innendruck die Batterie sprengen. Es ist daher besonders vorteil­ haft, insbesondere beim Schnelladen, die Batterietemperatur zu über­ wachen.

Ein Vorteil ist auch darin zu sehen, daß das Ladegerät als kompaktes Taschengerät ausgebildet ist. Dadurch ist es leicht portabel, wie die Batterie selbst.

Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch die An­ ordnung einer Anzeige zu jedem Batterieschacht. Eine derartige An­ zeige, die als LCD-Anzeige oder LED-Anzeige ausgebildet ist, be­ notigt wenig Strom und gibt dem Benutzer des Ladegerätes einen sofortigen Hinweis über den Ladezustand bzw. die Parameter der Batterie.

Das Ladegerät ist besonders für NiCd-Batterien verwendbar, da diese Batterien bei relativ hohen Ladeströmen ein häufiges Aufladen er­ möglichen und infolgedessen in vielen Batteriegeräten verwendet sind. Weitere Vorteile und Verbesserungen der Erfindung sind der Be­ schreibung entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ladegerätes und Fig. 2 ein Ladediagramm zum Aufladen der Batterie.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Netzteil 6, das über Anschlüsse 10, 11 mit einer nicht dargestellten Versorgungsspannung, beispielsweise einem Wechselspannungsnetz verbunden ist. Das Netzteil hat per se bekannte Baugruppen wie einen Transformator als Spannungswandler, einen Gleichrichter und einen Spannungsregler oder Stromregler, der den Ladestrom für die Batterien an Klemmen 12, 13 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. An die Ausgangsklemmen 12, 13 sind mehrere Batterie­ schächte 1.1, 1.2, 1.3, 1.n über Einschalter 3.1, 3.2, 3.3, 3.n. angeschlossen. Die Einschalter 3.1, 3.2, 3.3, 3.n enthalten steuer­ bare Schalter wie Reetkontakte, Relais oder Halbleiterschalter wie beispielsweise Transistoren oder Thyristoren. Die Einschalter 3.1, 3.2, 3.3, 3.n werden über nicht dargestellte Leitungen von einer Steuerung 5 gesteuert. Die Steuerung 5 ist über Sensoren 2, 4 mit jedem Batterieschacht 1.1, 1.2, 1.3, 1.n verbunden. Der Sensor 2 ist als Temperaturfühler ausgebildet und steht mit der aufzuladenden Batterie in thermischem Kontakt. Der Sensor 4 ist zur Erfassung der Batteriespannung ausgebildet. Die Sensoren sind von der Steuerung 5 über nicht dargestellte Schalter schaltbar, so daß im einfachsten Fall jeder Sensor 2, 4 von der Steuerung 15 aus- oder einschaltbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, weitere Sensoren wie einen Stromfühler oder einen Drucksensor zur Messung weiterer Batterieparameter zu verwenden.

Entsprechend der Fig. 3 sind in einer bevorzugten Ausführungsform die Sensoren 2, 4 mit den nicht dargestellten Schaltern mit der Steuerung 5 zusammengefaßt. Dabei werden die Leitungen der Sensoren 2, 4 auf eine Meßmatrix 21 geführt, die mit einer Meßwertver­ arbeitung 22 verbunden ist. Die Meßmatrix 21 enthält mit jedem Sensor 2, 4 verbundene Schalttransistoren, über die die Meßsignale der Sensoren 2, 4 erfaßt werden. Beispielsweise weist der Sensor 2 einen NTC-Widerstand als Temperaturfühler auf. NTC-Widerstände ändern ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur, so daß indirekt durch Messung des Widerstandswertes oder der an ihm abfallenden Spannung die Temperatur der Batterie erfaßt werden kann, da der Sensor einen thermischen Kontakt mit der Batterie hat. Der Sensor 4 kann im einfachsten Fall eine Anschlußklemme an die aufzu­ ladende Batterie aufweisen, so daß die an der Batterie anliegende Spannung über die Meßmatrix 21 der Meßwertverarbeitung 22 zugeführt wird. Die Meßwertverarbeitung 22 vergleicht die Meßwerte mit ge­ speicherten Grenzwerten des Datenspeichers 23. Die Meßwertver­ arbeitung 22 kann im einfachsten Fall einen oder mehrere Kompara­ toren enthalten, in die vorgegebene Grenzwerte für die einzelnen Parameter eingegeben sind. Es ist jedoch auch vorgesehen, zur Steuerung einen Mikro­ computer zu verwenden, der die im Datenspeicher 23 enthaltenen Grenzwerte mit den Meßwerten der Sensoren 2, 4 vergleicht.

An die Meßwertverarbeitung 22 ist eine Schaltmatrix 25 ange­ schlossen, an deren Ausgang die Steuereingänge der Einschalter 3.1, 3.2, 3.3, 3.n angeschlossen sind. Desweiteren steuert die Schalt­ matrix 25 die den Batterieschächten zugeordneten Anzeigen 26 zur Darstellung der Meßwerte wie Batteriespannung und Temperatur. Für die Steuerung der Meßwertverarbeitung 22 wird ein handelsüblicher Mikrocomputer verwendet, der entsprechende Einrichtungen zum Speichern von Daten, Eingangs- und Ausgangsports aufweist. Er wird mit einem Programm, wie es im Flußdiagramm der Fig. 4 dargestellt ist, gesteuert.

Im folgenden wird anhand der Fig. 4 die Funktionsweise des Mehr­ fach-Ladegerätes beschrieben. In Position 30 wird durch die Prio­ rität F vorgegeben, ob beispielsweise die Batteriespannung oder die Temperatur der Batterie bevorzugt ausgewertet werden soll. Die Vor­ gabe kann mit einem einfachen Schalter wahlweise vorgegeben werden, so daß sie auch im Einzelfall änderbar ist. Sie kann aber auch fest vorgegeben werden, um eine bestimmte Eigenschaft des Ladegerätes, insbesondere die Schnelladefunktion zu gewährleisten.

Die Steuerung 5 fragt nun in Position 31 ab, welchem Parameter die Priorität gegeben wird. Wird beispielsweise keine Priorität ausge­ wählt, dann springt das Programm über die Schleife zurück zur Vor­ gabe in Position 30. Wird dagegen der Spannungsmessung die Priorität eingeräumt, dann springt das Programm auf Position 32 und setzt den Prioritätsfaktor F=1. In Position 33 wird die Batteriespannung ge­ messen und in Position 34 wird dann aus den zu ladenden Batterien diejenige ausgesucht, die die niedrigste Spannung aufweist. Ist diese Batterie gefunden, wird in Position 35 der Spannungswert U dieser Batterie mit dem Prioritätsfaktor F=1 multi­ pliziert. In Abfrage 36 wird überprüft, ob der vorgegebene Grenz­ wert, der in dem Datenspeicher 23 abgelegt ist, erreicht oder über­ schritten ist. Ist das nicht der Fall, dann wird in Position 37 mittels der Meßmatrix 21 der nächste Sensor eingeschaltet und diese Schleife beginnt wieder in Position 31 mit der Anfrage der Prio­ rität, die zwischenzeitlich geändert worden sein kann.

Wurde dagegen der Grenzwert überschritten, d. h. die vorgegebene Ladespannung der Batterie ist erreicht, dann wird in Position 38 diese Batterie abgeschaltet. Der Ladevorgang für diese Batterie ist dann beendet. In Position 39 wird für Kontrollzwecke die Batterie­ spannung und/oder die Temperatur der Batterie gemessen und in Position 40 angezeigt. Danach springt das Programm in Position 41 zum nächsten Batterieschacht, und das Programm startet in Position 31 wieder von vorne. Ist im nächsten Batterieschacht keine Batterie vorhanden, dann wird der übernächste Batterieschacht angewählt usw. Wurde jedoch die Temperatur als Prioritätsparameter in Position 30 vorgegeben, dann erfolgt wieder die Abfrage in Position 31 und anlog zum zuvor beschriebenen Vorgang folgt in Position 42 die Festlegung des Faktors F=1. In Position 43 erfolgt die Temperaturmessung der Batterien und in Position 44 wird die Batterie mit der niedrigsten Temperatur T aufgesucht und der Ladevorgang mit dieser Batterie be­ gonnen. In Position 45 wird das Meßergebnis dieser Batterie mit dem Multiplikationsfaktor multipliziert und in Position 46 wird abge­ fragt, ob der vorgegebene Grenzwert überschritten ist. Ist dies nicht der Fall, dann wird über Position 47 der nächste Sensor angesteuert und die Prozedur beginnt in Position 31 von neuem. Wird dagegen der Grenzwert überschritten, dann wird in Position 38 der Batterieschacht abgeschaltet. Anschließend werden die Positionen 39 bis 41 durchlaufen, wie zuvor beschrieben wurde.

Der Prioritätsfaktor F kann eine beliebige Zahl einnehmen und wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß eine möglichst einfache Daten­ verarbeitung möglich ist.

In Fig. 2 ist ein Ladediagramm dargestellt, bei dem die zyklischen Lade- und Pausenzeiten erkennbar sind. Auf der Ordinate des Dia­ gramms sind übereinander für die einzelnen Batterieschächte die Ladefunktionen (Spannung ist ein- bzw. ausgeschaltet) dargestellt. Beispielsweise wird der Batterieschacht 1.1 zum Zeitpunkt t1 einge­ schaltet und die Batterie in ihm bis zum Zeitpunkt t2 geladen. Zum Zeitpunkt t2 hat beispielsweise die Temperatur T ihren Grenzwert überschritten, so daß dieser Batterieschacht gemäß der Fig. 4 (Position 38) abgeschaltet wird. Anschließend wird zum Zeitpunkt t2 der Batterieschacht 1.2 eingeschaltet, bis er zum Zeitpunkt t3 eben­ falls abgeschaltet wird. Danach wird zum Zeitpunkt t4 der Batterie­ schacht 1.3 kurz eingeschaltet und im Zeitpunkt t4 sofort wieder abgeschaltet, nachdem erkannt wurde, daß keine Batterie in dem Batterieschacht steckt. Es wird dann auf den nächsten Batterie­ schacht 1.n umgeschaltet und dessen Batterie geladen, bis sie zum Zeitpunkt t5 ebenfalls abgeschaltet wird. Dieser Zyklus wiederholt sich dann vom Zeitpunkt t6 bis t10, da sich zwischenzeitlich die im Schacht 1.1 befindliche Batterie wieder so weit abgekühlt hat, daß sie zum Zeitpunkt t6 wieder eingeschaltet werden kann. Ent­ sprechendes erfolgt mit den anderen Batterien. Hat jede Baterie ihre Sollspannung erreicht, dann wird der Ladevorgang ganz abgeschaltet oder auf Ladeerhaltung umgeschaltet.

Wunschgemäß können auf diese Weise beliebig viele Batterien geladen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung lassen sich jedoch die Batterien auch parallel laden, wobei gegebenenfalls ent­ sprechende Regler zur Regelung des Ladestromes der einzelnen Batterien vorzusehen sind und für eine Schnelladung der Ladestrom entsprechend erhöht werden muß.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, außer den beschriebenen Parametern Batteriespannung oder Batterietemperatur auch andere Parameter wie die Stromaufnahme einer Batterie, Entlade­ strom oder ähnliche Parameter nach dem vorgeschlagenen Ablauf zu verwenden.

Claims (10)

1. Ladegerat mit mehreren Batterieschächten für die Aufnahme von wiederaufladbaren Batterien und mit einer Steuerung zur Überwachung des Ladezustandes der Batterien, dadurch gekennzeichnet, daß die zu ladende Batterie (B) mit wenigstens zwei Sensoren (2, 4) zur Er­ fassung ihrer Parameter verbindbar ist, daß die Steuerung (5) die Meßwerte der Sensoren (2, 4) mit einem Prioritätsfaktor wichtet und dann mit vorgegebenen Grenzwerten vergleicht und daß die Steuerung (5) bei Über- oder Unterschreitung eines der vorgegebenen Grenzwerte den Ladevorgang dieser Batterie unterbricht und mit einer weiteren Batterie (B) fortsetzt.

2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lade­ gerät die Batterien in den Batterieschächten (1.1, 1.2, 1.3, 1.n) parallel versorgt, daß die Steuerung (5) sequentiell die einzelnen Batterieparameter abfragt und bei Über- oder Unterschreitung der vorgegebenen Grenzwerte die betreffende Batterie abschaltet.

3. Ladegerät nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerung (5) bei einem nicht belegten Batterieschacht (1.1, 1.2, 1.3, 1.n) die Ladespannung abschaltet.

4. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sensoren (2, 4) als Parameter die Batteriespannung (U) und/oder die Batterietemperatur (T) erfassen.

5. Ladegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung 5 den Ladevorgang mit der kältesten Batterie startet.

6. Ladegerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung 5 den Ladevorgang mit der Batterie beginnt, die die niedrigste Spannung aufweist.

7. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ladegerät ein Schnelladegerät ist wobei die Ladezeit für eine Batterie im Minutenbereich liegt.

8. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ladegerät als Taschengerät ausgebildet und portabel ist.

9. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ladegerät für jeden Batterieschacht (1.1, 1.2, 1.3, 1.n) getrennte Anzeigen für die erfaßten Parameter aufweist.

10. Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ladegerät zum Laden von NiCd-Batterien ver­ wendbar ist.