DE2356518C3

DE2356518C3 - Batterie-Ladegerät

Info

Publication number: DE2356518C3
Application number: DE2356518A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawasaki Kanagawa Ohya; Hiroyuki Tokio Yamauchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1972-11-20
Filing date: 1973-11-13
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DE2356518B2; US3867682A; FR2207374A1; FR2207374B1; DE2356518A1; CA987386A; NL7315889A; IT999435B; JPS4973633A; JPS5538898B2; GB1445998A

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 Batteric-Lccrlaufspannung 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 is.t 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 zwischen die beiden Klemmen 3 a und 3fc 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 vollgeladenen Batterie 1 annimmt. Ferner is; 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 V_ps und einen Spitzenwert von V_p 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 V_sw ist, dann gilt die folgende Gleichung:

damit

V =

K- und

Es sei angenommen, daß der Thyristor nicht im leitenden Zustand bleibt, V_m in dem Bereich zwischen V_p — E und — E variiert, dann variiert daher V in dem Bereich zwischen V_p und Null. Speziell wenn V_ps Null ist, dann ist V_sw gleich — E, und dieses V_sw 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 V_sw größer als Null sein. Dementsprechend muß bei V_ps 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 V_sw in einer Periode, in der die pulsierende Spannung V₁ Null wird, erhalten.

In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird die Steuerelektrode des Thyristors 2 als Antwort auf die pulsierende Spannung V_ps mit einem Torsignal beaufschlagt, und der Thyristor 2 wird in einer Periode leitend, in der V_ps größer als E ist, und die Spannung V_sw 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 V_sw während der Periode, in der die pulsierende Span-

nung V_ps 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 erzeugt und der Steuerschaltung 4 zur Steuerung derselben zugeführt, um den Thyristor 2 im nicht leitenden Zustand zu halten, unabhängig vom Wert der pulsierenden Spannung V . Als Ergebnis davon wird die Aufladung der Battene 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 3a 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 übt/ 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 Q₁ ist über einen einstellbaren Widerstand 15a und einen Widerstand 15 b geerdet. Die Bezugsspannung für den Abtastkreis 13, welche der Klemmenspannung der \ollgeladenen Batterie entspricht, wird durch Einstellen des Widerstandes ISo 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 2>b der Quelle für pulsierende Spannung 3 auftretende pulsierende Spannung ist als V_ps in Fig. 3 A gezeigt. Die pulsierende Spannung V wird der Batterie 1 zugeführt, damit der Ladestrom dort hindurchfließt, und ferner der Steuerelektrode des Thyristors 2 über die Widerstände 5 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 Batte- , rie 1 während jeder Periode der pulsierenden Spannung leitend gemacht, wenn V.^r 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'_SH gezeigt, wobei die Spannung des Punktes P als Null gezeigt ist. Die Spannung des Punktes P gemessen gegen Erde ist in Fig. 3F als V_n, gezeigt, die gleich der Spannung ist, welche durch Umkehren der Spannung V_n, erhalten wird. In diesen Figuren zeigt V^_n die Sättigungsspannung des Thyristors 2, und Em (F i g. 3 B) oder — EM (Fig. 3F) zeigt die Spannung, durch die die Batterieladung gestoppt wird. Wenn die Spannung V^ 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

ι Zustand in den gesperrten Zustand geschaltet, wodurch ein in Fig. 3C 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 r, 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 de η 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 Voll-Ladespannung. In diesem Fall wird die Impulsbreite τ des Steuerimpulses S₂ kleiner gewählt als die Breite einer Welle der pulsierenden Spannung V . 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 V_ps 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 Fig. 2 und wird daher nicht weiter beschrieben.

Da die Diode D, zwischen die Basis des Transistors Q₁ und den Punkt P geschaltet ist, ist es in den oben beschriebenen Ausführungsformen selbst in dem Fall,

in dem die Batterieaufladung durch irgendeine der verschiedenen pulsierenden Spannungen mit verschiedenen Perioden erfolgt, nicht notwendig, die Impulsbreite τ des Steuersignals von dem monostabilen Multivibrator als Antwort auf die Periode der zugeführten pulsierenden Spannung zu verändern, wenn die Impulsbreite r kleiner gewählt wird als die einer Welle der pulsierenden Spannung mit mir Periode. Wird die Diode D₍ weggelassen, dan erforderlich, die Impulsbreite τ als Antwort ι Periode der zugeführten pulsierenden Spannu zustellen, um den Thyristor 2 gesperrt zu ha

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 Leerlauf-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 Leerlaufspannung 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.

.'t. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Abtastkreis (13) einen Schmitt-Trigger aufweist, welcher ein Bezugselement (Widerstände 15a, 15J!>) 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.