DE69308745T2

DE69308745T2 - Fehler-detektor für eine mehrzahl von batterien in einem batteriesicherungssystem

Info

Publication number: DE69308745T2
Application number: DE69308745T
Authority: DE
Inventors: James Daly
Original assignee: Digital Equipment Corp
Current assignee: Digital Equipment Corp
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2013-05-29
Also published as: WO1993026073A1; US5254930A; DE69308745D1; EP0598105A1; EP0598105B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Batterieladern und insbesondere auf die Erfassung von Batteriefehlern.

Hintergrund der Erfindung

Um einen Schutz gegen Stromausfälle zu gewährleisten, verwenden moderne Computersysteme typischerweise Batteriesicherungen. Wenn die von einem Netzteil eines Computers an den Computer gelieferte Wechselspannung unter einen bestimmten Spannungspegel fällt, veranlaßt eine Triggerschaltung, daß eine Batterie als alternative Energiequelle wirkt. Dies erlaubt es dem Computer, seinen Speicherinhalt während des Ausfalls zu sichern und, wenn möglich, ein ordentliches Abschalten auszuführen. Auf alternative Weise kann ein Batteriesicherungssystem den vollständigen Betrieb des Computersystems erlauben, bis die Wechselspannung wieder hergestellt ist.
Typischerweise wird die Batteriespannung von einer Vielzahl von Batteriepackungen geliefert, wobei jede Batteriepackung eine Vielzahl von Batteriezellen (gewöhnlich sechs) enthält. Ein Batterielader muß die Batteriepackungen aufgeladen halten, um sicherzustellen, daß die Batterie in der Lage sein wird, den richtigen Spannungspegel und die richtige Energie an den Computer zu liefern, wenn dies nötig ist.
Jede Minute verlorener Energie für ein Computersystem, das eine kritische Aufgabe (zum Beispiel die Verarbeitungen von Banktransaktionen) unterstützt, könnte zu einem Verlust von Hunderten oder Tausenden von Dollar führen. Die Batteriesicherung hilft, diese Verluste zu minimieren und dem Computersystem Zuverlässigkeit zu verleihen. Jedoch können in dem Fall, daß eine Batterie beschädigt ist, und zwar entweder durch eine kurzgeschlossene Zelle oder durch eine Zelle mit erhöhter Impedanz, die Batteriepackungen nicht in der Lage sein, das Computersystem zu unterstützen, wenn dies erforderlich ist. Zur Zeit wird die Verschlechterung einer Batterie nur dann offensichtlich, wenn sie es nicht schafft, das Computersystems adäquat zu unterstützen, wenn dies erforderlich ist, und wenn Daten verloren gehen. Es wäre wünschenswert, eine Benachrichtigung über den bevorstehenden Ausfall eines Batteriesicherungssystems zu erhalten, bevor wichtige Informationen und Rechenzeit verloren sind.
Die DE-2 132 387 offenbart eine Stromspeiseschaltung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung in ihrer breiten Form ist in einem verbesserten Batterielader gemäß Patentanspruch 1 verkörpert.
Wie hier beschrieben wird, weist ein Batterielader zum Laden einer Vielzahl von Batterien eine Spannungsquelle auf, die über ein Schalterpaar mit einem Energiewandler verbunden ist. Der Energiewandler weist einen Transformator mit einer Primärwicklung und mit einer Vielzahl von Sekundärwicklungen auf. Jede Sekundärwicklung ist mit einer Batterie gekoppelt. Die Spannung wird von der Spannungsversorgung zur Primärwicklung transferiert, wenn die Schalter geschlossen sind, und Strom wird von den Sekundärwicklungen zu den Batterien transferiert.
Eine Ladesteuerschaltungstechnik überwacht die Spannung jeder Batterie und die Gesamtbatteriespannung und bestimmt den an die Batterien zu liefernden Strombetrag. Die Ladesteuereinheit arbeitet in zwei Modi: in einem Spannungsmodus und in einem Strommodus. Wenn die Gesamtbatteriespannung eine vorbestimmte Spannungsgrenze erreicht, hier als "Schwebespannung" bezeichnet, werden die Batterien als geladen angesehen und die Ladesteuerschalttechnik arbeitet im Spannungsmodus. Im Spannungsmodus wird ein Minimalstrom, der erforderlich ist, um die Batteriespannung auf der Schwebespannung zu halten, an die Batterien geliefert. Wenn die Spannung einer Batterie auf eine Spannung unterhalb der Schwebespannung fällt, bedürfen die Batterien der Ladung, und die Ladesteuereinheit arbeitet im Strommodus. Im Strommodus liefert die Ladesteuerschalttechnik fortlaufend einen maximal zulässigen Strom (abhängig von Bauteiltoleranzen) an die Batterien, bis die vorbestimmte Spannungsgrenze wieder eingenommen ist. Der an die Batterien gelieferte Gesamtstrom ist unter den Batterien aufgeteilt, wobei die Batterien in einem niedrigeren Ladezustand mehr Ladestrom ziehen als die Batterien in einem höheren Ladezustand. Die Batterien in einem niedrigeren Ladezustand ziehen fortlaufend höhere Anteile des Stroms, bis der Zustand der Ladung aller Batterien im Sicherungssytem gleich ist, wobei in diesem Punkt alle Batterien einen gleichen Strom ziehen. Wenn die Batterien bis auf die Schwebespannung aufgeladen worden sind, benötigen sie einen geringeren Strom als jenen, der im Strommodus geliefert wird, um die Schwebespannung aufrecht zu erhalten, und die Ladesteuereinheit kehrt in den Spannungsmodus zurück.
Eine Überwachungslogik überwacht den von den Sekundärwicklungen durch jede der Batterien empfangenen Strom und die Spannung jeder der Batterien, um den Ladezustand jeder Batterie und den Betriebszustand des Energiewandlers zu bestimmen. Wenn eine Batterie im Vergleich zu den übrigen Batterien fortlaufend einen größeren Anteil des maximalen Stromes zieht, nachdem die vorbestimmte Spannungsgrenze erreicht worden ist, zeigt dies zwei mögliche Fehlerbedingungen in dem Batteriesicherungssystem an. Die erste mögliche Fehlerbedingung besteht darin, daß es eine kurzgeschlossene Zelle gibt, die bewirkt, daß eine Batterie einen größeren Anteil des Stroms zieht. Die zweite mögliche Fehlerbedingung besteht darin, daß es eine Zelle mit hoher Impedanz gibt, die veranlaßt, daß eine Batterie einen kleineren Anteil des Stromes zieht. Für beide Fehlerbedingungen erfaßt die Überwachungsschaltung das Stromungleichgewicht und erzeugt ein Abschaltsignal. Das Abschaltsignal wird ebenso abgegeben, wenn die Überwachungsschaltung eine Überspannungsbedingung in einer der Batterien erfaßt, die potentiell die Temperaturen in dem Batterielader erhöhen und Bauteile beschädigen könnte. Darüber hinaus wird das Abschaltsignal in dem durch den Ausfall des Batterieladers verursachten Fall eines Überstromes in der Primärwicklung des Energiewandlers abgegeben. Das Abschaltsignal schließt für eine vorbestimmte Zeitperiode einen weiteren Betrieb der Ladesteuerschaltung aus und alarmiert die Systembedienperson über ein Problem innerhalb des Batteriesicherungssystems.
Somit erlaubt die vorliegende Erfindung die Erfassung von Fehlern innerhalb eines Batteriesicherungssystems, wodurch eine Einrichtung zum Vermeiden des Verlustes wichtiger Informationen und teurer Rechenzeit bereitstellt, indem eine Korrektur der Fehlerbedingung gewährleistet wird, bevor Schaden eintritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein genaueres Verständnis der Erfindung kann anhand der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erhalten werden, das beispielhaft gegeben wird und in Verbindung mit der begleitenden Zeichung verstanden werden soll (wobei ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente Bezug nehmen), wobei in den Figuren folgendes gezeigt ist.
Figur 1 ist ein Blockdiagramm, das ein die vorliegende Erfindung verkörperndes Batteriesicherungssystem darstellt;
Figur 2 zeigt Wellenformen, die den Betrieb des in Figur 1 gezeigten Systems veranschaulichen;
Figur 3 ist ein schematisches Diagramm der Ladesteuereinheit in Figur 1,
Figur 4 ist ein schematisches Diagramm der Überwachungslogik in Figur 1; und
Figur 5 zeigt Spannungs- und Strombeziehungen, die den Betrieb der in Figur 3 gezeigten Ladesteuereinheit veranschaulichen.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Wenn man sich nun auf die Figuren bezieht, zeigt Figur 1 die grundsätzlichen Bauteile eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Batteriesicherungssystems, das zur Verwendung in einem Computersystem geeignet ist. Eine Spannungsquelle 10 liefert eine Eingangsgleichspannung an eine Energiewandlereinheit 20, über deren Eingangsanschlüsse ein Speicher-/Filterkondensator verbunden ist. Die Energiewandlereinheit 20 weist einen Transformator 120 mit einer Primärwicklung 24 und mit beispielsweise zwei Sekundärwicklungen 26 und 28 auf. Die Primärwicklung 24 ist mit den Anschlüssen 10 und 11 über MOSFET-Leistungsschalter 14 bzw. 16 und ebenso über Klemmdioden 25 bzw. 23 verbunden. Die Sekundärwicklungen 26 und 28 sind mit Batterien 36 bzw. 38 verbunden.
Die Betriebsposition der Schalter 14 und 16 wird durch den Wert eines Signals SWITCH CTRL auf der Leitung 208 gesteuert, das ein von einer Ladesteuereinheit 40 geliefertes Signal ist. Die Spannung von der Spannungsquelle 10 wird während einer Periode Ton an die Primärwicklung 24 des Transformators 20 geliefert, wenn sich die Schalter 14 und 16 in einer geschlossenen Position (oder leitend) befinden. Während einer Periode Toff, wenn sich die Schalter 14 und 16 in einer offenen Position (oder nicht-leitend) befinden, wird ein Strom von den Primärwicklungen 24 an die Sekundärwicklungen 26 und 28 transferiert. Der Strom von jeder Sekundärwicklung 26 und 28 wird nachfolgend transferiert, so daß ihre jeweilige Batterie 36 und 38 auf eine nominale Schwebesplannung von 54,5 Volt geladen werden. Die Ladesteuereinheit 40 schaltet während aufeinanderfolgender Schaltzyklen Ts = Ton = Toff fortlaufend zyklisch die Schalter 14 und 16 zwischen der offenen und der geschlossenen Position um. Von der Spannungsquelle 10 wird Energie an die Primärwicklung 24 transferiert, wenn die Schalter 14 und 16 geschlossen sind. Diese Energie wird an die Sekundärwicklungen 26 und 28 geliefert, wenn die Schalter 14 und 16 zur Lieferung an die Batterien 36 und 38 offen sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Zeitperiode für den Schaltzyklus zwischen 19,6 Mikrosekunden und 22,2 Mikrosekunden variieren, wobei die Variation aufgrund der Bauteiltoleranzen gegeben ist.
Die Entladung der Batterien 36 und 38 tritt ein, wenn ein SCR 30 ein Triggersignal von einer Triggerschaltung 32 empfängt. Die Triggerschaltung 32 aktiviert den SCR, wenn eine Wechselleistung für die Last 5 (zum Beispiel ein Computer) ausfällt. Wenn dies eintritt, fällt auch die Energiewandler-Versorgungsspannung 10 (ebenso von der Wechselleistungsquelle abgeleitet) aus, so daß die Ladesteuereinheit 40 blockiert wird und der SCR 30 einschaltet, was bewirkt, daß die Batterieenergie an die Last 50 am Ausgang 34 transferiert wird. Die Last verwendet die Spannung von den Batterien 36 und 38, um ein ordentliches Abschalten auszuführen oder um eine Sicherungsversorgung an die Last vollständig zu gewährleisten, bis die Wechselleistung zurückkehrt (oder bis die Batterien entladen werden). Wenn die Wechselleistung zurückkehrt, wird die Ladesteuereinheit 40 erneut aktiviert, und der Betrieb des Energiewandlers wird wieder aufgenommen.
Eine Überwachungslogik 60 überwacht die Spannung jeder Batterie (VB1 und VB2) auf Leitungen 100 und 102 und die über jeden Batteriestrom-Messwiderstand 21 und 22 (IB1 und IB2) erzeugte Spannung auf Leitungen 104 und 106, um sicherzustellen, daß die Energiewandlereinheit 20 und die Batterien 36 und 38 wie erwartet arbeiten. Für den Fall, daß die Energiewandlereinheit 20 oder die Batterien 36 und 38 fehlerhaft sind, gibt die Überwachungslogik 60 ein SHUTDOWN-Signal auf der Leitung 108 ab. Die Abgabe des SHUTDOWN-Signals bewirkt ein Abschalten des Energiewandlers und beendet die Batterieladung. Eine detailliertere Behandlung der von der Überwachungslogik 60 erkannten Fehler wird später in der Beschreibung diskutiert.

Energiewandler

Der Betrieb des in Figur 1 gezeigten Energiewandlers 20 wird mit Bezug auf die in Figur 2 gezeigten Betriebswellenformen beschrieben.
Zu Beginn eines Schaltzyklus Ts gibt es keinen in der Transformatorprimärwicklung 24 oder der Sekundärwicklungen 26 und 28 fließenden Strom. Während einer Periode Ton (Figur 2a), wenn die Schalter 14 und 16 durch das Signal SWITCH CONTROL auf Leitung 208 geschlossen sind, wird die Spannungsquelle 10 an die Primärwicklung 24 (Figur 2b) angelegt. Die Spannungsquelle 10 ist bezüglich zur Erde 11 positiv. Die Sekundärwicklungen 26 und 28 geben diese Spannung wieder. Die Spannung, die über die Transformator-Sekundärwicklungen 26 und 28 wiedergegeben wird, ist gleich der Spannung der Spannungsquelle 10 multipliziert mit dem Verhältnis der Sekundärwicklungszahl zur Primärwicklungszahl. Ausgangsgleichrichter 12 und 13 sind elektrisch so orientiert, daß über diesen Bauteilen eine Sperrspannung angelegt ist, während die Schalter 14 und 16 geschlossen sind, was eine Weiterleitung eines Stroms zu den Sekundärwicklungen 26 und 28 ausschließt. Daher wird von der Primärwicklung 24 keine Energie an die Sekundärwicklungen 26 und 28 transferiert, während die Schalter 14 und 16 geschlossen sind.
Während der Zeitperiode (Ton), in der die Schalter 14 und 16 geschlossen sind, steigt der Strom in der Primärwicklung, wie in Figur 2c gezeigt, gemäß der folgenden Gleichung an, wobei Iprim der Primärwicklungsstrom, Vin die Spannung der Spannungsquelle 10 und Lprim die Primärwicklungs-Magnetisierungsinduktanz des Energietransformators 120 ist:
Iprim = (Vin × Ton)/Lprim.
Der Strom Iprim der Primärwicklung 24 wird von einem zweiten Transformator 37 überwacht. Die Ausgabe der Sekundärwicklung 209 dieses Transformators wird von der Überwachungslogik 60 verwendet und wird in dieser Beschreibung später diskutiert.
Wenn die Schalter 14 und 16 nachfolgend geöffnet werden (zum Zeitpunkt Toff, Figur 2a), muß der Strom in der Primärwicklung 24 weiterfließen, bis er von der Primärwicklung 24 zu den Sekundärwicklungen 26 und 28 transferiert ist. Um mit dem Stromfluß fortzufahren, wird der Strom durch Klemmdioden 23 und 25 zurück zur Spannungsquelle 10 geleitet. Um einen Stromfluß aufrecht zu erhalten, wird daher die Spannung über die Primärwicklung 24 umgekehrt (Figur 2b), was effektiv verursacht, daß der Strom in der Primärwicklung abfällt (Figur 2c) und der Strom in den Sekundärwicklungen 26 und 28 ansteigt (Figur 2a), bis der Stromfluß in der Primärwicklung 24 aufhört.
Zu diesem Zeitpunkt ist praktisch die ganze Energie, die in der Primärwicklung 24 gespeichert war, zu den Sekundärwicklungen 26 und 28 übertragen worden. Wenn der Strom in der Primärwicklung 24 auf Null abgefallen ist, hören die Klemmdioden 23 und 25 auf zu leiten, und der Sekundärwicklungsstrom wird an die Kombination der Kondensatoren 15 und 17 und der Batterien 36 und 38 geliefert. Der zu diesem Zeitpunkt von jeder der Sekundärwicklungen 26 und 28 geführte Gesamtstrom ist durch die untenstehende Beziehung festgelegt, wobei Is der Gesamtsekundärwicklungsstrom, N1 die Anzahl von Windungen in der Primärwicklung 24 und N2 die Anzahl von Windungen in jeder Sekundärwicklung des Transformators ist:
Is = (N1/N2) Iprim.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jede Sekundärwicklung 26 und 28 vier Windungen auf, wobei jede Primärwicklung 10 Windungen aufweist. Der Strombetrag, der von jeder Sekundärwicklung 26 und 28 an die Batterien 36 und 38 geliefert wird, ist durch den Strombetrag bestimmt, den jede Batterie 36 oder 38 bei ihrem jeweiligen Ladespannungspegel aufnehmen wird. Nach einer gegebenen Zeitperiode, die mit td (Figur 2d) bezeichnet ist, fällt der von jeder Sekundärwicklung 26 und 28 gelieferte Strom auf 0 ab. Der Schaltzyklus (Ts = Ton + Toff) ist vorteilhafterweise so ausgelegt, daß Toff immer größer als td ist, um eine vollständige Abgabe des Transformatorsekundärwicklungsstroms an die Batterien vor Beginn des nächsten Schaltzyklus zu gewährleisten. Nachdem der Sekundärwicklungsstrom auf 0 abgefallen ist, wird der Strom von den Kondensatoren 15 und 17 bis zum nächsten Schaltzyklus an die Batterien 36 und 38 geliefert.

Ladesteuereinheit

Wie zuvor erwähnt, steuert die Ladesteuereinheit 40 das zyklische Schalten der Schalter 14 und 16. Je länger die Schalter 14 und 16 geschlossen sind (Ton), umso größer ist der an die Primärwicklung 24 transferierte Energiebetrag und somit umso größer der an die Sekundärwicklungen 26 und 28 und die Batterien 36 und 38 gelieferte Strombetrag, wenn die Schalter 14 und 16 offen (Toff) sind. Durch Steuern des Arbeitszyklus der Schalter 14 und 15, das heißt das Verhältnis zwischen Ton und (Ton + Toff), steuert die Ladesteuerschaltung 40 den an die Batterien 36 und 38 gelieferten Strombetrag.

Betriebsmodi

Die Ladesteuerschaltung 40 arbeitet in zwei Modi, nämlich in einem Strommodus und in einem Spannungsmodus. Im Strommodus ist die Spannung beider Batterien 36 und 38 gleich einer vorbestimmten Grenze, die die Schwebespannung genannt wird. Wenn eine gesunde Batterie bis zur Schwebespannung aufgeladen worden ist, wird sehr wenig Strom benötigt, um diese Spannung aufrecht zu erhalten. Dieser kleine Strombetrag wird als Schwebestrom bezeichnet. Zum Beispiel würde im bevorzugten Ausführungsbeispiel, um eine Schwebespannung von 54,5 V pro Batterie bei 25ºC aufrechtzuerhalten, der von zwei gesunden Batterien gezogene gesamte Schwebestrom wahrscheinlich im Bereich von 0 - 100 mA liegen.
Wenn sich eine der Batterien 36 oder 38 in einem entladenen Zustand befindet, wird sie einen größeren Strom als den Schwebestrom erfordern, um die Schwebespannung zurückzugewinnen. Die Ladesteuereinheit 40 steuert die Schalter 14 und 16, um den an die Batterien 36 und 38 gelieferten Strom zu erhöhen. Die Überwachungslogik 60 überwacht die Erhöhung des Stroms an die Batterien, um zu bestimmen, wann die Ladesteuereinheit 40 im Strommodus arbeitet. Die Überwachungslogik betrachtet die Ladesteuereinheit 40 als im Strommodus befindlich, wenn der an die Batterien gelieferte Strom einen Schwellenbereich von 4,58 bis 4,87 A überschreitet. Da die Energielieferfähigkeit des Laders begrenzt ist, kann er nicht mehr als 5,0 bis 5,36 A liefern, während die Schwellenspannung aufrechterhalten wird. Daher wird im Strommodus zugelassen, daß die Spannung der Batterien 36 und 38 unter die Schwellenspannung fällt, während der an die Batterien 36 und 38 gelieferte Gesamtstrom erhöht wird, um den maximal zugelassenen Strom (5,0 bis 5,36 A, abhängig von Bauteiltoleranzen) an die Batterien zu liefern.
Die Batteriespannungen VB1 und VB2 könnten so niedrig wie 35 V für eine extrem entladene Batterie oder so hoch wie 48 V für Batterien sein, die nicht wesentlich entladen worden sind. Wenn Strom an die Batterien 36 und 38 zurückgegeben wird, arbeitet die Ladesteuereinheit 40 weiterhin im Strommodus, und die Spannungen VB1 und VB2 der Batterien 36 und 38 steigen jeweils an. Wenn zum Beispiel die Batterie 36 anfänglich einen niedrigeren Ladezustand als die Batterie 38 hat, wird die Batterie 36 einen größeren Anteil des Gesamtstroms abnehmen. Wenn sich ihre Ladung allmählich dem Ladezustand der Batterie 38 annähert, werden beide Batterien 36 und 38 einen ähnlichen Anteil des gesamten Ladestroms abnehmen. Wenn beide Batteriespannungen VB1 und VB2 gleich der Schwebespannung sind, kehrt die Ladesteuereinheit 40 zum Betrieb im Spannungsmodus zurück, und der gesamte an die Ladesteuereinheit 40 gelieferte Strom sinkt auf den Schwebestrompegel.

Funktionsbeschreibung

Wenn sich erneut auf Figur 1 bezieht, verwendet die Ladesteuereinheit 40 die Batteriespannungen (VB1 auf Leitung 100 und VB2 auf Leitung 102) und die über den Batteriestrom-Meßwiderständen 21 und 22 (IB1 auf Leitung 104 und IB2 auf Leitung 106) erzeugten Spannungen zum Bestimmen des Arbeitszyklus der Schalter 14 und 16.
Wenn man sich nun auf Figur 3 bezieht, werden die Spannungen IB1 und IB2 entgegengesetzter Polarität an eine Strommeßschaltung CMC eingegeben, gefiltert, und von einem Operationsverstärker 43 aufaddiert, um eine Ausgangsspannung ITOTAL auf Leitung 142 zu erzeugen. Die Spannung ITOTAL ist genau proportional zum Gesamtbatteriestrom.
Die Batteriespannungen VB1 und VB2 werden in die Spannungsmeßschaltung VMC eingegeben, gefiltert, und von einem Operationsverstärker 45 aufaddiert, der die Spannungen positiver und negativer Polarität (VB1 positiv, B2 negativ) in eine positive Ausgangsspannung VBAT auf der Leitung 144 umwandelt, die proportional der Summe der Absolutwerte beider Spannungen ist.
VBAT wird zum Spannungsfehlerverstärker 46 eingegeben und mit einer Bezugsspannungseingabe VREF 1 von Leitung 148 verglichen. VREF ist eine temperaturkompensierte Spannung, die die Batterieschwebespannung darstellt. Im gerade beschriebenen Ausführungsbeispiel variiert VREF zwischen 4,66 und 4,48 Volt über einen Temperaturbereich von 16-50ºC.
VBAT auf Leitung 144 und VREFL auf Leitung 148 werden im Spannungsfehlerverstärker VEA von einem Operationsverstärker 47 verglichen. Eine gefilterte Ausgangsspannung VERR auf Leitung 147 ist proportional der Spannungsdifferenz zwischen VBAT und VREF1. Die Spannung VERR wird an den Begrenzer 50 gespeist, der einen Operationsverstärker 49 und eine Diode 51 verwendet, um eine Ausgangsspannung IDEM auf Leitung 146 zu erzeugen. Der Wert von IDEM ist auf 5,1 Volt beschränkt (was der temperaturunabhängige Wert von VREF2 ist), um sicherzustellen, daß kein Strom von mehr als 5,36 A (der aufgrund von Bauteiltoleranzen maximal mögliche Strom im bevorzugten Ausführungsbeispiel) von den Sekundärwicklungen 26 und 28 angefordert wird. Somit ist IDEM eine Spannung, die den Entladezustand der Batterien 36 und 38 darstellt.
Die Begrenzerschaltung 50 arbeitet wie folgt: Wenn die Batterien 36 und 38 vollständig geladen sind, beträgt VERR weniger als 5,1 V, und der Wert von IDEM auf Leitung 146 (von der Begrenzerschaltung 50 unverändert) ist gleich dem Wert von VERR. An diesem Punkt können die Batterien 36 und 38 mit einem Ladestrom von weniger als 5, bis 5,36 A auf der Schwebespannung gehalten werden. Wenn jedoch die Batterien 36 und 38 deutlich entladen sind, wären mehr als 5,0 bis 5,36 A erforderlich, um die Batterien 36 und 38 bei der Schwebespannung zu halten. Dieser erforderliche Strom wird durch den Spannungswert von VERR dargestellt, der 5,1 Volt überschreiten würde. Der Wert von IDEM ist jedoch von der Begrenzerschaltung 50 auf 5,1 Volt begrenzt, wodurch der angeforderte Ladestrom auf 5,0 bis 5,36 A begrenzt wird und wodurch verursacht wird, daß die Spannung der Batterien 36 und 38 unter die Schwebespannung fällt. An diesem Punkt arbeitet die Ladesteuereinheit 40 im Strommodus (Figur 5).
Wenn die Batterien geladen werden, wird die Spannungsdifferenz zwischen VBAT und VREF, dargestellt durch VERR, unter 5,1 Volt fallen, wobei an diesem Punkt IDEM nicht mehr von der Begrenzerschaltung 50 auf 5,1 Volt begrenzt wird, sondern dem Wert von VERR nachfolgen wird. Somit ist, wenn die Batterien 36 und 38 die Schwebespannung erreichen, VBAT gleich VREF, und die Ladesteuereinheit 40 kehrt in den Spannungsmodus zurück.
Es ist der Vergleich von IDEM auf Leitung 146 (die die Spannungsdifferenz zwischen der Schwebespannung und der Summe der Spannungen der Batterien 36 und 38 darstellt) mit ITOTAL auf Leitung 142 (die Spannung, die die Summe der Stromflüsse durch die Strommeßwiderstände 15 und 17 darstellt), die eine Rückkopplungsschleife zum Steuern des Arbeitszyklus der Schalter 14 und 16 schafft. Dieser Vergleich wird vom Stromfehlerverstärker 52 vorgenommen. Wenn IDEM gleich ITOTAL ist, erhalten die Batterien 36 und 38 entweder den richtigen Strombetrag, um die Schwebespannung (im Spannungsmodus) oder den Grenzstrom vom 5,0 bis 5,36 A (im Strommodus) aufrechtzuerhalten. Wenn IDEM kleiner als ITOTAL ist, sollte der an die Batterien 36 und 38 gelieferte Strombetrag vermindert werden, bis ITOTAL gleich IDEM ist. In ähnlicher Weise sollte, wenn IDEM größer als ITOTAL ist, der an die Batterien 36 und 38 gelieferte Strombetrag erhöht werden. Der Betrag, um den ITOTAL erhöht oder vermindert werden sollte, um sich IDEM anzugleichen, wird von der Spannung VCON auf Leitung 152 angezeigt, die die Differenz zwischen den zwei Spannungen darstellt, und zwar abgeleitet mit einem Operationsverstärker 53, der als Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor verdrahtet ist.
Wie zuvor erwähnt bestimmt die Zeitdauer, die die Schalter 14 und 16 geschlossen (Ton) sind, den Strombetrag in der Primärwickung 24 und folglich den an die Batterien 36 und 38 gelieferten Strombetrag. VCON wird von einem Pulsbreitenmodulator 54 zum Bestimmen des Arbeitszyklus (Ton / (Ton + Toff)) der Schalter verwendet. Je größer VCON ist, umso höher ist das Arbeitszyklusverhältnis, und zwar bis zu einem Maximum von 49% (wobei die Schalter für etwas weniger als die Hälfte des gesamten Schaltzyklus geschlossen sind). Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Pulsbreitenmodulator 54 besitzt auch die Fähigkeit, abgeschaltet zu werden. Diese Funktionalität wird von der Überwachungslogik 60 verwendet, wie es später in der Beschreibung beschrieben wird. Der Pulsbreitenmodulator 54 steuert somit den Wert von SWITCH CTRL auf Leitung 108, wobei das zyklische Schalten der Schalter 14 und 16 und folglich die Lieferung des Sekundärwicklungsstroms an die Batterien 36 und 38 gesteuert wird.

Überwachungslogik

Mit Bezug auf Figur 4 wird nun die Überwachungslogik 60 vorgestellt. Die Überwachungslogik 60 führt eine Vielfalt von Funktionen aus, einschließlich dem Überwachen der Batterien 36 und 38 bezüglich einer Überspannungsbedingung, dem Bestimmen, ob die Ladesteuereinheit 40 und der Energiewandler 20 richtig funktionieren, dem Erfassen eines möglichen Überstroms in der Transformatorprimärwicklung 24 und dem Bestimmen, ob eine der Batterien 36 oder 38 beschädigt oder verschlechtert ist. Die Uberwachungslogik 60 arbeitet so, daß das Signal SHUTDOWN auf Leitung 108 in dem Fall abgegeben wird, daß eine der oben aufgeführten Bedingungen eintritt, oder wenn von einem externen Anwender ein Abschalten angefordert wird. Jede Funktionseinheit der Überwachungslogik 60 arbeitet unter Verwendung von Vorspann-Spannungen von +12v und -12v, um logische Ausgangssignale anzusteuern.
Ein Batteriespannungsdetektor BVD überwacht die Spannungen VB1 und VB2, um zu erfassen, wenn die Spannung einer Batterie 36 oder 38 entweder eine Spannung überschreitet (Batterieüberspannungsschwelle), die für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb (im Bereich von 67 bis 70 Volt) zu hoch ist, oder unter eine Batterieunterspannungsschwelle fällt, die immer kleiner als die Schwebespannung über alle Betriebstemperaturen ist (etwa 50,5 bis 52,7 Volt). Der Batteriespannungsdetektor 62 erzeugt zwei Ausgangssignale BATOV auf Leitung 162 (ausgegeben vom Komparator 62A oder 62B) und BATUV auf Leitung 163 (ausgegeben vom Komparator 63A oder 63B), von denen beide gleich +12 Volt sind, wenn VB1 und VB2 die Schwebespannung überschreiten, jedoch unterhalb des Überspannungsbereichs liegen. Wenn jedoch die Spannung einer der Batterien 36 und 38 den Bereich von 67-70 Volt überschreitet, wird BATOV auf -12 Volt heruntergezogen. In ähnlicher Weise wird BATUV ebenso auf -12 Volt heruntergezogen, wenn die Spannung einer der Batterien 36 oder 38 unterhalb die Batterieunterspannungsschwelle (etwa 50,5 bis 52,7 Volt) fällt. Somit benachrichtigen BATOV und BATUV andere Funktionsblöcke innerhalb der Überwachungslogik 60 davon, ob die Spannungen der Batterien 36 und 38 vom gewünschten Spannungsbereich abgewichen sind.
Auf ähnliche Weise überwacht ein Batteriestromdetektor BCD die Spannung ITOTAL, um zu erfassen, wenn der Gesamtbatteriestrom von einer maximalen Stromschwelle (4,58-4,87 A) abweicht. Am Ausgang eines Komparators 64 erzeugt der Batteriestromdetektor BCD eine Spannung ITOT_H, die gleich +12v ist, wenn ITOTAL anzeigt, daß der gerade von den Batterien gezogene Gesamtstrom die maximale Stromschwelle überschreitet. Wenn jedoch ITOTAL anzeigt, daß der von den Batterien 36 und 38 gezogene Strom kleiner als die maximale Stromschwelle ist, wird das Signal ITOT_H auf -12v heruntergezogen. Somit zeigt ITOT_H an, in welchem Ausmaß die Batterien 36 und 38 gerade geladen werden.
ITOT_H und BATUV werden vom Lade-OK-Detektor CHD verwendet, um zu bestimmen, wenn die Ladesteuereinheit 40 wie erwartet ärbeitet. Der Lader-OK-Detektor CHD zeigt einen normalen oder anormalen Laderbetrieb durch Erzeugen eines Signals MDOK auf Leitung 166 an. Wenn die Batterien unterhalb der Schwellenspannung liegen, wie es von BATUV mit einem Wert von -12v angezeigt wird, dann sollten in ähnlicher Weise die Batterien 36 und 38 einen Strom ziehen, der größer als der maximale Schwellenstrom ist, wie es von ITOT_H mit einem Wert von +12v angezeigt wird. Wenn die Batterien 36 und 38 geladen werden, steigt die Batteriespannung an, bis beide Batteriespannungen die Batterieunterspannungsschwelle überschreiten, wobei an diesem Punkt BATUV gleich +12V sein wird. An diesem Punkt wird der Lader immer noch den maximal zulässigen Strom von 5,0 bis 5,36 A an die Batterien liefern, und daher sind sowohl BATUV als auch ITOT_H gleich +12V. Bei Fortsetzung der Ladung sinkt der Batteriestrom allmählich unter die Stromschwelle von 4,57 bis 4,87 A, und die Ladesteuereinheit 40 nimmt den Betrieb im Spannungsmodus wieder auf. Da der Strom unterhalb die Stromschwelle gefallen ist, wird ITOT_H auf -12V heruntergezogen, während BATUV gleich +12V bleibt.
Ein normaler Laderbetrieb wird durch ein Signal MDOK gleich +12V angezeigt, was während der drei oben beschriebenen Bedingungen eintritt: Wenn entweder ITOT_H oder BATUV gleich +12V sind, oder wenn sowohl ITOT_H und BATUV gleich +12V sind. Wenn jedoch die Spannung einer der Batterien 36 und 38 kleiner als die Batterieunterspannung (BATUV gleich -12V) ist, und wenn der Ladestrom kleiner als der Schwellenstrom (ITOT_H gleich -12V) ist, wird ein anormaler Laderbetrieb durch das Signal MDOK gleich 0V angezeigt. Das Signal MDOK ist daher als ein Signal verfügbar, um einen anormalen Laderbetrieb anzuzeigen, wie es erwünscht sein kann.
Die Signale BATUV und ITOT_H werden ebenso von der Laderaten-Erfassungsschaltung CRD (die einen Komparator 68 einsetzt) verknüpft, um festzustellen, ob die Ladesteuereinheit 40 im Strommodus oder im Spannungsmodus arbeitet. Wenn BATUV gleich +12v ist und ITOT_H gleich -12v ist, dann liegen die Spannungen der Batterien 36 und 38 über der Schwellenspannung, die Batterien ziehen weniger Strom als den maximalen Stromerfassungs-Schwellenpegel, und die Ladesteuereinheit 40 arbeitet im Spannungsmodus. Die Laderaten-Erfassungsschaltung CRD erzeugt ein Signal FLOAT H auf Leitung 168, das gleich +12v ist, wenn die Ladesteuereinheit im Spannungsmodus arbeitet, und das gleich -12v ist, wenn die Ladesteuereinheit 40 im Strommodus arbeitet. Das Signal FLOAT H ist als ein Signal verfügbar, um die verfügbare Batteriekapazität anzuzeigen, wie es gewünscht sein kann.
Mit Bezug nun auf Figur 1 erzeugt der Transformator 37 einen Strom an seiner Sekundärwicklung 29, der ein Hundertstel des Stroms in der Primärwicklung 27 beträgt. Der Strom in der Primärwicklung 27 ist exakt gleich dem Strom in der Primärwicklung 24. Der Strom in der Sekundärwicklung, PRIM_CUR auf Leitung 209, wird in den Primärüberstromdetektor POD gespeist, wie in Figur 4 gezeigt ist. Der Primärüberstromdetektor POD weist einen Komparator 70 auf, um zu erfassen, wenn der Strom in der Transformatorprimärwicklung 24 eine vorbestimmte Grenze überschreitet, zum Beispiel 9,1 A. Ein Überstrom in der Primärwicklung 24 könnte von einem Kurzschluß in der Primärwicklung 24 oder von einem Ausfall in der Ladesteuereinheit 40 resultieren. Der Primärüberstromdetektor POD erzeugt das Signal PRIM_OC, das gleich +12v ist, wenn der Strom in der Primärwicklung 24 unter der vorbestimmten Grenze liegt, und es wird auf -12v heruntergezogen, wenn der Strom die vorbestimmte Grenze überschreitet
Ein Ungleichgewichtsdetektor IMBD erfaßt eine Fehlerbedingung einer der Batterien 36 oder 38. Es gibt zwei Batteriefehlerbedingungen, die vom Ungleichgewichtsdetektor IMBD erfaßt werden. Die erste tritt auf, wenn die Impedanz einer Batterie oder die einer Zelle deutlich ansteigt. Eine erhöhte Zellenimpedanz kann verursachen, daß die Batterie nicht in der Lage ist, während der nächsten Entladung Strom zu liefern, und kann verursachen, daß die Zelle in ihrer Spannung umgekehrt wird, wobei nachfolgend die Zelle und die Batterie über eine sichere Betriebstemperatur hinaus erwärmt werden. Während der Wiederaufladung wird, wenn eine der Batterien eine Zelle mit hoher Impedanz aufweist, diese weniger Ladestrom aufnehmen als die anderen normal arbeitenden Batterien bei der gleichen Ladespannung. Diese Bedingung bleibt bestehen, bis die Batteriespannungen den Schwebespannungspegel überschreiten. Wenn das Stromungleichgewicht derart vorliegt, daß die normal arbeitende Batterie zwei Drittel des gesamten Ladestroms zieht, wenn die Batteriespannungen den Schwebespannungpegel überschreiten, dann wird vom Ungleichgewichtsdetektor IMBD eine Ungleichgewichtsbedingung erfaßt.
Die zweite Fehlerbedingung tritt auf, wenn eine oder mehrere Batteriezellen kurzgeschlossen werden. Eine kurzgeschlossene Zelle kann während einer Endladung mit hohem Strom zu einer Erhöhung der Temperatur in der Zelle über eine sichere Betriebstemperatur führen und sie kann die Gesamtentladekapazität der Batterie beeinträchtigen. Während der Wiederaufladung wird, wenn eine der Batterien eine kurzgeschlossene Zelle aufweist, diese mehr Strom als die normal arbeitenden Batterien aufnehmen. Eine Ungleichgewichtsbedingung wird erfaßt, wenn die kurzgeschlossene Batterie mehr als zwei Drittel des gesamten Ladestroms zieht, wenn die Batteriespannungen den Schwebespannungspegel erreichen.
Die Ungleichgewichtsbedingung wird wie folgt von der Ungleichgewichtserfassungsschaltung IMBD erfaßt. Der an jede der Batterien 36 und 38 gelieferte Strom wird durch die über jeden der Strommeßwiderstände 21 und 22 erzeugten Spannungen IB1 und IB2 bestimmt, wie in Figur 2 gezeigt ist. Die Spannungen IB1 und IB2 erzeugen 0,1v pro Ampere Batteriestrom. IB1 stellt den Strom in Batterie 36 dar und ist in ihrer Polarität negativ, wohingegen IB2 den Strom in der Batterie 38 darstellt und in ihrer Polarität positiv ist. Zwei Verstärker 71 und 73 multiplizieren und filtern IB1 und IB2. Jeder Verstärker 71 und 73 erzeugt eine Ausgangsspannung, und zwar IBAT1 auf Leitung 171 und IBAT2 auf Leitung 173. Die Spannung IBAT1, die in ihrer Polarität positiv ist, ist direkt proportional zum Strom der Batterie 36; IBAT1 nimmt um 1,36 Volt pro Ampere Strom in der Batterie 36 zu. Auf ähnliche Weise ist die Spannung IBAT2, die in ihrer Polarität negativ ist, direkt proportional zum Strom der Batterie 38; IBAT2 nimmt um 1,36 Volt pro Ampere Strom in der Batterie 38 ab. IBAT1 und IBAT2 werden mit der korrekten Polarität der Referenzspannung VREF von den Komparatoren 76 und 77 verglichen. Wenn entweder IBAT1 5,1v überschreitet oder wenn IBAT2 -5,1v überschreitet, dann zieht entweder die Batterie 36 oder die Bättene 38 50% mehr Strom als erwartet (das heißt zwei Drittel des Gesamtstroms anstelle einer Hälfte), und die verdrahtete, ODER-verknüpfte Ausgabe IRESULT geht auf +12v über. Wenn zum Beispiel der gesamte gelieferte Strom 5,0 A beträgt, wird von jeder Batterie erwartet, die Hälfte zu ziehen, oder 2,5A. Eine Batterie, die einen um 50% größeren Strom zieht, zieht 3,75 A. Die Signale IBAT1 und IBAT2 nehmen um 1,36 V pro Ampere Batteriestrom zu, 1,36 × 3,75 = 5,1 V.
Wenn die Ladesteuereinheit 40 im Strommodus arbeitet und sich eine Batterie in einem deutlich niedrigeren Entladezustand als die zweite Batterie befindet, kann sie möglicherweise 50% mehr Strom als erwartet aufnehmen. Dies ist im Strommodus zulässig. Jedoch sollte keine der Batterien 36 oder 38 weiter einen um 50% höheren Strom ziehen, wenn die Spannungen (VB1 und VB2) beider Batterien 36 und 38 über der Schwebespannung liegen. BATUV wird auf +12 Volt gehalten, wenn VB1 und VB2 über der Schwebespannung liegen, wie oben mit Bezug auf die Batteriespannung-Erfassungsschaltung 62 beschrieben ist. BATUV in Verbindung mit der Diode 79 ermöglicht die Durchleitung des Signals IRESULT, wenn VB1 und VB2 über der Schwebespannung liegen.
Wenn IRESULT gleich +12v ist und BATUV gleich +12v ist, dann liegt in einer der Batterien 36 oder 38 eine Fehlerbedingung vor. Das Signal IMBALANCE am Ausgang des Komparators 78 ist mit dem Signal PRIM_OC (die Fehlerbedingung, die einen Überstrom in der Primärwicklung 24 anzeigt) und BATOV (die Fehlerbedingung, die eine Überspannungsbedingung einer der Batterien 36 oder 38 anzeigt) fest ODER-verknüpft, wobei das Signal INTERNAL SHUTDOWN erzeugt wird. Es sollte bemerkt werden, daß es kein Ungleichgewicht zwischen den von jeder Batterie 36 und 38 gezogenen Strömen geben kann, wenn beide Batterien 36 und 38 auf die gleich Weise ausfallen, und daher wird weder das Signal IMBALANCE noch das Signal INTERNAL SHUTDOWN abgegeben.
Die Signale INTERNAL SHUTDOWN und EXTERNAL_SHUTDOWN (ein von einem externen Bediener geliefertes Abschaltsignal) signalisieren einer Abschaltsteuerschaltung 80, den Lader abzuschalten, indem der Pulsbreitenmodulator 54 in der Ladesteuerschaltung 40 abgeschaltet wird. Das Signal EXTERNAL_SHUTDOWN ermöglicht es einem externen Bediener vorteilhafterweise, den Lader ohne interne Fehler im Batterielader anzuhalten. Wenn entweder das Signal INTERNAL SHUTDOWN oder das Signal EXTERNAL_SHUTDOWN abgegeben wird, wird das Signal SHUTDOWN auf Leitung 108 auf +12v hochgezogen. Das Signal SHUTDOWN verhindert effektiv, daß der Pulsbreitenmodulator 54 Impulse erzeugt, wobei damit das zyklische Schalten der Schalter 14 und 16 angehalten wird und folglich die Lieferung von Strom an die Batterien 36 und 38 angehalten wird. Das Abschalten des Laders kann dazu führen, daß die Fehlerbedingung aufgehoben wird, zum Beispiel wird die Spannung einer Batterie 36 oder 38, die die Überspannungsgrenze überschritten hat, unterhalb diese Grenze fallen, und daher wird das Signal BATOV zwischengespeichert, so daß das Signal SHUTDOWN weiterhin abgegeben wird, bis eine Vorspannenergie an die Schaltung beseitigt worden ist und erneut angelegt worden ist. Das Signal SHUTDOWN wird auch an einen Eingang des Komparators 66 im Lade-OK-Detektor CHD angelegt, was verursacht, daß das Signal MDOK auf -12v heruntergezogen wird. Ein Zeitgeber 82 steuert die Wegnahme des Signals SHUTDOWN, nachdem die Fehlerbedingung vom Lader beseitigt worden ist. Der Zeitgeber 82 stellt sicher, daß das Batterieladesystem für mindestens zwei Sekunden vor dem Beginn einer neuen Startsequenz abgeschaltet ist. Eine andauernde Fehlerbedingung wird eine fortlaufende Neustart- und Abschaltsequenz des Batterieladers verursachen, was den Bediener über ein Problem im Batteriesicherungssystem alarmiert.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Verstärker 43, 45, 47, 49, 53, 66, 71 und 73 geeigneterweise Dualoperationsverstärker niedriger Leistung vom Typ LM358 sein, die von der National Semiconductor Corporation, Santa Clara, California, hergestellt werden. Die Komparatoren 62A, 62B, 63A, 63B, 64, 68, 70, 76, 77 und 78 können geeigneterweise Bauteile vom Typ LM 393 sein, die ebenso von der National Semiconductor Corporation hergestellt werden.
Verschiedene Abänderungen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels können vorgenommen werden. Zum Beispiel könnten, obwohl bezüglich eines Ladesystems für zwei Batterien beschrieben, Ausführungsbeispiele mit drei oder mehr Batterien unter Verwendung einer zusätzlichen Sekundärwicklung für jede zusätzliche Batterie entworfen werden. Die Fehlererfassungsschaltung könnte dann abgeändert werden, um Ungleichgewichtsbedingungen, die von einer oder mehreren, mehr als den normalen Bereich des Ladestroms ziehenden Batterien stammen, und die Einleitung geeigneter Sicherheitsprozeduren, wie hier beschrieben, vorzusehen. Die Anzahl von Zellen oder Batterien in jeder Batteriepackung, wie etwa 36 und 38, ist ebenso nicht festgelegt, was von jeder Sekundärwicklung des Transformators 120 abhängt, die mit der gleichen Batterielast verbunden ist. Die Schwebespannung, das heißt die von der Ladeschaltung an die Batterien im Spannungsmodusbetrieb der Ladesteuereinheit angelegte Spannung, würde eine entsprechende Abänderung erfordern, und der vom Lader im Strommodus der Ladesteuereinheit gelieferte Strompegel könnte möglicherweise ebenso eine Abänderung erfordern. Während das speziell hier beschriebene Ausführungsbeispiel zur Verwendung in Verbindung mit abgedichteten Bleisäurebatterien vorgesehen ist, könnte es mit Abänderungen abhängig von Batteriecharakteristiken mit anderen chemischen Typen von Batterien verwendet werden.
Somit ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern innerhalb eines Batteriesicherungsladesystems vorgestellt worden. Die vorliegende Erfindung stellt eine Einrichtung zum Ermöglichen der frühen Erfassung von Batteriefehlern bereit, bevor kritische Daten und Rechenzeit verloren ist.

Claims

1. Batterieladevorrichtung zum Laden einer Vielzahl von Batterien (36,38), die die folgenden Merkmale aufweist:

einen Transformator (120), der eine Primärwicklung (24) und eine Vielzahl von Sekundärwicklungen (26,28) aufweist;

wobei jede der Sekundärwicklungen beim Gebrauch mit einer entsprechenden Batterie der Vielzahl von Batterien (VB&sub1;, VB&sub2;) verbunden ist;

eine Ladeversorgung-Steuereinrichtung (40), die so arbeitet, daß eine Gleichspannungsquelle (10,11) unter Einsatz gesteuerten Schaltens (14,16) wiederholt über die Primärwicklung schaltbar ist, um zu bewirken, daß von jeder der Sekundärwicklungen (26,28) ein Ladestrom an jede entsprechende Batterie (36,38) der Vielzahl von Batterien geliefert wird; wobei die Ladeversorgung-Steuereinrichtung so angeschlossen ist (104,106), daß sie auf den von den Batterien gelieferten Ladestrom anspricht, und eine Einrichtung (100, 102) aufweist, um auf Spannungen anzusprechen, auf die die Batterien geladen werden, um die Schaltrate der Gleichspannungsquelle und dadurch den an die Batterien gelieferten Ladestrom zu steuern; und

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

eine Überwachungseinrichtung (60), die auf die Spannung jeder der Batterien und auf den Ladestrom jeder der Sekundärwicklungen anspricht, und zwar zum Erfassen, wenn eine Spannung einer der Vielzahl von Batterien über einen vorbestimmten Spannungspegel steigt, oder zum Erfassen, wenn der Ladestrom an eine der Batterien über einen vorbestimmten Strompegel steigt, um die Zufuhr von Ladestrom an die Vielzahl von Batterien zu unterbrechen.

2. Batterieladevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungseinrichtung (60) eine Einrichtung (POD) aufweist, um auf einen einen vorbestimmten Pegel überschreitenden Stromfluß durch die Primärwicklung (24) anzusprechen, um die Zufuhr von Ladestrom an die Batterien zu unterbrechen.

3. Batterieladevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Primärwicklung (24) an jedem Ende mit jeweiligen Schaltern (14,16) verbunden ist, die so arbeiten, daß die Primärwicklung mit der Gleichspannungsquelle (10,11) verbindbar oder von dieser trennbar sind, wobei die Batterieladevorrichtung einen Pulsbreitenmodulator (54) aufweist, der so angeschlossen ist, daß die Schalter (14,16) gemäß einem einstellbaren Arbeitszyklus betätigbar sind, und wobei die Ladesteuereinrichtung (40) so mit dem Pulsbreitenmodulator verbunden ist, daß der Arbeitszyklus einstellbar ist.

4. Batterieladevorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin die folgenden Merkmale aufweist:

eine Ladespannungsversorgung (10,11);

eine mit jeder der Sekundärwicklungen (26,28) verbundene zu ladende Batterie der Vielzahl von Batterien (VB&sub1;, VB&sub2;);

eine Vielzahl gesteuerter Schalter (14,16) zum Koppeln der Ladespannungsversorgung an den Transformator, wobei die Schalter eine Lieferung der Versorgungsspannung an die Transformatorprimärwicklung (24) zulassen, wenn sie sich in einer geschlossenen Stellung befinden, und wobei die Batterie einen Strom von dem Transformator empfängt, wenn sich die gesteuerten Schalter in einer offenen Stellung befinden;

eine Spannungsmeßeinrichtung (100,102,VMC,46) zum Überwachen einer Spannung der Batterie, wobei die Spannungsmeßeinrichtung einen Spannungsunterschied (VERR) zwischen der Batteriespannung (VBAT) und einer vorbestimmten Spannung (VREF1) bestimmt;

eine Strommeßeinrichtung (21,22,106,108,CMC) zum Messen eines Stroms von den Sekundärwicklungen des Transformators;

eine Strombegrenzereinrichtung (50), die auf den Spannungsunterschied (VERR) und auf die Strommeßeinrichtung (CMC) anspricht, und zwar zum Begrenzen des Stroms von den Sekundärwicklungen des Transformators auf einen vorbestimmten Strompegel;

wobei die Ladeversorgung-Steuereinrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

eine auf die Begrenzereinrichtung (50) ansprechende Ladesteuerlogik (40) zum Steuern der Vielzahl gesteuerter Schalter (14,16), wobei die Ladesteuerlogik fähig ist, in einem Strommodus und in einem Spannungsmodus zu arbeiten;

wobei die Überwachungseinrichtung (60) ansprechend auf die Strommeßeinrichtung und die Spannungsmeßeinrichtung eine Vielzahl von Fehlerbedingungen erfaßt und wobei die Überwachungseinrichtung eine Abschalteinrichtung (80) zum Sperren der Ladesteuerlogik aufweist, und zwar für den Fall, daß eine der Vielzahl von Fehlerbedingungen erfaßt wird.

5. Batterieladevorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede der Vielzahl von Sekundärwicklungen eine gleiche Anzahl von Windungen aufweist;

wobei die Batterieladevorrichtung weiterhin die folgenden Merkmale aufweist:

eine Vielzahl gesteuerter Schalter (14-16), von denen jeder eine offene Stellung und eine geschlossene Stellung aufweist, wobei die Schalter (14-16) mit dem Transformator (120) und mit der Spannungsquelle (10,11) verbunden sind, um zur Erzeugung eines Primärwicklungsstroms das Anlegen der Spannung über die Primärwicklung (24) zu steuern;

ein paralleles Paar von Kondensatoren (15,17) und Batterien (36,38), das mit einer entsprechenden Sekundärwicklung der Sekundärwicklungen gekoppelt ist, um einen Ladestrom von der entsprechenden Sekundärwicklung zu empfangen, wenn sich die Schalter in der offenen Stellung befinden;

eine Spannungsmeßeinrichtung (100,102,VMC) zum Erzeugen einer ersten Steuerspannung (VBAT), die die Summe der Spannungen darstellt, auf die die Batterien geladen worden sind;

eine erste Strommeßeinrichtung (CMC) zum Liefern einer zweiten Steuerspannung (ITOTAL), die einen an die Batterien gelieferten Gesamtladestrom darstellt;

eine zweite Strommeßeinrichtung (IMBD) zum Bereitstellen einer Vielzahl individueller Spannungen, die den jeweiligen, von der entsprechenden Sekundärwicklung an das entsprechende Batterie- und Kondensatorpaar gelieferten Ladestrom darstellen;

eine Steuereinrichtung (54), die auf die erste (VBAT) und auf die zweite (ITOTAL) Steuerspannung anspricht, um den Betrieb der gesteuerten Schalter zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung zu steuern;

eine auf die Spannungsmeßeinrichtung ansprechende Überspannungserfassungseinrichtung (BVD) zum Erzeugen eines ersten Abschaltsignals (BATOV), wenn die Spannung einer Batterie der Vielzahl von Batterien eine erste Spannungsgrenze überschreitet;

eine auf den Primärwicklungsstrom ansprechende Überstromerfassungseinrichtung (POD) zum Liefern eines zweiten Abschaltsignals (PRIM_OC), wenn der Primärwicklungsstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet;

eine auf die Spannungsmeßeinrichtung (VMC) und auf die zweite Strommeßeinrichtung (IMBD) ansprechende Ungleichgewichtserfassungseinrichtung (IMBD) zum Liefern eines dritten Abschaltsignals (IMBALANCE), wenn die erste Steuerspannung eine erste Schwellenspannung überschreitet und wenn eine der Vielzahl individueller Spannungen eine zweite Schwellenspannung überschreitet; und wobei

die Überwachungseinrichtung (60) separat auf jedes der ersten, zweiten und dritten Abschaltsignale anspricht, um zuzulassen, daß die Steuereinrichtung den Betrieb der gesteuerten Schalter sperrt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuereinrichtung (40) einen auf die erste und zweite Steuerspannung ansprechenden Pulsbreitenmodulator (54) aufweist, um einen Arbeitszyklus der Schalter einzustellen.