DE2356518B2 - Batterie-Ladegerät - Google Patents
Batterie-LadegerätInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Batterie-Ladegerät
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Ladegerät ist bekannt durch die DE-AS
2061055.
Dieses bekannte Ladegerät erfordert eine Schaltungsanordnung zum Vergleich der Batterie-Leerlaufspannung
mit einer Bezugsspannung entsprechend der Volladespannung der Batterie und eine getrennte Steuerschaltung zur Erzeugung eines Taktimpulses
in der Periode, in der die pulsierende Spannung im wesentlichen Null ist, um die Schaltungsanordnung
zu steuern. Solche Schaltungen sind jedoch sehr kompliziert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Batterie-Ladegerät
zu schaffen, das einen einfachen Steuerkreis zum automatischen Stoppen des Auflaens der
Batterie zu dem Zeitpunkt, in dem die Batterie voll geladen ist, aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des An
spruchs 1.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung anhand der Figuren. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches die wesentlichen Komponenten der Erfindung zeigt,
Fig. 2 einen Schaltplat einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 3 A bis 3G schematische Wellenformen zur Erläuterung des Betriebes der in Fig. 2 gezeigten
Schaltung, und
Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Grundstromkreis eines Batterie-Ladegerätes
gemäß der Erfindung. Eine Reihenschaltung aus einer aufzuladenden Batterie 1 und einem
Thyristor 2 ist zvischen die beiden Klemmen 3 a und 3 b einer Quelle 3 für pulsierende Spannung geschaltet.
Eine Steuerschaltung 4 ist mit der Steuerelektrode des Thyristors 2 verbunden. Eine Abtastkreis
13 ist mit einem Verbindungspunkt P zwischen der Batterie 1 und dem Thyristor 2 zum Bestimmen
einer Zeit verbunden, zu der die Spannung an dem Punkt P während einer Zeitperiode, in der die pulsierende
Spannung von der Quelle 3 für die pulsierende Spannung im wesentlichen Null ist, einen vorbestimmten
Wert entsprechend der Spannung der vollgeladene.i
Batterie 1 annimmt. Ferner ist ein Steuerkreis 14 zwischen den Abtastkreis 13 und die
Steuerschaltung 4 zur Erzeugung eines Steuersignals als Antwort auf das Ausgangssignal des Abtastkreises
13 und zum Steuern der Steuerschaltung 4 geschaltet.
Wenn die pulsierende Spannung den Wert Vps und
einen Spitzenwert von Vp besitzt, und die Klemmenspannung,
d. h. die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Klemmen der Batterie E ist und die Spannung
an dem Punkt P, d. h. die Spannung parallel zum Thyristor Vm ist, dann gilt die folgende Gleichung:
und
damit
V = V - E
sw
' ps
·
Es sei angenommen, daß der Thyristor nicht im leitenden Zustand bleibt, Vsw in dem Bereich zwischen
Vp — E und — E variiert, dann variiert daher Vps in
dem Bereich zwischen V und Null. Speziell wenn Vps
Null ist, dann ist Vsw gleich — E, und dieses Vm zeigt
die Klemmenspannung der Batterie während der Nichtladeperiode, d. h. die Leerlaufspannung der
Batterie, da der Thyristor gesperrt ist. Ist der Thyristor leitend, dann muß Vsw größer als Null sein. Dementsprechend
muß bei Vps zwischen Null und E der Thyristor
gesperrt sein, und daher wird die Leerlaufspannung der Batterie 1 in jeder Periode der pulsierenden
Spannung durch Bestimmen oder Messen von Vsw in
einer Periode, in der die pulsierende Spannung Vs Null
wird, erhalten.
In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird die Steuerelektrode des Thyristors 2 als Antwort auf die pulsierende
Spannung V mit einem Torsignal beaufschlagt, und der Thyristor 2 wird in einer Periode
leitend, in der V größer als E ist, und die Spannung
Vm fn dem Punkt P wird bestimmt und mit einer vorbestimmten
Bezugsspannung entsprechend der Spannung der vollgeladenen Batterie 1 durch den Abtastkreis
13 verglichen. In dem Fall, in dem die Spannung Vsw während der Periode, in der die pulsierende Span-
nung νμ Null ist, die Bezugsspannung erreicht, wird
eine Ausgangssignal durch den Abtastkreis 13 erzeugt
und dem Steuerkreis 14 zugeführt. Das Steuersignal wird in dem Steuerkreis 14 als Antwort auf das Ausgangssignal
von dem Abtastkreis 13 ei zeugt und der Steuerschaltung 4 zur Steuerung derselben zugeführt,
um den Thyristor 2 im nicht leitenden Zustand zu halten, unabhängig vom Wert der pulsierenden Spannung
Kp1. Als Ergebnis davon wird die Aufladung der Batterie
gestoppt und ein Überladen der Batterie vermieden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Schaltung eines Batterie-Ladegerätes gemäß
der Erfindung. In dieser Schaltung ist die Steuerschaltung 4 zusammengesetzt aus einem Transistor Q1,
dessen Kollektor mit einer Klemme 3 a der Quelle für pulsierende Spannung 3 über einen Widerstand 5 und
mit der Steuerelektrode des Thyristors 2 über einen Widerstand 6 verbunden ist; einem Emitter, der direkt
geerdet ist, und einer Basis, die über einen Widerstand 8 geerdet und ferner über einen Widerstand
9 mit dem Steuerkreis 14 verbunden ist. Der Abtastkreis 13 ist zusammengesetzt aus einem
Schmitt-Trigger aus Transistoren Q2 und Q3. Die
Emitter der Transistoren Q2 und Q3 sind mit dem
Punkt P verbunden, und die Basis des Transistors Q2
ist über einen einstellbaren Widerstand ISa und e inen
Widerstand 15i> geerdet. Die Bezugsspannung für den Abtastkreis 13, welche der Klemmenspannung der
vollgeladenen Batterie entspricht, wird durch Einstellen des Widerstandes 15a variiert. In diesem
Schmitt-Trigger-Abtastkreis 13 wird die Klemmenspannung der Batterie 1 als eine Betriebsspannung
verwendet. Der Steuerkreis 14 ist aus einem aus Transistoren Q4 und Q5 gebildeten monostabilen Multivibrator
zusammengesetzt. Auch dieser monostabile Multivibrator verwendet die Klemmenspannung der
Batterie 1 als eine Betriebsspannung. Der Kollektor des Transistors Q5 ist mit der Basis des Transistors
Q1 in der Steuerschaltung 4 verbunden. Ferner ist eine
Differenzierschaltung 18 aus einer Kapazität 16 und einem Widerstand 17 mit dem Ausgang des Abtastkreises
13 verbunden, und ein Verbindungspunkt zwischen der Kapazität 16 und dem Widerstand 17 ist
mit der Basis des zum monostabilen Multivibrator gehörenden Transistors Q5 über eine Diode D2 verbunden.
Der Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Schaltung wird im folgenden anhand von Fig. 3 erläutert. Die zwischen
den Klemmen 3a und 3b der Quelle für pulsierende Spannung 3 auftretende pulsierende Spannung
ist als Vps in Fig. 3 A gezeigt. Die pulsierende Spannung
Vps wird der Batterie 1 zugeführt, damit der Ladestrom
dort hindurchfließt, und ferner der Steuerelektrode des Thyristors 2 über die Widerstände S
und 6 als Torsignal, wenn der Transistor Q1 im gesperrten
Zustand bleibt. Während des Intervalls, in dem die Leerlauf-Spannung der Batterie nicht den
dem vollen Ladezustand entsprechenden Wert erreicht, wird der Thyristor 2 zum Aufladen der Batterie
1 während jeder Periode der pulsierenden Spannung leitend gemacht, wenn der Wert der pulsierenden
Spannung größer ist als die Klemmenspannung der Batterie 1. Die Kathodenspannung des Thyristors
2, gemessen auf der Basis der Spannung des Punktes P, ist in Fig. 3 B als V'sw gezeigt, wobei die
Spannung des Punktes P als Null gezeigt ist. Die Spannung des Punktes " gemessen gegen Erde ist in
Fig. 3F als Vn, gezeigt, die gleich der Spannung ist,
welche durch Umkehren der Spannung Yn, erhalten wird. In diesen Figuren zeigt Vn^ die Sättigungsspannung
des Thyristors 2, und Em (Fig. 3B) oder — EM
(Fig. 3F) zeigt die Spannung, durch die die Batterieladung gestoppt wird. Wenn die Spannung Vn, des
Punktes P niedriger wird als das Spannungsniveau — Em, welches die Voll-Ladespannung der Batterie 1
zu dem Zeitpunkt, in dem die pulsierende Spannung V5 Null wird, anzeigt, d. h., wenn die Leerlauf-Spannung
E der Batterie 1 die Voll-Ladespannung erreicht, dann wird der Transistor Q2 aus seinem gesperrten
Zustand in den leitenden Zustand geschaltet, und daher wird der Transistor Q3 aus dem leitenden
Zustand in den gesperrten Zustand geschaltet, wodurch ein in Fig. 3 C gezeigtes Ausgangssignal S1 am
Kollektor des Transistors Q3 erhalten wird. Dieses Ausgangssignal S1 wird durch die Differenzierschaltung
18 differenziert, und es werden ein positiver Impuls und ein negativer Impuls an der Anstiegsflanke
und der Abfallflanke des Ausgangssignals S1 erhalten, und der negative Impuls wird der Basis des zu dem
monostabilen Multivibrator gehörenden Transistors Q5 über die Diode D2 zugeführt. Der monostabile
Multivibrator erzeugt einen positiven Steuerimpuls mit einer Impulsbreite τ, welcher in Fig. 3D als S2
gezeigt ist, an dem Kollektor des Transistors Q5. Der Steuerimpuls S2 wird der Basis des Transistors Q1 in
der Steuerschaltung 4 zugeführt, und der Transistor Q1 wird angeschaltet. Wird der Transistor Q1 leitend,
dann wird das Torsignal für den Thyristor 2 durch den Transistor Q1 nebengeschlossen und nicht der Steuerelektrode
des Thyristors 2 zugeführt, so daß der Thyristor 2 nicht leitend wird, bis die Leerlauf-Spannung
der Batterie kleiner wird als die Vol!-Ladespannung. In diesem Fall wird die Impulsbreite τ des Steuerimpulses
S2 kleiner gewählt als die Breite einer Welle der pulsierenden Spannung Vps. Ferner wird in der
Steuerschaltung 4 eine Reihenverbindung aus einer Diode D1 und einem Widerstand 10 zwischen die Basis
des Transistors Q1 und den Punkt P geschaltet. Wenn der Transistor Q1 leitend und daher der Thyristor
2 gesperrt wird, wächst die Spannung an dem Punkt P als Antwort auf die pulsierende Spannung
Vps an, so daß die Diode D1 leitend wird, um die Spannung
des Punktes P an die Basis des Transistors Q1
anzulegen und diesen leitend zu halten, und daher bleibt der Thyristor 2 gesperrt. Auf diese Weise wird
ein Überladen der Batterie 1 vermieden.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Batterie-Ladegerätes.
In dieser Schaltung weist die Steuerschaltung 4 den Steuerkreis 14 aus dem Beispiel in
Fig. 2 auf. Der Transistor Q1, der zur Steuerung des Anlegens des Torsignals an den Thyristor 2 dient, bildet
zusammen mit einem Transistor Q', einen monostabilen Multivibrator. Die Basis des Transistors Q\
wird mit dem differenzierten Ausgangssignal von der Differenzierschaltung 18 über die Diode D'2 beaufschlagt,
und der positive Impuls mit der Impulsbreite τ wird an dem Kollektor des Transistors Q\ erzeugt
und der Basis des Transistors Q1 zugeführt, um das Torsignal für den Thyristor 2 über den Transistor Q1
nebenzuschließen. Der übrige Betrieb ist derselbe wie der des Ausführungsbeispiels in Fi g. 2 und wird daher
nicht weiter beschrieben.
Da die Diode D1 zwischen die Basis des Transistors
Q1 und den Punkt P geschaltet ist, ist es in den oben Uni-nUrinUnnnn Λ "cfnUriirtorfnrrnan ο *a 1 l-kc t ΐη rlam Cv1Il
L'vauii iwuviik'ii nuoiuiu ungJiwi luvu oviuoi m uvin ι <iii,
5 6
in dem die Batterieaufladung durch irgendeine der die Impulsbreite τ kleiner gewählt wird als die Breite
verschiedenen pulsierenden Spannungen mit ver- einer Welle der pulsierenden Spannung mit minimaler
schiedenen Perioden erfolgt, nicht notwendig, die Im- Periode. Wird die Diode Df weggelassen, dann ist es
pulsbreite τ des Steuersignals von dem monostabilen erforderlich, die Impulsbreite τ als Antwort auf die
Multivibrator als Antwort auf die Periode der züge- >
Periode der zugeführten pulsierenden Spannung einführten pulsierenden Spannung zu verändern, wenn zustellen, um den Thyristor 2 gesperrt zu halten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Batterie-Ladegerät mit einer Quelle pulsierender
Spannung und einem in Reihe zu der Batterie liegenden Schalt-Thyristor, bei dem die
Steuerelektrode des Thyristors über einen Widerstand mit der Spannungsquelle verbunden ist und
bei dem ein Abtastkreis zur Ermittlung der Leeirlauf-Spannung
der Batterie und ein Steuerkreis vorgesehen sind, um in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Abtastkreises den Schalt-Thyristor
im Sperrzustand zu halten, wenn die Leerlaufspacnung der Batterie ein Bezugspotential
erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Abtastkreis (13) zwischen die
Anode und die Kathode des Thyristors (2) derart geschaltet ist, daß anstelle der Leerlauf-Spannung
der Batterie (1) die Sperrspannung am Thyristor erfaßt wird.
2. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Thyristor-Steuerschaltung
(4) eine Diode (Dl) aufweist, welche zwischen die Anode des Thyristors (2) und die
Steuerelektrode der Steuerschaltung (4) geschaltet ist.
3. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Abtastkreis
(13) einen Schmitt-Trigger aufweist, welcher ein Bezugselement (Widerstände 15 λ,
ISb) zur Erzeugung der Bezugsspannung besitzt.
4. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1, 2 oder
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis
(14) einen Multivibrator aufweist, welcher einen Impuls vorbestimmter Impulsbreite als Antwort
auf das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers liefert.
5. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 2, 3 oder
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuerschaltung (4) ferner einen zusätzlichen
Halbleiterschalter (Transistor QS) aufweist, welcher zusammen mit der Steuerschaltung (4) einen
Multivibrator bildet.
ι >
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