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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung und ein Schnittstellensystem
zum Aufladen von elektrischen Batterien, die gleich große Spannungen
liefern und die sich aus wieder aufladbaren Zellen zusammensetzen,
die je nach Batterie unterschiedlicher Natur sein können. Hierzu
setzt die Erfindung eine Ladevorrichtung ein, die mindestens eine,
für eine
Batterie geeignete, konstante Regelspannung liefern kann. Ihre Aufgabe
ist es, den Schutz der Zellen einer Batterie gegen Überspannungen,
die während
des Aufladens auftreten können,
zu gewährleisten.
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Die
vorgesehene Anordnung ist so ausgestaltet, dass eine Batterie zeitweise
die Aufgabe einer anderen Energiequelle zur Versorgung eines Verbraucherkreises übernehmen
kann, wenn die andere Quelle vorübergehend
dazu nicht in der Lage ist. Die Ladung der zuvor aufgeladenen Batterie
wird beispielsweise im so genannten Floating-Prozess aufrechterhalten,
wenn die Quelle in Betrieb ist. Eine derartige Anordnung umfasst üblicherweise
eine Batterie, eine Vorrichtung zum Aufladen der Batterie von einer
Quelle aus und einen Verbraucherkreis, die ununterbrochen miteinander
verbunden sind. In dieser Ausgestaltung kommt sie insbesondere bei
Telekommunikationseinrichtungen, die für den unterbrechungsfreien
Betrieb vorgesehen sind, zum Einsatz.
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Die
Anordnung kann auch auf andere Weise ausgestaltet sein, damit die
einen Verbraucherkreis versorgende Batterie von einer Quelle aus
und über eine
Ladevorrichtung mit Unterbrechungen wieder aufgeladen werden kann.
Die Ladevorrichtung kann ggf. die Ladungserhaltung der Batterie
mit Hilfe der eingangs erwähnten
Technik, gewährleisten,
wenn die Quelle in Betrieb ist. Das ist beispielsweise der Fall,
wenn die Batterie zu einer Anordnung mit einer Ladevorrichtung gehört, die
von einer Quelle gespeist wird, die wie bei einem Elektrofahrzeug
auf Wunsch und/oder nach Bedarf in Betrieb gesetzt wird. Derartige
Anordnungen sind üblicherweise
mit Mitteln ausgestattet, mit denen ein Ausgleich zwischen den einzelnen,
die Batterie bildenden, wieder aufladbaren Zellen und folglich ein
optimales Management im Laufe der Zeit gewährleistet werden kann. Derartige
Mittel sind insbesondere in der
EP 121547 offenbart.
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Es
gibt zahlreiche Vorrichtungen zum Aufladen einer Batterie, bei denen
eine vorbestimmte Regelspannung vorgesehen ist. Ferner gibt es zahlreiche
Vorrichtungen, bei denen eine Regelspannung oder Regelspannungen
unter mehreren zur Verfügung stehenden
Regelspannungen, insbesondere zum Laden unterschiedlicher Batterien
ausgewählt werden
können.
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Aufgrund
der Standardisierungen im Bereich der wieder aufladbaren und nicht
wieder aufladbaren Batterien kann häufig ein einziges Gerät versorgt werden,
indem ihm von einer Batterie, d. h. einer bestimmten Anordnung gleichartiger
wieder aufladbarer oder nicht wieder aufladbarer Zellen, die je
nach den Bedürfnisses
des Verbrauchers und/oder der momentanen Batterieverfügbarkeiten
ausgewählt
wird, eine zu seinem Betrieb ausreichende Spannung zugeführt wird.
Die miteinander austauschbaren Batteriezellen sind beispielsweise
Bleizellen, Alkalizellen oder Lithiumzellen.
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Um
jedoch einen wirklichen Vorteil zu schaffen, setzt diese Austauschbarkeit
voraus, dass mindestens einige der verschiedenartigen Batterien
mit einer einzigen Vorrichtung anstatt mit Vorrichtungen, die jeweils
unterschiedlichen Batterien individuell angepasst sind, aufgeladen
werden können.
Das Erfordernis unterschiedlicher Ladevorrichtungen weist für diejenigen
Benutzer, die je nach Bedarf oder momentaner Verfügbarkeit
verschiedenartige, miteinander austauschbare Batterien zur Versorgung
eines Verbraucherkreises in einer bestimmten Anordnung einsetzen
möchten,
bestimmte Nachteile auf.
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Während der
Ladephase auftretende Überspannungen
können
sich, wie bekannt, negativ auf die Batteriezellen auswirken, die
ihnen ausgesetzt sind, insbesondere wenn diese Zellen unempfindlicher
gegen Überspannungen
sind als andere wie dies beispielsweise bei den Lithiumzellen der
Fall ist.
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Folglich
müssen
zum Laden einer Batterie mit einer für eine andere Batterie vorgesehenen
Vorrichtung dadurch Vorsichtsmaßnahmen
getroffen werden, indem man sich vergewissert, dass die Batterien
im Wesentlichen die gleiche Nennspannung aufweisen. Es ist bekannt,
ein Gerät
wie beispielsweise eine Zusatzmaschine in den Stromkreis zwischen
einer Ladevorrichtung und einer Batterie einzubauen, wenn die Batterie
von einer Managementschaltung überwacht
wird, mit der ein Steuersignal zum Ändern der an die Batterie gelieferten
Spannung an die Zusatzmaschine gesendet werden kann. Dadurch kann
die Spannung gesenkt werden, wenn eine Batteriezelle zu stark geladen
ist. Doch ist ein derartiges Zusatzgerät kostspielig und kann hinderlich
sein, wenn bei der Batterie oder der Ladevorrichtung kein Platz
dafür vorgesehen
ist.
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Ferner
ist es bekannt, eine Ladevorrichtung, wie beispielsweise ein herkömmliches
separates Bleibatterie-Ladegerät,
zum Aufladen von Batterien unterschiedlicher Art einzusetzen, wenn
auf die von dieser Vorrichtung gelieferte Regelspannung so eingewirkt
werden kann, dass jegliches Risiko der Überspannung bei den jeweiligen
Zellen der aufgeladenen Batterie vermieden wird.
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Es
gibt Ladevorrichtungen, die für
den Empfang eines analogen Steuersignals zum Steuern der Regelspannung
ausgestaltet sind. Eine derartige Ladevorrichtung können jedoch
nur mit einer aufzuladenden Batterie, der eine Schnittstelle zur
Abgabe eines entsprechenden analogen Steuersignals zugeordnet ist,
eingesetzt werden. Eine derartige Schnittstelle weist ähnliche
Nachteile auf wie das Zusatzgerät
und muss mit Energie versorgt werden, um ihren Bedürfnissen
zu genügen.
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In
bestimmten Anordnungen, bei denen eine Batterie zusammen mit einer
Ladevorrichtung eingesetzt wird, ist bereits eine Schaltung vorgesehen,
die mit jeder wieder aufladbaren Zelle parallel geschaltet ist,
damit mindestens ein Teil des von der Ladevorrichtung an die Batterie
gelieferten und die Zelle durchfließenden Stroms abgeleitet wird,
wenn die an den Klemmen der Zelle von einer ihr zugeordneten Messschaltung
gemessene Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Eine derartige Anordnung ist insbesondere in der weiter oben angegebenen
EP 121547 offenbart. Die
Komponenten der Anordnung können
der wieder aufladbaren Batteriezelle, der sie zugewiesen sind, bzw.
einer Gruppe derartiger Zellen in modularer Form, in einer autonomen
Hardware-Einheit zusammengefasst, physikalisch zugeordnet sein.
Eine derartige Einheit kann mit mindestens einer anderen gleichen
autonomen Einheit zur Bildung einer Batterie, bei der ein Ausgleich Zelle
für Zelle
gewährleistet
ist, in Reihe geschaltet sein.
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Die
Erfindung gibt ein Verfahren und eine Anordnung an, mit denen eine
Batterie, die eine bestimmte Nennspannung aufweist, auf einfache
und kostengünstige
Weise, ohne Rücksicht
im Hinblick der wieder aufladbaren Zellen die die Batterie bilden zu
nehmen, mit einer bestimmten Ladevorrichtung, die mindestens eine
geeignete konstante Regelspannung liefern kann, aufgeladen werden
kann, ohne dass die wieder aufladbaren Zellen schädlichen Überspannungen
ausgesetzt sind, vorausgesetzt daß die Batterie eine Nennspannung
aufweist, die der bzw. den von der Ladevorrichtung gelieferten Regelspannungen
entspricht.
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Nach
einem Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind folgende Schritte vorgesehen:
- – das dauernde
Messen der Klemmenspannung jeder wieder aufladbaren Zelle der Batterie;
- – das
Aktivieren einer Abzweigschaltung, die jeder wieder aufladbaren
Zelle, zu der die Schaltung parallel geschaltet ist, individuell
zugeordnet ist, wenn die gemessene Klemmenspannung der wieder aufladbaren
Zelle einen vorbestimmten, je nach der Art der wieder aufladbaren
Zelle festgelegten Mindestregelschwellenwert überschreitet, und zwar so lange
die gemessene Spannung den Mindestschwellenwert überschreitet;
- – das
Liefern einer Information, die angibt, ob die Spannung, die an den
Klemmen einer wieder aufladbaren Zelle gemessen wird, einen in Abhängigkeit
der Art der wieder aufladbaren Zelle festgelegten Ausgleichshöchstschwellenwert überschreitet
oder nicht;
- – das Übersetzen
der Informationen bezüglich
einer Überschreitung
des Höchstschwellenwertes, die
zu einem gegebenen Zeitpunkt für
jede der wieder aufladbaren Zellen erhalten wurden, in ein binäres Einzelsignal,
wobei dieses Signal auf einem ersten binären Wert gehalten wird, so
lange keine der an den Klemmen der wieder aufladbaren Zellen der
Batterie gemessenen Spannungswerte den Höchstschwellenwert überschreitet, und
in allen anderen Fällen
auf einem zweiten Wert gehalten wird;
- – das Übersetzen
des Einzelsignals aus den Informationen bezüglich einer Überschreitung
des Höchstschwellenwertes
in ein Steuersignal zum Umschalten einer Batterie-Ladekennlinie,
die zwischen zwei auswählbaren
Kennlinien entweder direkt an der Ladevorrichtung oder über eine
ihr zugeordnete Hilfsvorrichtung ausgewählt werden kann.
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Die
Erfindung gibt ferner eine Anordnung an, die eine aus in Reihe geschalteten
wieder aufladbaren Zellen bestehende Batterie und eine Ladevorrichtung
umfasst, die mindestens eine konstante Regelspannung zum Aufladen
der Batterie liefern kann. Die Anordnung verbindet mit der Batterie:
- – eine
Einzelschnittstelle pro wieder aufladbarer Batteriezelle, mit einer
ersten Spannungsmessschaltung, die zur Steuerung einer zu ihr parallel geschalteten
Stromabzweigschaltung an die Klemmen der betreffenden Zelle angeschlossen ist,
damit mindestens ein Teil des an die Zelle gelieferten Ladestroms abgezweigt
wird, wenn die an den Klemmen der betreffenden wieder aufladbaren
Zelle gemessene Spannung einen vorbestimmten, in Abhängigkeit
der Art der Zelle festgelegten Mindestregelschwellenwert überschreitet;
- – eine
gemeinsame Schnittstelle, mit der die Einzelschnittstellen verbunden
sind, damit jede von ihnen jeweils mindestens eine Information im
Hinblick auf die gemessene Spannung für die Zelle liefert, der sie
zugeordnet ist, wobei die Informationen zur Steuerung des Ladens
durch eine Ladevorrichtung ausgewertet werden.
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Nach
einem Merkmal der Erfindung umfasst die Anordnung:
- – Batterie-Einzelschnittstellen
mit jeweils einer zweiten Spannungsmessspannung zur Bestimmung der Überschreitung
eines Ausgleichhöchstschwellenwertes
an den Klemmen der wieder aufladbaren Zelle, der die Einzelschnittstelle
zugewiesen ist, aus einer an den Klemmen eines Messwiderstandes,
der mit der Abzweigvorrichtung der Schnittstelle zwischen den Klemmen
der zugeordneten wieder aufladbaren Zelle in Reihe geschaltet, vorgenommenen
Spannungsmessung, sowie einer Schaltung, die ein logisches UND-Übertragungsgatter
bildet, über
das eine Information in Binärformat
darüber,
ob der Ausgleichshöchstschwellenwert
an den Klemmen der zugeordneten wieder aufladbaren Zelle überschritten
wird oder nicht, übertragen
wird,
- – eine
gemeinsame Schnittstelle, die jede Information über das Überschreiten des Ausgleichhöchstschwellenwertes,
die ihr über
eine Übertragungskette,
in der die Übertragungsgatter
der Einzelschnittstellen in Reihe geschaltet sind, zugeführt wird,
in ein Steuersignal zur Umschaltung der Ladekennlinie übersetzt,
- – eine
Batterie-Ladevorrichtung mit mindestens einer Ladekennlinie wird
in Abhängigkeit
des Wertes des Steuersignals zur Umschaltung der Ladekennlinie entweder
an der Vorrichtung selbst oder an einer zugeordneten Hilfsvorrichtung
geändert.
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Die
Erfindung gibt ferner ein Batterie-Schnittstellensystem an mit:
- – einer
Einzelschnittstelle pro wieder aufladbarer Batteriezelle, wobei
jede Einzelschnittstelle eine Spannungsmessschaltung umfasst, die
zur Steuerung einer zu ihr parallel geschalteten Stromabzweigschaltung
an die Klemmen der betreffenden Zelle angeschlossen ist, damit mindestens
ein Teil des an die Zelle gelieferten Ladestroms abgezweigt wird,
wenn die an den Klemmen der betreffenden wieder aufladbaren Zelle
gemessene Spannung einen vorbestimmten, in Abhängigkeit der Art der Zelle
festgelegten Mindestregelschwellenwert überschreitet;
- – eine
gemeinsame Schnittstelle, mit der die Einzelschnittstellen verbunden
sind, damit jede von ihnen jeweils mindestens eine Information im
Hinblick auf die gemessene Spannung für die Zelle liefert, der sie
zugeordnet ist, wobei die Informationen zur Steuerung des Ladens
durch eine Ladevorrichtung ausgewertet werden.
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Nach
einem Merkmal der Erfindung umfasst das System:
- – Batterie-Einzelschnittstellen
mit jeweils einer zweiten Spannungsmessspannung zur Bestimmung der Überschreitung
eines Ausgleichhöchstschwellenwertes
an den Klemmen der wieder aufladbaren Zelle, der die Einzelschnittstelle
zugewiesen ist, aus einer an den Klemmen eines Messwiderstandes,
der mit der Abzweigvorrichtung der Schnittstelle zwischen den Klemmen
der zugeordneten wieder aufladbaren Zelle in Reihe geschaltet, vorgenommenen
Spannungsmessung, sowie einer Schaltung, die ein logisches UND-Übertragungsgatter bildet, über das
eine Information in Binärformat
darüber,
ob der Ausgleichshöchstschwellenwert
an den Klemmen der zugeordneten wieder aufladbaren Zelle überschritten
wird oder nicht, übertragen
wird,
- – eine
gemeinsame Schnittstelle, die jede Information über das Überschreiten des Ausgleichshöchstschwellenwertes,
die ihr über
eine Übertragungskette,
in der die Übertragungsgatter
der Einzelschnittstellen in Reihe geschaltet sind, zugeführt wird,
in ein Steuersignal zur Umschaltung der Ladekennlinie übersetzt,
das von einer Ladevorrichtung oder über eine dieser Ladevorrichtung zugeordnete
Hilfsvorrichtung ausgewertet wird.
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Die
Erfindung, ihre Merkmale und Vorteile sind in der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit einer einzigen nachstehend definierten
Figur näher
erläutert.
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Die
einzige Figur zeigt ein Prinzipschaltbild eines Anordnungsbeispiels.
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Die
Anordnung umfasst eine Batterie 1, eine Vorrichtung 2 zum
Aufladen der Batterie von einer nicht dargestellten Quelle aus und
einen Verbraucherkreis 3, der von der Batterie, in Verbindung
mit der Quelle oder nicht, versorgt werden soll.
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Die
Batterie ist modular aufgebaut und bildet ein Anordnung aus einer
Reihe von in Reihe geschalteten Modulen, wobei jedes Modul durch
mindesten eine wieder aufladbare Zelle 5 gebildet ist.
Zur vereinfachten Darstellung werden im Folgenden nur wieder aufladbare
Zellen behandelt, wobei die Erfindung selbstverständlich auch
bei in Modulen zusammengefassten, wieder aufladbaren Zellen wie
oben erwähnt
eingesetzt werden kann.
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Die
dargestellte Batterie 1 weist zwei Klemmen B+ und B– auf, zwischen
denen drei wieder aufladbare Zellen 5 in Reihe geschaltet
sind.
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Die
Ladevorrichtung wird im vorliegenden Fall über eine nicht dargestellte
Quelle, beispielsweise ein Stromverteilungsnetz oder einen unabhängigen Stromgenerator,
mit elektrischer Energie versorgt wird. Es wird vorausgesetzt, dass
die Ladevorrichtung 2 über
mit C1+ + C2– bezeichnete
Anschlüsse
an die Klemmen einer aufzuladenden Batterie angeschlossen ist.
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In
der dargestellten Ausführungsform
wird der Verbraucherkreis 3, der über die Batterie 1 gespeist
werden soll, über
mit C2+ und C2– gekennzeichnete
Anschlüsse
an die Batterie angeschlossen.
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Die
oben erwähnten
Anschlüsse
können
bekannte Anschlüsse
sein und werden demnach hier nicht näher erläutert, der Verbraucherkreis 3 ist
beispielsweise eine Funktionseinrichtung eines unabhängigen Systems
oder Gerätes.
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Mit
der vorgesehenen Anordnung kann die Batterie 1 mit Hilfe
der Ladevorrichtung 2 aufgeladen und dabei der Verbraucherkreis 3 versorgt
werden, wenn dies erforderlich ist und wenn die Ladevorrichtung
und der Verbraucherkreis gleichzeitig mit den Klemmen der Batterie
verbunden sind.
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Wie
eingangs erwähnt
ist vorgesehen, dass je nach den Bedürfnissen des Verbrauchers oder
der momentanen Batterie-Verfügbarkeit
unterschiedliche Batterien mittels einer Ladevorrichtung und insbesondere
im Rahmen einer erfindungsgemäßen Anordnung
eingesetzt werden können.
Es ist vorgesehen, dass die Ladevorrichtung mindestens eine vorbestimmte
Ladecharakteristik liefern kann. Die Charakteristik entspricht beispielsweise
einer vorbestimmten Regelspannung. Es wird ferner vorausgesetzt,
dass die Batterien jeweils Nennspannungen haben, die mit der bzw.
den Spannungen, insbesondere Regelspannungen, die von der Ladevorrichtung geliefert
werden können, übereinstimmen.
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Es
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine aus Lithium-Zellen
bestehende 48-Volt-Batterie
an die Stelle einer aus Bleizellen oder Alkalizellen bestehenden
Batterie tritt, wobei die Anzahl der Zellen der beiden Batterie
unterschiedlich ist. In diesem Fall ist vorgesehen, dass jede der
wieder aufladbaren Zellen 5 der Batterie eine zu ihr parallel
geschaltete Abzweigschaltung aufweist. Mit jeder Schaltung kann
jeweils mindestens ein Teil des von der Ladevorrichtung 2 an
die Batterie gelieferten und eine wieder aufladbare Zelle durchfließenden Stroms
abgezweigt werden, wenn die an den Klemmen der Zelle gemessene Spannung
einen vorbestimmten Ausgleichsmindestschwellenwert V1 überschreitet.
Dieser Schwellenwert wird in Abhängigkeit der
Art der wieder aufladbaren Zellen festgelegt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die jeder Zelle 5 einer Batterie zugewiesene Abzweigschaltung
in eine der Zelle zugeordnete Einzelschnittstelle 6 eingebaut.
Es ist eine gemeinsame Schnittstelle 7 vorgesehen, mit
der die Einzelschnittstellen im Allgemeinen verbunden sind, beispielsweise über eine
Verkettung wie in der einzigen Figur dargestellt. Jede Einzelschnittstelle 6 weist
ferner Mittel zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
im Zusammenwirken mit der gemeinsamen Schnittstelle 7 auf.
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Die
Abzweigschaltung, die jede Einzelschnittstelle aufweist, funktioniert
beispielsweise nach dem in der oben erwähnten
EP 121547 beschriebenen Prinzip, das
im folgenden kurz erläutert ist.
Eine erste Spannungsmessschaltung
8 ist an die Klemmen
der wieder aufladbaren Zelle
5 angeschlossen, im vorliegenden
Fall über
einen an die Minusklemme der Zelle angeschlossenen Messwiderstand
9.
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Die
Messschaltung 8 einer Einzelschnittstelle 6 ist
eine Messschaltung wie in der oben erwähnten Druckschrift beschrieben
und steuert demnach das Einschalten eines aus einem Widerstand 10 und einem
Transistor 11 bestehenden Zweiges, die im vorliegenden
Fall mit dem zwischen den Klemmen der wieder aufladbaren Zelle 5,
der die Schnittstelle zugeordnet ist, angeordneten Messwiderstand 9 in Reihe
geschaltet ist. Wie bereits erwähnt
fließt
kein Strom durch den Zweig, so lange die von der Messschaltung 8 ausgewertete
Spannung v nicht einen Wert v1 erreicht hat, bei dem die Spannung
an den Klemmen der wieder aufladbaren Zelle 5 mit dem Mindestschwellenwert
V1 übereinstimmt.
Sobald der Wert v1 überschritten
ist, steuert die Messschaltung den Transistor 11, damit
er im Zweig einen Teil des von der Ladevorrichtung an die wieder
aufladbare Zelle gelieferten Stroms abzweigt. Der abgezweigte Strom
steigt allmählich
an, wenn die von der Messschaltung 8 ausgewertete Bildspannung
v auf einen allmählichen
Anstieg der an den Klemmen der Zelle 5 anliegenden Spannung
hinweist.
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Erfindungsgemäß weist
jede Einzelschnittstelle 6 eine zweite Spannungsmessschaltung 12 auf,
die angeordnet ist, um der gemeinsamen Schnittstelle 7 eine
Information in Binärformat
zur der an den Klemmen der von ihr überwachten wieder aufladbaren
Zelle 5 der Batterie 1 anliegenden Spannung zu
liefern. Diese Information erfolgt vorzugsweise durch ein binäres Signal
auf dem Nullpegel, wenn die Spannung an den Klemmen der Zelle 5 einen
vorbestimmten Ausgleichshöchstschwellenwert
V2 überschreitet,
der höher
ist als der Mindestschwellenwert V1. Die Höchstschwelle V2 der Spannung
ist so gewählt,
dass sie niedriger ist als oder höchstens genauso hoch ist wie
die maximal zulässige
Spannung Vm an den Klemmen einer der wieder aufladbaren Zellen der
Batterie 1, wobei die Spannungen V2 und Vm in Abhängigkeit
der Art der Batteriezellen festgelegt werden. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
entspricht das Nichtüberschreiten
des Schwellenwertes einem binären
Signal auf dem Eins-Pegel und das Überschreiten des Schwellenwertes
einem Signal auf dem Null-Pegel. Die von der Messschaltung 12 gelieferte
Information wird von der die Messschaltung enthaltenden Einzelschnittstelle 6 über eine
Schaltung, die ein logisches UND-Übertragungsgatter 13 bildet,
an die gemeinsame Schnittstelle 7 übertragen.
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Jedes Übertragungsgatter 13 weist
einen ersten Eingang, über
den es die von der Messschaltung 12 der Einzelschnittstelle,
in der es enthalten ist, gelieferte Information empfängt, und
einen zweiten, so genannten Verkettungseingang auf. Der Verkettungseingang
eines Übertragungsgatters
einer Einzelschnittstelle ist mit dem Ausgang des Übertragungsgatters,
das ihm in der Kette vorausgeht, verbunden, wobei der Verkettungseingang
der in der Kette an vorderster Stelle stehenden Schnittstelle systematisch
ein Signal auf dem Eins-Pegel I am Ausgang empfängt. Folglich muss das Übertragungsgatter 13 der
an der vordersten Stelle stehenden Einzelschnittstelle am Ausgang
ein binäres
Signal auf dem Eins-Pegel abgeben, wenn es von der Messschaltung 12,
mit der es verbunden ist, keine Überschreitungsinformation
erhalten hat, da dann beide Eingänge
auf dem Eins-Pegel sind. Das Gleiche gilt bei den Übertragungsgattern 13 der
nachfolgenden Einzelschnittstellen der Kette, wenn von den jeweiligen
Messschaltungen 12 der betreffenden Schnittstellen keine Über schreitungsinformation
geliefert wird, da in diesem Fall ein Signal auf dem Eins-Pegel
an die gemeinsame Schnittstelle 7 gesendet wird. Praktisch
bewirkt dieses Signal, dass ein Strom an der die Einzelschnittstellen
mit der gemeinsamen Schnittstelle verbindenden Kette entlang fließt.
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In
dem Ausführungsbeispiel
wird das an der positiven Klemme B+ der Batterie 1 anliegende
positive Potential an den Verkettungseingang des Übertragungsgatters 13 der
vordersten Einzelschnittstelle 6 der Kette angelegt. Die
Kette wird durch Reihenschaltung der Einzelschnittstellen 6 erhalten,
die jeweils eine Ketteneingangsklemme D1 und eine Kettenausgangsklemme
D2 aufweisen, zwischen denen das Übertragungsgatter 13 der
Schnittstellen angeordnet ist. Die Signalisierung eines Überschreitens des
Ausgleichshöchstschwellenwertes
V2 an den Klemmen einer Zelle 5 durch eine Messschaltung 12 entspricht
dem Auftreten eines binären
Signals auf dem Nullpegel am ersten Eingang des von dieser Messschaltung
gesteuerten Übertragungsgatters 13 und
folglich am Ausgang dieses Übertragungsgatters.
Dabei wird der Strom, der durch die die Einzelschnittstellen mit
der gemeinsamen Schnittstelle verbindende Kette fließt, unterbrochen.
Auf die gleiche Weise wie bei dem Überschreiten der Ausgleichshöchstschwellenspannung
V2 kann bei Unterbrechung der Kette auch auf die Ladevorrichtung
eingewirkt werden.
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Die
gemeinsame Schnittstelle 7 ist so ausgestaltet, dass sie
mittels eines Ladecharaktistik-Umschaltsignals auf eine eingebaute
oder mit der Ladevorrichtung, an die sie angeschlossen ist, verbundene
Umschaltfunktion einwirkt. Bei einer ersten Ausführungsform für Ladevorrichtungen,
die während der
Batterieladephase eine einzige konstante Regelspannung liefern,
gewährleistet
diese Funktion eine Leistungsumschaltung zwischen einer ersten Stellung,
in der der von der Ladevorrichtung erzeugte Ladestrom an die Batterie
geliefert wird, wenn das von der gemeinsamen Schnittstelle erhaltene
binäre
Signal auf dem Eins-Pegel ist, und einer zweiten Stellung, in der
kein Strom mehr geliefert wird, wenn das von der gemeinsamen Schnittstelle
empfangene binäre
Signal auf dem Null-Pegel ist.
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Der
damit erzielte Ein-Aus-Betrieb kann am Ladegerät bewirkt werden, das dann
geeignete Umschaltmittel aufweisen muss, die durch einen Steuereingang
I gesteuert werden, die in Abhängigkeit
von dem von der gemeinsamen Schnittstelle empfangenen Signalpegel
von nicht dargestellten herkömmlichen
Mitteln betätigt
werden.
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Diese
Funktionsweise kann auch durch Betätigen eines außerhalb
der Ladevorrichtung angeordneten Umschaltglieds oder Hilfsvorrichtung 14 bewirkt
werden. Das Umschaltglied ist beispielsweise zwischen der Ladevorrichtung
und einem Energieverteilungsnetz angeordnet, über das die Ladevorrichtung
versorgt wird, und dient dann zum Ein-Aus-Steuern der Versorgung
der Ladevorrichtung. Es kann ggf. in die gemeinsame Schnittstelle 7 integriert
sein. Ein Umschaltglied oder Hilfsvorrichtung 15 kann auch
am Ausgang der Ladevorrichtung zum gleichen Zweck der Überwachung
der an die Batterie gelieferten Leistung vorgesehen sein, wobei dieses
Glied unter den gleichen Bedingungen wie das weiter oben vorgesehene
Umschaltglied oder Hilfsvorrichtung 14 von der gemeinsamen
Schnittstelle 7 gesteuert wird.
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Das
Laden einer Batterie 1 durch die oben definierte Ladevorrichtung 2 erfolgt,
wenn die an den Klemmen jeder wieder aufladbaren Zelle 5 dieser Batterie
unter dem Höchstschwellenwert
V2 liegt, der von den Einzelschnittstellen für jede Zelle einheitlich festgelegt
wird. Jede wieder aufladbare Zelle 5 erhält den Strom
von der Ladevorrichtung unter konstanter Spannung, solange dieser
Strom anliegt und nicht mindestens teilweise von der der betreffenden
wieder aufladbaren Zelle zugeordneten Abzweig-Schaltung abgezweigt
wird.
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Die
Abzweigschaltung jeder wieder aufladbaren Batteriezelle, an deren
Klemmen die gemessene Spannung den Mindestschwellenwert V1 überschreitet,
bleibt eingeschaltet. Sie sorgt dafür, dass die wieder aufladbare
Zelle teilweise entladen wird, und zwar so lange, bis die an den
Klemmen der betreffenden wieder aufladbaren Zelle gemessene Spannung
unter die Mindestschwelle V1 absinkt.
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Die
Batterie wird demnach durch Entladen der am stärksten geladenen Zellen ausgeglichen. Sobald
die an den Klemmen der Zellen der Batterie 1 jeweils gemessenen
Spannungen unter dem Höchstschwellenwert
V2 liegen, wird die serielle Übertragungskette
zwischen den Einzelschnittstellen zum Steuern der Ladevorrichtung über die
gemeinsame Schnittstelle 7 wieder geschlossen, sodass die
Ladevorrichtung der Batterie wieder einen Strom mit der zuvor angelegten
konstanten Regelspannung liefert. Das Laden einer Batterie setzt
sich aus einer Folge von Ladephasen zusammen, während der die Zellen, aus der
sie gebildet ist, geladen werden, und die von Phasen unterbrochen
werden, während
der sich die Batterie aufgrund des Energieverbrauchs durch den von
ihr gespeisten Verbraucherkreis und/oder des Betriebs der den Zellen
der betreffenden Batterie zugeordneten Abzweigschaltungen leicht
entlädt.
Jede Zelle der Batterie gleicht demnach ihre Ladung aus, indem sie
sich während
der Phasen, in denen das Ladegerät
aktiviert ist, auflädt
und während
der Phasen, in denen das Ladegerät
deaktiviert ist, entlädt.
Erfolgt der Ausgleich unter guten Bedingungen, kann der Verbraucherkreis
bei geladener Batterie im „Floating"-Betrieb bei konstanter
Spannung versorgt werden. Der Floating-Betrieb kann mit einer Anordnung, bei
der die Ladevorrichtung in Betrieb und mit einer Batterie und einer
Verbrauchereinrichtung permanent verbunden ist, ununterbrochen erfolgen.
Er kann ggf. im Zusammenhang mit einer Anordnung, bei der die Ladevorrichtung
nur im Aussetzbetrieb funktioniert, auch während der Phasen erfolgen,
in denen die Ladevorrichtung in Betrieb und mindestens mit der Batterie
verbunden ist.
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Bei
einer zweiten Ausführungsvariante
ist die Ladevorrichtung 1 so ausgestaltet, dass anstatt
nur einer zwei Konstantspannungsregelstufen Vr1 und Vr2 möglich sind,
insbesondere bei Ladeende. Die beiden Stufen werden vorwiegend mit
von Anfang an in der Ladevorrichtung vorgesehenen Mitteln erlangt, wobei
der Steuereingang I zum Steuern der nicht dargestellten Mittel,
mit denen von einer Spannungsstufe auf die andere umgeschaltet werden
kann, genutzt wird.
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Man
geht hier wieder davon aus, dass die verschiedenartigen Batterien
mit Einzelschnittstellen 6 und einer gemeinsamen Schnittstelle 7 verbunden sind.
Wie bereits ausgeführt
wird von den Übertragungsgattern 13 der
Einzelschnittstellen 6 ein binäres Element auf dem Eins-Pegel
an die gemeinsame Schnittstelle 7 übertragen, solange die an den
Klemmen jeder Zelle einer Batterie gemessene Spannung unter dem
Mindestschwellenwert V1 liegt. Wird der Höchstschwellenwert V2 jedoch
von einer an den Klemmen einer wieder aufladbaren Batteriezelle
gemessenen Spannung überschritten,
wird die Übertragungskette
unterbrochen, und ein binäres
Signal auf dem Null-Pegel liegt an der gemeinsamen Schnittstelle
an.
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Der Übergang
vom Eins-Pegel auf den Null-Pegel des an der gemeinsamen Schnittstelle
anliegenden binären
Signals bewirkt, insbesondere bei Ladeende, dass die von der Ladevorrichtung 2 zum Laden
der Batterie erzielte höchste
Regelspannung Vr2 durch die niedriger ausgelegte Regelspannung Vr1
ersetzt wird. Der Übergang
vom Null-Pegel auf den
Eins-Pegel des über
die serielle Übertragungskette
an der gemeinsamen Schnittstelle angelegten binären Signals bewirkt, dass in
umgekehrter Richtung von der Spannung Vr1 auf die niedrigere Spannung
Vr2 umgeschaltet wird.
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Das
Laden einer Batterie setzt sich aus einer Folge von Ladephasen zusammen,
während
der die Batterie der höchsten
Regelspannung Vr2 ausgesetzt ist, so lange die an den Klemmen der
Batteriezellen gemessenen Spannungen den Mindestschwellenwert V1
nicht überschreiten.
Diese Phasen sind von Phasen unterbrochen, während der die Batterie einer
niedrigeren Regelspannung Vr1 ausgesetzt ist, sobald und solange
die an den Klemmen einer wieder aufladbaren Zelle gemessene Spannung den
Höchstschwellenwert
V2 überschreitet.
Wie bereits ausgeführt
kann die Ladevorrichtung 2 je nach gewählter Batterie-Ladevorrichtung-Verbraucherkreis-Anordung in eine
Versorgung integriert sein, mit der der Verbraucherkreis falls erwünscht parallel
gespeist werden kann.
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Ferner
ist allgemein vorgesehen, dass die Speisung der Batterie mit Ladestrom
bei der oben beschriebenen zweiten Variante unterbrochen wird, wenn
die an den Klemmen einer wieder aufladbaren Batteriezelle bzw. der
Batterie einen Grenzwert überschreitet,
der größer ist
als der Spannungshöchstschwellenwert, über dem
für die
Batteriezellen schädliche Überspannungen
entstehen können.
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Ein
Ausgleich erfolgt unter ähnlichen
Bedingungen wie oben ausgeführt,
wenn die wieder aufladbaren Zellen der Batterie in gutem Zustand
sind. Die Ladevorrichtung 2 ist damit ununterbrochen in
Betrieb, wenn sie mit der Batterie verbunden ist. Die aufeinander
folgenden Umschaltungen zwischen den Regelspannungen werden dann
von den Messschaltungen gesteuert, die den die Batterie bildenden,
wieder aufladbaren Zellen zugeordnet sind.