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Schaltungsanordnung zum Laden eines Akkumulators
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Durch den dadurch bedingten Spannungsabfall am Widerstand --6-- wird der Transistor --10-- leitend und der Transistor --11-- gesperrt, da der Transistor --10-- mit dem Transistor - zusammen eine bistabile Kippschaltung bildet. Somit fliesst im Ladestromkreis über den Widerstand--6--, den Akkumulator--4--, die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors-S-und die Anzeigelampe--56--mit dem parallel geschalteten Schutzwiderstand--57--ein Ladestrom, dessen Grösse neben den technischen Daten des Netzteiles von den Widerständen --6, 56, 57-- und der Gegenspannung des Akkumulators-4-abhängt. Mit zunehmender Ladung des Akkumulators --4-- erreicht dessen Klemmspannung den Wert der Zenerspannung der Zenerdiode-12--,
die eventuell mit Hilfe des Abgleichwiderstandes-55--unter Brücksichtigung der Basis-Emitter-Spannung des Transistors--5--der zulässigen Ladeschlussspannung des Akkumulators --4-- entspricht. Es tritt also eine starke Stromregelung zu kleinen Ladestromwerten hin auf, wobei die Spannung am Akkumulator konstant gehalten wird. Mit Beginn dieser Stromregelung verlöscht langsam die Anzeigelampe-56--und zeigt dem Benutzer an, dass etwa 80 bis 90% der Nennkapazität des Akkumulators erreicht ist. Unter der angelegten konstanten zulässigen Ladeschlussspannung sinkt der Ladestrom immer weiter ab, bis der Spannungsabfall am Widerstand - nicht mehr ausreicht, den ersten Transistor --10-- der bistabilen Kippschaltung im durchgesteuerten Zustand zu halten.
Die Grösse des Widerstandes --6-- ist in Abhängigkeit von der Kapazität des zu ladenden Akkumulators so bemessen, dass der zur Aussteuerung des Transistors - mit seinem Kollektorwiderstand --53-- notwendige Spannungsabfall genau dann unterschritten wird, wenn der Akkumulator --4-- vollständig aufgeladen ist.
Bei Unterschreiten dieses Ladestromwertes kippt die bistabile Transistorschaltung in die andere stabile Stellung, so dass nun der Transistor --11-- Strom zieht, der Transistor --10-- gesperrt wird und der Transistor --5-- im Ladestromkreis jetzt am Akkumulator für eine unterhalb der Ladeschlussspannung liegende Pufferspannung sorgt, deren Grösse durch den Zenerspannungswert der Zenerdiode --59-- in Verbindung mit dem Abgleichwiderstand-60-festgelegt ist, über welche der Emitter des Transistors --11-- am positiven Pol der Ladespannungsquelle liegt.
Die Aussteuerung des Transistors --5-- erfolgt also während des Ladevorganges über die Zenerdiode --12-- und den Basiswiderstand--54--und nach der Umschaltung auf konstante Pufferspannung durch die Zenerdiode --59-- in Verbindung mit dem Basiswiderstand-54--.
Somit arbeitet also das Ladegerät während des Ladevorganges nach zwei elektrischen Kriterien des Akkumulators, die beide zur Umschaltung auf konstante Pufferspannung erfüllt sein müssen, nämlich an das Vorhandensein einer vorgegebenen Ladeschlussspannung am Akkumulator und an dem Unterschreiten eines vorgegebenen kleinen Ladestromwertes. Nach Erfüllung dieser beiden Kriterien ist die absolute Volladung des Akkumulators sichergestellt.
Die nach Beendigung des Ladevorganges an den Akkumulator gelegte konstante Pufferspannung liegt oberhalb der Ruhespannung des Akkumulators und unterhalb seiner Gasungsspannung, so dass der Akkumulator unter diesen Bedingungen dauernd angeschlossen bleiben kann, ohne Schaden zu nehmen.
Sowohl die Gasungspannung als auch die Kenndaten der verwendeten Halbleiterelemente sind temperaturabhängig. Um bei extremen tiefen oder höheren Umgebungstemperaturen eine Volladung des Akkumulators bis zum Umschaltmoment der bistabilen Kippschaltung zu erreichen, können
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1Reihenwiderstandes-6-, wie in der Ausführungsform nach Fig. 2 dargestellt ist.
Um das Ende des Ladevorganges bzw. das Umkippen der bistabilen Transistorschaltung anzuzeigen, wird eine Anzeigelampe-61-in die Emitterzuleitung des Transistors --11-- der bistabilen Kippschaltung eingeschaltet, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Um sowohl diese Anzeige als auch die Umschaltung auf konstante Pufferspannung zu ermöglichen, ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3, bei der die für die Pufferspannung vorgesehene zweite Zenerdiode --59-- in die Kollektorzuleitung des Transistors --11-- eingeschaltet ist und die Anzeigelampe-61--in die Basisleitung des Transistors--11--gelegt ist.
Falls bei der Ausführungsform nach Fig. 3 bei angeschlossener Netzspannung und nach erfolgter Umschaltung auf konstante Pufferspannung der Akkumulator--4--durch einen Verbraucher - mit einem Strom belastet wird, der grösser ist als der Umschaltstromwert des Ladegerätes, fliesst von der Ladespannungsquelle her über den Widerstand --6-- ein Strom, da der Akkumulator unter der angelegten, oberhalb der Ruhespannung liegenden Pufferspannung nicht zur Lieferung des
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Verbraucherstromes in der Lage ist. Durch den dadurch am Widerstand --6-- entstehenden Spannungsabfall schaltet das Ladegerät sofort wieder auf Laden um, kann den Ladevorgang allerdings erst beenden, nachdem der Verbraucher --21-- wieder abgeschaltet worden ist.
Für manche Anwendungsfälle ist aber die unter diesen Bedingungen auftretende Spannung an den Klemmen des Akkumulators zu hoch, da der Verbraucher normalerweise für die dem Akkumulator eigene Spannung eingerichtet ist. Für einen solchen Fall sieht die Erfindung einen mit dem Hauptschalter-64-des Verbrauchers-21-gekoppelten Hilfsschalter-65-vor, der den Widerstand--6kurzschliesst und somit dem Ladegerät nur die Steuerung auf die Pufferspannung gestattet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird als den Ladestrom schaltendes Bauelement ein Halbleiter--22--mit nichtlinearer Kennlinie benutzt, im gezeigten Fall eine Vierschichtdiode. Die Ladeschlussspannung wird bei den vorhergehenden Ausführungsformen durch einen mit der Zenerdiode
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-12-- gesteuerten Transistor --5-- begrenzt.Transistor --5-- und dem Akkumulator --4-- die Vierschichtdiode --22--, der zur ersten Zündung über ein RC-Glied-25a, 25b, 26-- ein Zündimpuls höherer Spannung verzögert zugeführt wird.
Die höhere Spannung, wird aus einer Spannungsverdopplerschaltung mit der Diode --23-- und dem Kondensator --24-- gewonnen. Nach Anlegen der Netzspannung an den Transformator-l-wird mit der aus der Spannungsverdopplerschaltung gewonnenen Gleichspannung der Zündkondensator - -26-- aufgeladen. Da die Vierschichtdiode-22-im ungezündeten Zustand sehr hochohmig ist, liegt im ersten Augenblick die hohe Gleichspannung ganz an-der Vierschichtdiode, die dadurch vom hochohmigen Zustand durch Zündung in den niederohmigen Zustand übergeführt wird, so dass voller Ladestrom fliesst. Solange die Spannung des Akkumulators kleiner als die Zenerspannung der
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Verminderung des Ladestromes bis auf den vorgesehenen Abschaltwert.
Das ist der für die Aufrechterhaltung des niederohmigen Zustandes der Vierschichtdiode mindestnotwendige Haltestrom.
Bei Unterschreiten dieses Stromwertes, zu dem eine Spannung gleich dem Zenerspannungswert gehört, kippt die Vierschichtdiode selbsttätig in den hochohmigen Zustand und schaltet bis auf einen sehr kleinen Leckstrom den Ladestrom ab. Dieser Schaltungszustand ist stabil, so lange der Zündkondensator --26-- seine Ladung behält. Dies ist der Fall, da der Entladewiderstand--25a--so bemessen ist, dass der durch ihn fliessende Entladestrom durch den Leckstrom der Vierschichtdiode--22-kompensiert wird. An Stelle der Vierschichtdiode --22-- kann auch ein gesteuerter Halbleitergleichrichter verwendet werden, der bei Unterschreiten seines für ihn typischen Haltestromwertes den Ladevorgang abschaltet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 übernimmt der den Ladestrom regelnde Transistor--5-auch die Aufgabe des zweiten Transistors der bistabilen Transistorschaltung. Bei der Ladespannungsquelle ist an den Glättungskondensator --3-- ein Spannungsteiler geschaltet, der aus zwei in Reihe geschalteten Gleichrichterdioden-29-und einem Widerstand --30-- besteht. An Stelle der Dioden --29-- kann auch eine Diode mit höherer Schleusenspannung benutzt werden.
Der Mittelabgriff des Spannungsteilers ist über eine Sperrdiode-31-mit der Basis des ersten Transistors - der bistabilen Transistorschaltung verbunden, dessen Emitter zwischen dem Pluspol des Akkumulators und dem Widerstand --6-- liegt. Mit gegen Ende des Ladevorganges kleiner werdendem Ladestrom polt sich die Steuerspannung zwischen Basis und Emitter des ersten Transistors --11-- um, so dass dieser im Abschaltmoment in einen leitenden Zustand kommt und damit den Transistor--5--sperrt, der vorher die Ladestromregelung durchführt. Auch hier liegt nach dem Abschalten eine konstante Pufferspannung am Akkumulator--4--, deren Wert für ihn dauernd zuträglich ist.
Dies wird erreicht durch die Aufteilung der ursprünglichen Zenerdiode--12--in die Zenerdioden--32 und 33-bzw. Gruppen von Dioden, von denen die Zenerdiode --32-- durch die bistabile Transistorschaltung nach der Abschaltung des Ladestromes überbrückt wird. Zwischen der Emitterelektrode und der Kollektorelektrode des Transistors --5-- liegt eine Reihenschaltung aus einem Kondensator --8-- und einer Diode-9-. Parallel zum Kondensator --8-- liegt ein Widerstand--13--. Der Kondensator--8--ist als Starthilfe vorgesehen.
Beim Anlegen von Wechselspannung an die Schaltungsanordnung lädt sich nämlich der Kondensator--8--auf, wobei durch den im Ladestromkreis liegenden Widerstand--6--Strom fliesst. Der Kondensator--8-kann sich dann über den Widerstand--13--langsam entladen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 überbrückt der Spannungsteiler nicht mehr die gesamte Ladespannung, sondern mittels eines Abgriffes am Transformator nur eine Teilspannung. Ausserdem ist
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die Diode-29-- durch einen Widerstand --34-- ersetzt, dessen Spannungsabfall allerdings den Nachteil der Abhängigkeit von der Netzspannung aufweist. Zur Starthilfe ist ein Kondensator-35zwischen der Basis des Transistors --5-- und dem Minuspol der Ladespannungsquelle vorgesehen.
Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wird nach Unterschreiten des vorgegebenen Ladestromwertes
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist für den Verbraucher--21--ein dreipoliger Ein-Aus-Schalter mit den Schaltkontakten--50, 51 und 52--sowie ein Relais --47-- vorgesehen. Bei Anlegen der Netzspannung zieht das Relais --47-- an und es bereitet über seinen umschaltkontakt --48-- den Anschluss des Ladegerätes an den Verbraucher --21-- vor, wobei die Kontakte-50 und 51-- geöffnet sind und der Kontakt --52-- geschlossen ist, so dass der Ladevorgang abläuft. Die Ladung wird unterbrochen, wenn der Verbraucher --2l-- eingeschaltet wird.
Dann sind nämlich die Kontakte--51 und 50--geschlossen und der Kontakt --52-- ist
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Bei Netzausfall oder nicht an das Netz angeschlossenem Ladegerät steht der Umschaltkontakt-48in der rechten Stellung und der Verbraucher--21--wird aus dem Akkumulator --4-- gespeist.
Weiterhin sieht die Erfindung als Ladespannungsquelle die Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges vor, so dass die Anordnung zur Ladung bzw. Regelung der Stromversorgung der Kraftfahrzeugbatterie dient. Es ist auch möglich, die Regelung nicht direkt auf den Akkumulator, sondern auf den Erregerkreis der Lichtmaschine des Kraftfahrzeuges wirken zu lassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zum Laden eines Akkumulators, dem der Ladestrom von einem über einen Netztransformator gespeisten Diodengleichrichter über die Schaltstrecke eines steuerbaren Schalttores zugeführt wird, dessen Leitfähigkeit zur Ladeerhaltung des Akkumulators über die eine von zwei eine gestufte Schleusenspannung aufweisenden Zenerdioden oder zu seiner Aufladung über die
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dass die bistabile Transistorkippstufe (11) mittels der von einem im Ladestromkreis liegenden Widerstand (6) abgegriffenen Spannung von dem einen in den andern Zustand (Arbeitslage) steuerbar ist, bei dem der zwischen dem Pluspol des Diodengleichrichters (1, 2, 3) und der Steuerelektrode des Schalttores (5) liegende Transistor (11) der Transistorkippstufe stromdurchlässig ist, und dass in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors (11)
zur Ladeerhaltung des Akkumulators die andere Zenerdiode (59) geschaltet ist, wobei die eine zur Aufladung des Akkumulators vorgesehene
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