Vorrichtung und Verfahren zum Laden und zur Ladungskontrolle eines Akkumulators .

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden und zur La¬ dungskontrolle eines Akkumulators. Ferner betrifft die Erfin¬ dung ein entsprechendes Verfahren.

Die Weiterentwicklung tragbarer Geräte zeichnet sich in jeder neuen Generation durch das Bereitstellen neuer Funktionalitä¬ ten aus. Jede neue Funktionalität trägt dabei potentiell zu einem erhöhten Stromverbrauch bei. Für den Benutzer dieser Geräte ist es zunehmend wichtiger, über die verbleibende Nut¬ zungsdauer, d.h. die verbleibende Batterie- oder Akkumulator¬ kapazität informiert zu sein. Insbesondere werden Nickel- Cadmium- und Nickel-Metall-Hydrid- Akkumulatoren (NiCd- bzw. NiMH-Akkumulatoren) zunehmend ersetzt durch Akkumulatoren, die auf Lithium (Li) basieren, weil diese eine herausragende Energiedichte pro Volumen aufweisen.

Die Messung der Batterie- bzw. AkkumulatorSpannung als Maß für den Ladezustand ist einfach und kostengünstig zu reali¬ sieren, genügt aber hohen Ansprüchen an die gewünschte Genau¬ igkeit nicht. So nimmt die Akkumulatorspannung kontinuierlich während der Entladung ab, aber der Zusammenhang zwischen dem Spannungspegel und der verbliebenen Ladung verändert sich stark nichtlinear mit der Temperatur und der Entladungsrate. Eine Spannungsmessung als Maß für den Ladezustand des Akkumu¬ lators kann je nach Akkumulatortyp zu einem Messfehler von 100% oder deutlich darüber führen. Zwar kann dies gut korri¬ giert werden, wenn die Temperatur und die Entladungsrate be¬ kannt sind. Die Messung dieser zusätzlichen Parameter macht

aber den Prozess komplizierter und teurer als eine Ladungs- messung, ohne zusätzliche Vorteile zu bringen.

Genauer ist deshalb eine Ladungsmessung, die mittels einer Strommessung und einer Zeitmessung durchgeführt werden kann, weil Strom als Ladungsänderung pro Zeiteinheit definiert ist. Um eine sehr genaue Abschätzung der verbliebenen Batterieka¬ pazität machen zu können, gibt es einen Entwicklungstrend zu Ladungsmessgeräten (fuel gauge) , die den Nettostromfluss in die Batterie bzw. den Akkumulator hinein und heraus verfol¬ gen.

Ein solches Ladungsmessgerät umfasst eine integrierte Schal¬ tung (IC) mit einer Recheneinheit und zusätzlichen externen Bauelementen zur Auswertung der Strommessung und zur Bestim¬ mung des Ladezustands. Für das Laden des Akkumulators ande¬ rerseits wird ein weiterer integrierter Schaltkreis mit ex¬ terner Beschaltung benötigt, mit dem der Aufladevorgang so gesteuert werden kann, dass er schnell und ohne Schädigung des Akkumulators abläuft.

Aus der Veröffentlichung "DS2770 Battery Monitor and Charge Controller" von Dallas Semiconductor wird ein integrierter Schaltkreis vorgeschlagen, der mit seiner externen Beschal¬ tung die Funktion sowohl des Aufladens als auch die Erfassung des Ladezustands vereint. Dadurch wird vor allem wertvoller Platz auf einer Schaltungsplatine gespart.

Mit dem IC sind zwei Akkumulatortypen (Lithium oder NiMH) mit unterschiedlichen Aufladungscharakteristiken einstellbar. Ab¬ hängig vom Erreichen seiner SchwellSpannung für Unterspannung an den Ausgangsanschlüssen des Akkumulators wird ein defi-

niertes Ladeprogramm für den jeweiligen Akkumulatortyp durch¬ geführt.

Der Aufladevorgang selbst geschieht mit Hilfe zweier Kon¬ stantstromquellen, die der IC abhängig von einem Spannungs- kriterium ansteuert . Wenn die AkkumulatorSpannung unter der SchwellSpannung liegt, d.h. der Akkumulator tief entladen ist, erzeugt ein erster externer Transistor mit Strombegren¬ zungswiderstand einen geringen Konstantladestrom, bis die SchwellSpannung erreicht ist. Bei einem normalen Aufladevor¬ gang, wenn die Akkumulatorspannung die SchwellSpannung er¬ reicht oder darüber liegt, wird ein vergleichsweise hoher Konstantstrom mit einem zweiten externen Transistor in den Akkumulator gespeist . Der IC schaltet bedarfsweise von dem ersten auf den zweiten Transistor und den hohen Ladestrom um. Der Ladevorgang wird je nach Akkumulatortyp bei Erreichen ei¬ nes Zeit- oder eines Temperaturkriteriums beendet.

Die zweite Funktion der Schaltung, d.h. die Messung des Akku¬ mulatorstroms und seine Richtung, wird mittels des Spannungs¬ abfalls an einem Messwiderstand (shunt) im masseseitigen Zweig des Ladekreises realisiert. Die Stromrichtung in den Akkumulator hinein oder heraus wird durch eine Subtrahierein¬ richtung festgelegt, die das Vorzeichen und den Betrag des Stromflusses festlegt. Die Werte werden digitalisiert und mittels Registern der momentane Stromfluss und der über der Zeit akkumulierte Strom gespeichert.

Die beiden Funktionen des IC sind getrennt realisiert. Insbe¬ sondere wird das Laden des Akkumulators durch einfaches Ein¬ bzw. Ausschalten der externen Konstantstromquellen bewirkt. Wenn dieser IC mit einer Ladequelle mit niedriger Impedanz

betrieben wird, ist eine externe Strombegrenzung mit zusätz¬ lichen und somit platzraubenden Bauelementen nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Ladezustands und zum Laden eines Akkumula¬ tors sowie ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung an¬ zugeben, mit denen sich ein verbessertes Verhalten und ein vereinfachter Aufbau der Vorrichtung ergibt.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung gelöst mit den Merkma¬ len des Patentanspruch 1 und bei dem Verfahren mit den Merk¬ malen des Patentanspruchs 19. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Messung des Ak¬ kumulatorstroms mit den beiden Funktionen der Ladungsmessung und des Ladens des Akkumulators zu verbinden. Dies wird rea¬ lisiert durch eine Regelung für das Laden des Akkumulators. Dazu wird der gemessene Akkumulatorstrom mit einem Referenz¬ strom verglichen. Bei einer Stromdifferenz wird der Regel¬ kreis entsprechend eingestellt und der Ladestrom nachgere¬ gelt, bis der Differenzstrom verschwindet.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Vorrichtung mit ge¬ ringem Aufwand eine akkurate Schätzung der restlichen Akkumu¬ latorkapazität erlaubt und gleichzeitig eine Ladeeinrichtung bereit stellt, mit der ein Akkumulator effektiv und optimiert geladen werden kann.

Die Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Regelung eine kürzere Ladezeit ermöglicht als bekannte Ladeeinrichtun¬ gen.

Die weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung mit verschiedenen Ladungsquellen verbunden werden kann, ohne dass zusätzliche kostentreibende Maßnahmen zur Strombegrenzung notwendig sind.

Die Erfindung hat den besonderen Vorteil, dass nur ein Lade¬ transistor erforderlich ist und somit Kosten und Platz ge¬ spart werden. Der Ladetransistor wird mittels der Regel- schleife so ausgeregelt, dass er je nach gewünschter und vor¬ gesehener Regelcharakteristik verschiedene Ladeströme bereit stellt.

Vorteilhaft ist der Transistor intern, d.h. auf dem Chip mit der integrierten Schaltung vorgesehen. Er kann jedoch genauso als externer Transistor realisiert werden, wenn dies unter besonderen Bedingungen zweckmäßig erscheint.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können insbesondere auf Lithium basierende Akkumulatoren besonders optimal geladen werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Messein¬ richtung eine Signalerfassungseinrichtung mit einer Messwert- erfassungseinrichtung und einem Signalwandler. Die Messwert- erfassungseinrichtung enthält insbesondere einen Messwider¬ stand (shunt), durch den der Akkumulatorstrom fließt. Aus- gangsseitig ist der Signalwandler nachgeschaltet. Der Span¬ nungsabfall am Messwiderstand ist ein zu dem Akkumulatorstrom proportionales Signal. Dieser zum Spannungsabfall proportio¬ nale Akkumulatorstrom wird dann mit dem Signalwandler umge¬ wandelt und am Ausgang der Signalerfassungseinrichtung bereit gestellt .

Besonders bevorzugt wandelt der Signalwandler den analogen gemessenen Spannungsabfall in einen digitalen Signalwert um. Digitale Signale können einfacher verarbeitet werden als ana¬ loge Signale. Bei einer Realisierung auf einem Chip ergeben sich erhebliche Vorteile, auch hinsichtlich des Platzbedarfs der digitalen Signalverarbeitung.

Als Wandlerprinzip für den Analog-Digitalwandler (ADC) kommt bevorzugt eine Spannungs-Frequenz-Umsetzung zum Einsatz, bei der das analoge Spannungssignal in ein Frequenzsignal gewan¬ delt wird. Aber auch andere Prinzipien können für den ADC eingesetzt werden, z.B. eine Sigma-Delta-Wandlung.

Der Signalwandler mit Spannungs-Frequenz-Umsetzung überwacht kontinuierlich den analogen Spannungsabfall an dem Messwider¬ stand. Der Signalwandler erzeugt ein digitales Ausgangssig¬ nal, das bei dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer eine Pulsfolge ist, deren Frequenz direkt proportional zu einem Spannungs- wert ist. Vorteilhaft sind zwei Pulsfolgen vorgesehen, die ein direkt proportionales Maß für den Spannungsabfall an dem Messwiderstand darstellen und abhängig von der Stromrichtung des AkkumulatorStroms sind. Die Pulsfolgen bewirken je nach Stromrichtung ein Aufwärtszählen oder ein Abwärtszählen nach¬ geschalteter Zähler oder Register der Messeinrichtung.

Die Auswerteeinrichtung der Messeinrichtung enthält zwei Zäh¬ ler, nämlich einen Zähler zur Erfassung des Ladungszustands, dessen Zählerwert ein Maß für den Ladungszustand des Akkumu¬ lators ist, und einen Stromzähler, der dem aktuellen Wert des Akkumulatorstroms entspricht. Wird der Akkumulator geladen und fließt Strom in den Akku hinein, zählt jeder Zähler auf¬ wärts und der Zählerwert wird inkrementiert . Umgekehrt zählt

jeder Zähler abwärts, wenn Strom aus dem Akku entnommen wird und sich die restliche Ladekapazität verringert.

Die Zählerwerte werden mit einer Recheneinheit der Messein¬ richtung ausgewertet und einerseits der Ladungszustand und andererseits der aktuelle Akkumulatorstrom berechnet. Wenn der Wert des Messwiderstands und die Verstärkung des Signal- wandlers bekannt sind, ergibt sich einerseits mit Hilfe des Wertes des LadungsZählers der akkumulierte bzw. integrierte Strom und andererseits mit Hilfe des Wertes des Momentan¬ stromzählers der aktuell fließende Strom. Mit einer Zeitba¬ sis, z.B. einem Taktgeber, lassen sich aus den Stromwerten Ladungswerte berechnen.

Mit einer Zuordnung bzw. Verknüpfung zwischen dem akkumulier¬ ten Strom und der Akkumulationszeit lässt sich die Gesamt- Ladung berechnen, die in den Akkumulator hinein- und heraus- geflossen ist. Mit diesen Werten lässt sich die im Akkumula¬ tor gespeicherte Ladung und die restliche verbleibende Kapa¬ zität des Akkumulators abschätzen.

Es ist vorgesehen, dass der Wert des Ladezustandszählers (ak¬ kumulierender Zähler) an einem Anschluss bereitgestellt ist. Damit kann der Ladezustand des Akkumulators alternativ außer¬ halb der Vorrichtung weiterverarbeitet werden und dem Benut¬ zer angezeigt werden, wie viel verbleibende Akkumulatorkapa- zität ihm noch zur Verfügung steht.

Der Wert für den momentanen oder aktuellen Strom lässt sich ebenfalls mit dem Stromzähler und einer Zeitinformation er¬ halten. Dazu wird eine Messperiode bestimmt, die kurz genug ist, um die vorgegebene Messgenauigkeit zu erfüllen. Während aufeinander folgender Messperioden wird jeweils der Zähler

integriert und sein Wert am Ende der laufenden Periode ausge¬ geben. Dieser Wert entspricht einem Strom-Mittelwert während der Messperiode und wird durch die Verstärkung des Signal- wandlers und den Wert des Messwiderstand bestimmt. Danach werden der Zeitzähler und der Stromzähler zurück gesetzt und die Messung beginnt erneut .

Der jeweils am Ende der laufenden Messperiode ausgegebene ak¬ tuelle Stromwert wird an die Regeleinrichtung abgegeben und bildet deren Istwert (erster Eingangswert) . Dieser Istwert wird in einer Vergleichseinrichtung (Differenzbildner) mit einem Referenzwert (zweiter Eingangswert) verglichen. Das Differenzsignal der Vergleichseinrichtung wird in einer nachgeschalteten Reglereinheit zu einem Stellwert für die La¬ deeinrichtung aufbereitet. Der Regler bzw. die Reglereinheit kann ausgelegt bzw. programmiert werden, um unterschiedliche Regelcharakteristiken zu realisieren. Die gewählte Regelcha¬ rakteristik bestimmt dann, welches Signal die Ladeeinrichtung ansteuert.

Als Regelcharakteristik kommen sowohl die klassischen Regler¬ verhalten wie digitale PI- oder PID-Verhalten in Betracht als auch nichtlineare Regelverfahren oder solche speziellen Reg¬ lercharakteristiken, die für die digitale Signalverarbeitung optimiert sind, z.B. Echtzeitverfahren. Ziel kann zum Bei¬ spiel eine zeitoptimierte Aufladung des Akkumulators sein. Auch kann für einen tiefentladenen Akkumulator ein anderes Reglerverhalten vorgesehen werden als für einen normalen Standard-Ladevorgang nach einem Ladungsabfluss oder als wie¬ derum zur Aufrechterhaltung der Ladung bei einem aufgeladen Akkumulator. Grundsätzlich können auch verschiedene Regler¬ programme vorgesehen sein, die ausgewählt oder auch selbst programmiert werden können.

Das Ausgangsignal des Reglers, die Regelstellgröße, wird vor¬ zugsweise wieder mit Hilfe eines Regelsignalwandlers, insbe¬ sondere eines Digital-Analog-Wandlers in ein analoges Signal gewandelt. Das analoge Regelsignal wird der Ladeeinrichtung zugeführt und steuert diese eingangsseitig. Vorteilhaft be¬ steht die Ladeeinrichtung aus einem Ladetransistor, dessen Ausgangskreis den Ladestrom in den Akkumulator einspeist. Ist der Ladetransistor bevorzugt ein p-Kanal MOS-Transistor, dann steuert das Reglersignal den Gateeingang und der Akkumulator ist mit der Drain verbunden. An seiner Source ist der Tran¬ sistor mit der Ladungsquelle, z.B. einem Netzgerät mit aus¬ reichender Leistung verbunden. Zwischen Source und Gate kann ein Ladewiderstand (pull up Widerstand) geschaltet sein, der das Gatepotential in Bezug auf das Sourcepotential festlegt. Selbstverständlich kann auch ein pnp-Transistor an Stelle des MOS-Transistors als Ladetransistor eingesetzt werden.

Der geschlossene Regelkreis umfasst den Akkumulator, die Messeinrichtung mit Auswerteeinrichtung und die Regeleinrich¬ tung, die dann die Ladeeinrichtung für den Akkumulator steu¬ ert . Im eingeschwungenen Zustand entspricht der in den Akku fließende Ladestrom dem Referenzwert des Ladestroms. Auf die¬ se Weise wird der mit der Auswerteeinrichtung errechnete Strom als Regelgröße verwendet.

Es ist besonders vorteilhaft, die Einrichtung zum Laden des Akkumulators und zum Erfassen des Ladezustandes des Akkumula¬ tors als integrierte Schaltungsanordnung zu realisieren, an die nur noch der Akkumulator angeschlossen werden muss. Damit kann die gesamte Peripherievorrichtung als ein einziges Bau¬ element ausgebildet werden.

Wenn es dagegen zweckmäßig ist, können der Messwiderstand und/oder die Ladeeinrichtung oder Teile davon nicht mit in¬ tegriert werden und als separate Elemente mit der Schaltung verbunden werden. So erhält man eine optimale Anpassung an den zu ladenden Akkumulatortyp. Es ist auch möglich, die Vor¬ richtung vollständig integriert auszuführen und neben den An¬ schlüssen für den Akku weitere Anschlüsse vorzusehen, an die eine externe Messeinrichtung bzw. Ladeeinrichtung angeschlos¬ sen werden können. Die jeweilige interne Mess- bzw. Ladeein¬ richtung kann dann beim Anschluss einer externen Einrichtung abgeschaltet werden.

Bei dem Verfahren zum Laden und zur Ladungskontrolle eines Akkumulators sind folgende Schritte vorgesehen:

Erfassen eines Messsignals für den Akkumulatorstrom, Erzeugen eines digitalen Messsignals aus dem Messsignal, - Verarbeiten des digitalen Messsignals zu einem ersten Stromwert zur Ermittlung des Ladezustands des Akkumula¬ tors,

Verarbeiten des digitalen Messsignals zu einem zweiten Stromwert,

Vergleich des zweiten Stromwertes mit einem Referenzwert und Ermitteln eines Differenzergebnisses, Erzeugen einer Regelstellgröße aus dem Differenzergebnis und

Steuern einer Ladeeinrichtung für den Akkumulator mit Hil¬ fe der Regelstellgröße.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es sich mit der ein¬ gangs beschriebenen Vorrichtung realisieren lässt. Das Ver¬ fahren und die Vorrichtung haben dabei den Vorteil, dass sie eine Rückkopplung nutzen, um den Akkumulator optimal zu la¬ den.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese¬ hen, dass die Messeinrichtung den Akkumulatorström als Span¬ nungsabfall über einem Messwiderstand, der sich im Strompfad des Akkumulators befindet, erfasst und dass der Wert dieses Spannungsabfalls proportional umgewandelt wird zu einem digi¬ talen Signal, bevorzugt zu einer Pulsfolge mit spannungspro¬ portionaler Frequenz.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese¬ hen, dass die Richtung des Spannungsabfalls über dem Messwi¬ derstand das Vorzeichen der Pulsfolge festlegt und dass je eine Pulsfolge für einen negativen oder einen positiven Span¬ nungsabfall erzeugt wird. Damit wird erreicht, dass der Stromfluss durch den Akkumulator unterschieden werden kann in Laden oder Entladen des Akkumulators. Ein positiver Span¬ nungsabfall kennzeichnet einen Ladevorgang und ein negativer Spannungsabfall kennzeichnet einen Entladevorgang. Durch eine Differenzbildung kann der Nettostromfluss ermittelt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese¬ hen, dass eine Auswerteeinrichtung einen Momentanstromzähler enthält, in dem die Pulsfolge periodisch wiederkehrend zu ei¬ nem Wert summiert wird und dass dieser Wert am Ende einer Pe¬ riode in einem ersten Speicher abgelegt wird und anschließend der Wert zurückgesetzt wird. Damit wird der Stromfluss be¬ stimmt, der aktuell durch den Akkumulator fließt.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese¬ hen, dass die Auswerteeinrichtung einen Ladezustandszähler enthält, der den Ladezustand des Akkumulators ermittelt, in dem die Pulsfolgen für negativen bzw. positiven Stromfluss für eine Entladung bzw. Ladung des Akkus fortlaufend zu einem

Wert summiert werden und dieser Wert in einem zweiten Spei¬ cher abgelegt wird. Für die präzise Bestimmung des Stromflus¬ ses durch den Akkumulator ist noch die Verstärkung der Mess- einrichtung und der Wert des Messwiderstands hinzuzuziehen. Der Speicherwert für den Strom multipliziert mit der Überwa¬ chungszeit gibt die integrierte Ladung an. Damit lässt sich der Ladezustand des Akkumulators einfach und kostengünstig ableiten und die restliche Akkuladung ermitteln. Es sind kei¬ ne zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen erforderlich.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgese¬ hen, dass der Wert des Momentanstromzählers verglichen wird mit einem Referenzwert und daraus ein Vergleichsergebnis er¬ mittelt wird. Aus diesem Vergleich wird eine Regelstellgröße abgeleitet, die die Rückkopplungs-Information der Regelung darstellt und die Ladeeinrichtung steuert.

Der dem Akkumulator zur Verfügung gestellt Ladestrom wird so¬ mit mit Hilfe der vorher genannten Verfahrensschritte gere¬ gelt. Wenn die Regelung im eingeschwungenen Zustand ist, ent¬ spricht der Ladestrom dem Referenzwert .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len und dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind mit gleichen Be¬ zugszeichen versehen. Es zeigen:

Figur 1 ein prinzipielles Blockschaltbild der erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung zum Laden und zur Ladungskontrol¬ le eines Akkumulators,

Figur 2 ein konkretes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach Figur 1 und

Figur 3 ein weiteres konkretes Ausführungsbeispiel der Vor¬ richtung nach Figur 1.

Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zum La¬ den und zur Ladungskontrolle eines Akkumulators gemäß der Er¬ findung. Ein Akkumulator B hat einen Ausgangsanschluss VB, an dem die Akkuspannung anliegt und eine Ladeeinrichtung L ange¬ schlossen ist. Die Ladeeinrichtung wird über einen Anschluss VC an eine Ladequelle, z.B. ein Gleichspannungsnetzgerät an¬ geschlossen. In den Ladekreis aus Akku B und Ladeeinrichtung L ist eine Messeinrichtung M geschaltet, die den Strom durch den Akkumulator misst und auswertet.

Die Messeinrichtung stellt als Ausgangssignal einen aktuellen Stromwert bereit, der auf eine Regeleinrichtung R gekoppelt wird. Der aktuelle Stromwert wird in der Regeleinrichtung mit einem Sollwert an dem Anschluss IS verglichen. Die Regelein¬ richtung erzeugt aus dem Differenzsignal des Vergleichs eine Regelstellgröße, die die Ladeeinrichtung L steuert und den Regelkreis schließt.

Die Messeinrichtung ist in der Lage, auch einen akkumulierten Stromwert zu ermitteln und daraus eine Aussage über die rest¬ lich Akkumulatorkapazität bzw. die Restbetriebsdauer des Ak¬ kus abzuleiten und anzuzeigen.

Figur 2 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel, bei dem bis auf den Akku alle Elemente der Vorrichtung in einen integ¬ rierten Schaltkreis (IC) integriert sind.

Der Akkumulatorström fließt durch eine Messwerterfassungsein- richtung MW mit einen Messwiderstand, der in Reihe zu dem Ak¬ ku B geschaltet ist. Der an dem Messwiderstand erzeugte Span¬ nungsabfall wird an den Enden des Messwiderstands erfasst und mit einem Signalwandler SW in ein digitales Signal gewandelt. Der Signalwandler ist auch in der Lage, die Richtung des Stromes in den Akku hinein oder aus dem Akkumulator heraus zu detektieren. Dies kann durch einen Vergleich, z.B. eine Dif¬ ferenzbildung des gemessenen Signals mit einem Bezugssignal erfolgen, bei dem das Vorzeichen des Vergleichsergebnisses die Richtung des Stromflusses angibt . Dem Strombetrag und der Stromrichtung entsprechende digitale Signale 1 und 2 werden am Ausgang der Signalerfassungseinrichtung, die MW und SW enthält, ausgegeben und der Auswerteeinrichtung AE zugeführt. Die Messwerterfassungseinrichtung MW, der Signalwandler SW und die Auswerteeinrichtung AE sind Elemente der Messeinrich¬ tung M.

Der Signalwandler SW ist als Spannungs-Frequenz-Wandler aus¬ geführt und erzeugt Pulsfolgen, deren Frequenz direkt propor¬ tional zu der Höhe des Spannungsabfalls am Messwiderstand ist. Eine Abwärts-Pulsfolge charakterisiert einen negativen Stromfluss und eine Aufwärts-Pulsfolge einen positiven Strom- fluss, jeweils bezogen auf die Stromrichtung durch den Mess¬ widerstand.

Die Auswerteeinrichtung AE enthält einen akkumulierenden Zäh¬ ler ZA und einen Momentanstromzähler ZM, die jeweils von der gültigen Pulsfolge aufwärts oder abwärts gezählt werden. Auf diese Weise führt ein positiver Spannungsabfall am Messwider¬ stand zu einer Erhöhung des Momentanstromzählers ZM und des akkumulierenden Ladezustandszählers ZA. Dieses entspricht ei¬ nem Ladevorgang. Demzufolge gilt für einen negativen Span-

nungsabfall, dass dieser zu einer Verringerung des Momentan¬ stromzählers ZM und des Ladezustandszählers ZA führt . Dieses entspricht einem Entladevorgang.

Eine Zeitbasis TB taktet die Zähler ZM und ZA, damit aus den Zählerwerten der momentane Strom und der zeitintegrierte Strom, d.h. die Ladung des Akkus, berechnet werden können. Die Berechnung kann in der Auswerteeinrichtung AE z.B. mit¬ tels einer nicht dargestellten Recheneinheit erfolgen. Aus dem Wert für den zeitintegrierten Strom ergibt sich die verbleibende restliche Kapazität. Der Momentanstrom und der Ladezustand des Akkus sind in Speichern der Auswerteeinrich¬ tung abgelegt und können mit Hilfe einer nicht dargestellten Anzeigevorrichtung angezeigt werden.

Der Ausgang des Momentanstromzählers bzw. -Speichers führt auf eine Vergleichseinrichtung V der Regeleinrichtung R. Am anderen Eingang des Vergleichers V liegt ein an den Anschluss IS angelegter Referenzwert. Die Vergleichseinrichtung V führt einen digitalen Vergleich zwischen dem Wert des Momentan¬ stromzählers und dem Referenzwert durch. Am Ausgang des Vergleichers ist ein Differenzsignal als Vergleichsergebnis ermittelt, das einer Reglereinheit RE zugeführt ist. Diese erzeugt entsprechend ihrer Regelcharakteristik ein Regel- Stellsignal, das mit einem Regelsignalwandler DAC, z.B. einem Digital-Analog-Wandler in ein analoges Signal gewandelt wird und die Ladeeinrichtung steuert .

Die Ladeeinrichtung L enthält einen MOS-Transistor TL vom p- Kanal-Typ, dessen Source und Gate über einen Ladewiderstand RL verbunden sind. Der Widerstand RL dient der Einstellung einer Bias-Spannung zwischen Source und Gate des Transistors TL. Das Steuersignal der Regeleinrichtung R wird an das Gate

angelegt. Sourceseitig ist TL mit der Klemme VC zum Anschluss der Ladequelle verbunden, drainseitig mit dem positiven Span- nungsanschluss des Akkumulators B.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die sich von Figur 2 folgendermaßen unterscheidet.

Die Ladeeinrichtung enthält einen bipolaren pnp-Transistor TLl an Stelle des MOS-Transistors und ist als externe Lade¬ einrichtung ausgebildet. Deshalb ist auch der Widerstand RLl extern, obwohl er auch in den IC integriert werden könnte. Der Widerstand RLl dient der Einstellung einer Bias-Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors TLl.

Der Messwiderstand MWl ist extern an den IC angeschlossen und liegt in Reihe zum positiven Anschluss des Akkumulators zwi¬ schen der Ladeeinrichtung und dem Akkumulator.

Der Signalwandler SWl enthält explizit dargestellt einen Vergleicher V2, mit dem der Strom bestimmt wird, insbesondere auch nach seiner Richtung, und einen Analog-Digital-Wandler ADC, der das analoge Messsignal in ein digitales Signal um¬ setzt, z.B. durch eine Spannung-zu-Frequenz-Umsetzung.

Integriert in einen IC sind der Signalwandler SWl, die Aus¬ werteeinrichtung AE mit den Zählern ZM, ZA und der Zeitbasis TB sowie die Regeleinrichtung R.

Bezugszeichenliste

ADC Analog-Digital-Wandler

AE Auswerteeinrichtung

B Akkumulator (Akku)

DAC Regelsignalwandler

IS Stromsollwertanschluss

L Ladeeinrichtung

M Messeinrichtung

MW Messwerterfassungseinrichtung

R Regeleinrichtung

RE Reglereinheit

RLi Widerstand

SW Signalwandler

TB Zeitbasis

TLi Ladetransistor

Vi Vergleicher

VB Ausgangsanschluss

VC Anschluss der Ladeeinrichtung

VG Bezugspotentialanschluss

ZA akkumulierender (Strom-) Zähler

ZM Momentanstromzähler

1 Signalleitung für AufwärtsZählung

2 Signalleitung für AbwärtsZählung

i = kein Index, Index 1