Beim Anschluss eines Akkumulators an ein Ladegerät ist auf die richtige Polung zu achten, d.h., dass der elektrisch positive Pol des Akkumulators auch mit der elektrisch positiven Klemme des Ladegerätes und desgleichen der negative Pol mit der negativen Klemme verbunden werden, da andernfalls eine Beschädigung oder Zerstörung des Akkus und/oder des Ladegerätes erfolgt.
Da Ladegeräte meistens für verschiedene, wählbare Ladespannungen ausgelegt werden, um Akkumulatoren verschiedener Spannungen laden zu können, muss weiterhin Ibeachtet werden, dass keine höhere als der Nennspannung des zu ladenden Akkus entsprechende Ladespannung gewählt wird, um sowohl das Ladegerät als auch den Akkumulator nicht zu beschädigen. Schliesslich muss noch darauf geachtet werden, dass die Ladespannung erst nach dem Anschluss eines Akkus eingeschaltet und vor dem Abklemmen des Akkus abgeschaltet wird um zu verhindern, dass bei gegenseitiger Berührung der meistens an Kabeln befindlichen Anschlussklemmen ein Kurzschluss eintritt, der eine gefährliche Lichtbogenbildung zur Folge hat.
Eine Schutzschaltungsanordnung muss demnach bei falsch gepolt angeschlossenem Akku und/oder bei Wahl einer höheren als der Nennspannung des Akkus entsprechenden Ladespannung, oder bei nicht angeschlossenem Akku ein Aufschalten der Ladespannung auf die 'Klemmen des Ladegerätes verhindern.
Darüber hinaus soll die Stromaufnahme der Schutzschaltungsanordnung möglichst gering sein, um den angeschlossenen Akku praktisch nicht zu belasten.
Es sind Schutzschaltungsanordnungen bekannt, welche ein parallel zu den Anschlussklemmen des Ladegerätes geschaltetes, nur in einer Stromrichtung ansprechendes Relais zur Feststellung der richtigen Polung des angeschlossenen Akkus benutzen. Diesen Schutzschaltungsanordnungen haftet der Nachteil an, dass beim Abklemmen des Akkus das Relais nicht abfällt, weil es von der vorhandenen Ladespannung daran gehindert wird.
Weiterhin sind Schutzschaltungsanordnungen bekannt, welche den genannten Nachteil durch Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters, z.B. eines Thyristors, vermeiden. Diese gesteuerten Gleichrichter haben die Eigenschaft, von selbst in den gesperrten Zustand überzugehen, wenn die über ihnen liegende Spannung auch nur kurzzeitig auf einen bestimmten Wert absinkt.
Sie müssen jedoch durch einen Impuls auf ihre Steuerelektrode gezündet, d.h. in den leitenden Zustand vesetzt werden und erfordern deshalb einen zusätzlichen Aufwand an elektromechanischen Schaltmitteln. Ausserdem kann ihre genannte Eigenschaft dazu führen, dass durch Störspannungen entsprechender Polarität, die über ihnen liegende Spannung den für das Aufrechterhalten ihres leitenden Zustandes erforderlichen tMindestspannungs- wert kurzzeitig unterschreitet und dadurch den gesteuerten Gleichrichter in den Sperrzustand versetzt, was ein ungewolltes Abschalten der Ladespannung zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf mög lichst einfache und sichere Weise in Abhängigkeit von der an den Klemmen eines Ladegerätes anliegenden Spannung nur dann einen Schaltvorgang auszulösen, wenn ein Akku in richtiger Polung und keiner kleineren Nennspannung als der der Ladespannung entsprechenden, an die Klemmen des Ladegerätes angeschlossen ist.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass von der an den Klemmen des Ladegerätes anliegenden Spannung ein parallel zu dem Eingang eines Verstärkers liegendes Speicherglied über ein in einer Stromrichtung einen grösseren Widerstand als in der entgegengesetzten aufweisendes Koppelglied, langsam aufgeladen wird und dass das genannte Speicherglied sich über das genannte Koppelglied bei fehlender oder absinkender Spannung an den Klemmen schnell wieder entlädt.
Zweckmässigerweise kann für das genannte tKoppel- glied ein sogenannter Richtleiter, das ist ein Bauelement mit Strorrrichter Eigenschaft, verwendet werden, wie beispielsweise ein Halbleiter-Einweggleichrichter.
;Diese Bauelemente weisen in ihrer Durchlassrichtung einen wesentlich geringeren Widerstand als in ihrer Sperr-Richtung auf. Liegt der Richtleiter derart im Aufladestromkreis eines beispielsweise als Speicherglied dienenden Kondensators, dass bei richtig gepoltem Akku der Kondensator über den Speriwiderstand des Richtleiters aufgeladen wird, so ist die Zeitkonstante, gebildet aus dem Produkt des Sperrwiderstandswertes und Ider Kondensatorkapazität sehr gross und der Kondensator ladet sich relativ langsam auf. Liegt ein Akku richtig gepolt an den Klemmen des Ladegerätes, so ist es ledig lich eine Zeitfrage, bis der Kondensator sich praktisch auf die Akkuspannung aufgeladen hat.
Wird der Akku abgeklemmt, so liegt bei eingeschaltetem Ladegerät nur die Halbwellen-Ladespannung an den Klemmen, und der Kondensator entlädt sich über den niederohmigen Durchlasswiderstand des Richtleiters gemäss dem Verlauf der Halbwellenspannung. Da die Entlade-Zeitkonstante sehr viel kleiner ist als Idie Auflade-Zeitkonstante, kann eine Halbwellenspannung den Kondensator praktisch nicht bzw. nur geringfügig aufladen, so dass die am Eingang des Verstärkers liegende Spannung die Ansprechsschwelle des Verstärkers nicht erreicht und ein von dem Verstärker gesteuertes Schaltorgan die Zuführung der Ladespannung zu den Klemmen des Ladegerätes unterbricht.
Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen in Fig. 1 der Spannungsverlauf Usp an einem als Speicherglied dienenden Kondensator bei halbwellenför- migem Verlauf der Spannung Ul;, an den Anschlussklemmen des Ladegerätes dargestellt und weiterhin mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Fig.2 zeigt das Funktionsschema einer erfindungsgemässen Schutzschaltungsanordnung.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung für ein Ladegerät mit auf verschiedene Akku-Nennspannungen umschaltbare Ladespannung und einen als Schwellwertverstärker dienenden Tran sistorverstärker.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung für ein Ladegerät mit auf verschiedene Akku-Nennspannungen umschaltbare Ladespannung und einem als Schwellwertverstärker dienendes und als Spannungskomparator wirkendes Schaltelement, beispielsweise einen programmierten Unijunction-Transistor, PUT genannt.
Fig. 5 stellt eine Weiterentwicklung der Ausführung nach Fig. 3 zur automatischen Auswahl der richtigen Ladespannung dar.
In Fig. 2 bedeuten 1 und 2 die Klemmen zum lAn- schluss des zu ladenden Akkus, 3 das Koppelglied, bestehend aus dem Richtleiter 4 und dem dazu parallel geschalteten Widerstand 5, 6 einen als Speicherglied dienenden Kondensator parallel zu dem Eingang 8 und 9 des Verstärkers 10, 11 ein als Schaltorgan dienendes Relais mit dem Schaltkontakt 12 und 7 einen Entlade- widerstand. An den Punkten 13 und 14 liegt die vom Ladegerät in bekannter Weise erzeugte Halbwellen- Ladespannung.
Liegt ein Akku richtig gepolt an den Klemmen 1 und 2, so wird der Kondensator 6 im wesentlichen über den hochohmigen Widerstand 5 aufgeladen, da der Sperrwiderstand des Richtleiters allein meist zu hochohmig ist. Steigt die am 'Kondensator 6 entstehende Spannung über den Schwellwert des Verstärkers 10, so schaltet dieser Sdas < Relais 11, welches durch Schliessen des Kontaktes 12 die an den Punkten 13 und 14 anliegende, halbwellenförmige Ladespannung an die Klemme 1 durchschaltet und somit den Ladevorgang einleitet.
Beim Abklemmen des Akkus liegt jedoch keine konstante Spannung an den Klemmen 1 und 2 und der Kondensator entlädt sich über den niederohmigen Durchlass widerstand des Richtleiters 4 und den Widerstand 7 mit der auf den Wert null periodisch absinkenden Halbwellen-Ladespannung. Beim anschliessenden Ansteigen der Halbwellen-Ladespannung wird der Kondensator 6 infolge der grossen aus dem Widerstand 5 und der Kapazität des Kondensators 6 gebildeten Zeitkonstante nur sehr wenig aufgeladen, und es entsteht am 'Kondensator 6 nur die für den Richtleiter 4 charakteristische I)urch- lass-Spannung, welche unter der Schwellenspannung des Verstärkers 10 liegt.
Dadurch wird der Verstärker 10 gesperrt und das Relais 11 öffnet den Kontakt 12, wodurch die Ladespannung zu Klemme 1 unterbrochen wird. Für sehr grosse Ladeströme kann der Kontakt 12 des Relais 11 in bekannter Weise zum Schalten leistungsfähiger Schaltgeräte, wie z.B. Schaltschützen, verwendet werden, die ihrerseits den Ladestrom schalten. Andererseits kann für kleine Ladeströme anstelle des Relais 11 ein geeigne ter Halbleiter, wie z.lB. ein Schalttransistor treten. Weiterhin kann der Entladewiderstand 7 durch den angedeuteten Widerstand 7' ersetzt werden.
Ist der zu ladende Akku jedoch verkehrt gepolt an den Klemmen 1 und 2 angeschlossen, so ladet sich zwar der Kondensator 6 über den Richtleiter rasch auf, aber der Verstärker 10 wird infolge der falschen Polarität an seinem Eingang 8 und 9 nicht angesteuert. Somit bleibt das Relais 11 stromlos und der Schaltkontakt 12 geöffnet, so dass die Ladespannung nicht nach der Klemme 1 durchgeschaltet wird.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung für Ladegeräte mit verschiedenen wählbaren Ladespannungen wird beim Umschalten des Ladegerätes auf die nächsthöhere Ladespannung, gleichzeitig mit dem Schalter 15 ein eine grössere'S;pannungsschwelle bildendes Bauelement, z.B. eine Zenerdiode 18 bzw. 19, in reihe mit dem Koppelglied 3 und dem Verstärkereingang 8 geschaltet.
Mit 10 ist beispielsweise eine als Schwellwertverstärker arbeitende Transistorstufe dargestellt, bei der die natiir- liche Schwelle der BasisEmitter-Strecke des Transistors 17 durch die in Reihe mit dieser Strecke liegende Diode
16 erhöht wird.
Da bei richtigem Anschluss eines Akkus an die Klemmen des Ladegerätes die Spannung am Kondensator 6 und somit am Eingang 8 des Schwellwertverstärkers 10 nicht spontan ansteigt, ist es beim Steuern elektromechanischer Schaltorgane von Vorteil, als 'Schwellwertverstärker sBauelemente mit ausgeprägtem Kipp- bzw. Schaltpunkt zu verwenden.
Fig. 4 zeigt eine tSchutzschaltungsanordnung mit einem PUT 20 und einem Transistor 28 als Schwellwertverstärker. Die am Kondensator 6 vorhandene Spannung gelangt über den Widerstand N und den Schalter 15 an eine der Zenerdioden 21, 22 oder 23 und über den Widerstand 25 an die Anode des PUT X. Infolge des aus den Widerständen 25 und 26 gebildeten Spannungsteilers ist die an der Anode des -PUT 20 vorhandene Spannung immer etwas niedriger als die Spannung an seiner Steuerelektrode, solange die Spannung am Kondensator 6 die Zenerspannung der jeweiligen Zenerdiode 21, 22 oder 23 nicht übersteigt. Damit bleibt der XPUT 20 und damit auch der Transistor 28 gesperrt.
Übersteigt die Spannung am Kondensator 6 um einen bestimmten Wert die Zenerspannung der jeweils mit dem Schalter 15 verbundenen Zenerdiode, so steigt die Spannung an der Steuerelektrode des PUT 20 nicht über die Zenerspannung an, während die Spannung an der Anode den Zenerspannungswert überschreitet. Demzufolge schaltet der PUT 20 über seine Anoden-Kathoden-Strekke durch und steuert damit den Transistor 28 als weitere Verstärkerstufe an.
Fig. 5 zeigt in weiterer Ausbildung der Erfindung eine Schutzschaltungsanordnung mit automatischer Auswahl der richtigen Ladespannungshöhe tin Abhängigkeit von dem angeschlossenen Akku. Für jede Ladespannung ist ein Schwellwertverstärker gemäss Fig. 4 vorgesehen, wobei jeder Schwellwertverstärker gemäss den Zenerdioden 21, 22 und 23 bei einer bestimmten Gleichspannung am fKondensator 6 anspricht.
Durch die Dioden 29, 30 und 31 wird erreicht, dass beim Ansprechen eines Schwellwertverstärkers höherer Ansprechspannung der bzw. die Schweillwertverstärker mit niederer Ansprechspannung gesperrt bleiben, da die Anodenpotentiale der betreffenden PUT 20a und 20b der Fig. 5, z.iB. beim Ansprechen des PUT 20c, über die Dioden 30 und 31 an das tiefliegende Kollektorpotential des durchgeschalteten Transistors 28c gelegt sind.
When connecting an accumulator to a charger, make sure that the polarity is correct, i.e. that the electrically positive pole of the accumulator is also connected to the electrically positive terminal of the charger and the negative pole to the negative terminal, otherwise damage or destruction the battery and / or the charger.
Since chargers are usually designed for different, selectable charging voltages in order to be able to charge accumulators of different voltages, it must also be ensured that no higher charging voltage than the nominal voltage of the accumulator to be charged is selected in order not to damage both the charger and the accumulator . Finally, it must be ensured that the charging voltage is only switched on after connecting a battery and switched off before disconnecting the battery in order to prevent a short circuit from occurring when the connection terminals, which are usually located on cables, come into contact, which can lead to dangerous arcing .
A protective circuit arrangement must therefore prevent the charging voltage from being applied to the terminals of the charger when the battery is connected with incorrect polarity and / or when a higher charging voltage than the nominal voltage of the battery is selected, or when the battery is not connected.
In addition, the current consumption of the protective circuit arrangement should be as low as possible in order to practically not burden the connected battery.
Protective circuit arrangements are known which use a relay that is connected in parallel to the connection terminals of the charger and only responds in one current direction to determine the correct polarity of the connected battery. These protective circuit arrangements have the disadvantage that when the battery is disconnected, the relay does not drop out because it is prevented from doing so by the existing charging voltage.
Furthermore, protective circuit arrangements are known which overcome the aforementioned disadvantage by using a controlled rectifier, e.g. a thyristor. These controlled rectifiers have the property of automatically switching to the blocked state if the voltage above them drops to a certain value, even for a short time.
However, they must be ignited by a pulse on their control electrode, i.e. are put into the conductive state and therefore require an additional amount of electromechanical switching means. In addition, the property mentioned above can lead to interference voltages of the corresponding polarity causing the voltage above them to briefly fall below the minimum voltage value required to maintain their conductive state, thereby putting the controlled rectifier in the blocking state, which results in the charging voltage being switched off unintentionally Has.
The object of the invention is to trigger a switching process in the simplest and most secure manner possible, depending on the voltage applied to the terminals of a charger, when a battery is connected to the terminals with the correct polarity and no lower nominal voltage than that of the charging voltage of the charger is connected.
According to the invention, this is achieved in that a storage element lying parallel to the input of an amplifier is slowly charged from the voltage applied to the terminals of the charger via a coupling element with a greater resistance in one current direction than in the opposite coupling element, and the aforementioned storage element is over the said coupling link quickly discharges again when the voltage at the terminals is absent or drops.
A so-called directional conductor, that is a component with current rectifier properties, such as a semiconductor half-wave rectifier, can expediently be used for the aforementioned coupling element.
; These components have a significantly lower resistance in their forward direction than in their reverse direction. If the directional conductor is in the charging circuit of a capacitor serving as a storage element, for example, that the capacitor is charged via the blocking resistance of the directional conductor when the battery is correctly polarized, the time constant, formed from the product of the blocking resistance value and the capacitor capacity, is very large and the capacitor charges relatively get up slowly. If a battery is correctly polarized at the terminals of the charger, it is only a question of time until the capacitor has practically charged to the battery voltage.
If the battery is disconnected, when the charger is switched on, only the half-wave charging voltage is applied to the terminals, and the capacitor is discharged via the low-ohm forward resistance of the directional conductor according to the course of the half-wave voltage. Since the discharge time constant is much smaller than the charge time constant, a half-wave voltage can practically not or only slightly charge the capacitor, so that the voltage at the amplifier input does not reach the response threshold of the amplifier and a switching element controlled by the amplifier interrupts the supply of charging voltage to the terminals of the charger.
In the following, with reference to the accompanying drawings in FIG. 1, the voltage curve Usp on a capacitor serving as a storage element with half-wave shape of the voltage U1 is shown at the connection terminals of the charger and several exemplary embodiments of the invention are further described in more detail.
2 shows the functional diagram of a protective circuit arrangement according to the invention.
Fig. 3 shows an embodiment for a charger with a charging voltage that can be switched to different nominal battery voltages and a transistor amplifier serving as a threshold amplifier.
4 shows an embodiment for a charger with a charging voltage that can be switched to different nominal battery voltages and a switching element serving as a threshold amplifier and acting as a voltage comparator, for example a programmed unijunction transistor, called PUT.
FIG. 5 represents a further development of the embodiment according to FIG. 3 for the automatic selection of the correct charging voltage.
In FIG. 2, 1 and 2 denote the terminals for connecting the battery to be charged, 3 denote the coupling element, consisting of the directional conductor 4 and the resistor 5 connected in parallel with it, 6 a capacitor serving as a storage element parallel to the input 8 and 9 of the Amplifier 10, 11 a relay serving as a switching element with the switching contact 12 and 7 a discharge resistor. The half-wave charging voltage generated by the charger in a known manner is located at points 13 and 14.
If a battery is connected to terminals 1 and 2 with the correct polarity, then the capacitor 6 is essentially charged via the high-resistance resistor 5, since the blocking resistance of the directional conductor alone is usually too high-resistance. If the voltage at the capacitor 6 rises above the threshold value of the amplifier 10, it switches the relay 11, which by closing the contact 12 switches the half-wave charging voltage applied to the points 13 and 14 through to the terminal 1 and thus initiates the charging process .
When the battery is disconnected, however, there is no constant voltage at terminals 1 and 2 and the capacitor discharges through the low-ohmic forward resistance of the directional conductor 4 and the resistor 7 with the half-wave charging voltage that periodically drops to zero. When the half-wave charging voltage subsequently rises, the capacitor 6 is only charged very little due to the large time constant formed by the resistor 5 and the capacitance of the capacitor 6, and only the characteristic for the directional conductor 4 is produced on the capacitor 6 -Voltage which is below the threshold voltage of amplifier 10.
As a result, the amplifier 10 is blocked and the relay 11 opens the contact 12, whereby the charging voltage to terminal 1 is interrupted. For very large charging currents, the contact 12 of the relay 11 can be used in a known manner for switching high-performance switching devices, e.g. Contactors are used, which in turn switch the charging current. On the other hand, for small charging currents, instead of the relay 11, a suitable semiconductor, such as e.g. a switching transistor kick. Furthermore, the discharge resistor 7 can be replaced by the indicated resistor 7 '.
However, if the battery to be charged is connected to terminals 1 and 2 with the wrong polarity, the capacitor 6 is charged quickly via the directional conductor, but the amplifier 10 is not activated due to the incorrect polarity at its inputs 8 and 9. The relay 11 thus remains de-energized and the switching contact 12 is open, so that the charging voltage is not switched through to terminal 1.
In the embodiment shown in Fig. 3 for chargers with different selectable charging voltages, when the charger is switched to the next higher charging voltage, a component forming a larger voltage threshold, e.g. a Zener diode 18 or 19, connected in series with the coupling element 3 and the amplifier input 8.
With 10, for example, a transistor stage operating as a threshold amplifier is shown, in which the natural threshold of the base-emitter path of transistor 17 is represented by the diode in series with this path
16 is increased.
Since the voltage at the capacitor 6 and thus at the input 8 of the threshold amplifier 10 does not rise spontaneously when a battery is correctly connected to the terminals of the charger, it is advantageous when controlling electromechanical switching devices to use components with a pronounced breakpoint or switching point as threshold amplifiers .
4 shows a protection circuit arrangement with a PUT 20 and a transistor 28 as a threshold amplifier. The voltage present on the capacitor 6 passes through the resistor N and the switch 15 to one of the Zener diodes 21, 22 or 23 and through the resistor 25 to the anode of the PUT X. As a result of the voltage divider formed from the resistors 25 and 26, the voltage at the The voltage present at the anode of the -PUT 20 is always slightly lower than the voltage on its control electrode, as long as the voltage on the capacitor 6 does not exceed the Zener voltage of the respective Zener diode 21, 22 or 23. The XPUT 20 and thus also the transistor 28 thus remain blocked.
If the voltage on the capacitor 6 exceeds the Zener voltage of the Zener diode connected to the switch 15 by a certain value, the voltage on the control electrode of the PUT 20 does not rise above the Zener voltage, while the voltage on the anode exceeds the Zener voltage value. As a result, the PUT 20 switches through its anode-cathode path and thus controls the transistor 28 as a further amplifier stage.
In a further embodiment of the invention, FIG. 5 shows a protective circuit arrangement with automatic selection of the correct charging voltage level depending on the battery connected. A threshold amplifier according to FIG. 4 is provided for each charging voltage, each threshold amplifier responding according to the Zener diodes 21, 22 and 23 at a specific DC voltage at the capacitor 6.
The diodes 29, 30 and 31 ensure that when a threshold amplifier with a higher response voltage responds, the threshold amplifier or amplifiers with a lower response voltage remain blocked, since the anode potentials of the relevant PUT 20a and 20b of FIG. 5, e.g. When the PUT 20c responds, the diodes 30 and 31 are connected to the low-lying collector potential of the transistor 28c that is switched on.