DD228122A1 - CONSTANT WIRES, IN PARTICULAR FOR GAS-DENSED NICKEL-KADMIUM ACCUMULATORS - Google Patents

CONSTANT WIRES, IN PARTICULAR FOR GAS-DENSED NICKEL-KADMIUM ACCUMULATORS Download PDF

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DD228122A1 DD25804883A DD25804883A DD228122A1 DD 228122 A1 DD228122 A1 DD 228122A1 DD 25804883 A DD25804883 A DD 25804883A DD 25804883 A DD25804883 A DD 25804883A DD 228122 A1 DD228122 A1 DD 228122A1
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Heinz Wieczorrek
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Brieselang Geraetebau
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Abstract

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Konstantstromladegeraete fuer Sekundaerbatterien. Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt, die Verlustleistung im Ladegeraet bei grossem Akkumulatorspannungsbereich klein zu halten und somit Kuehlkoerper- und Geraetevolumen zu reduzieren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass durch einen konstanten Pilotstrom eine Referenzspannung gewonnen wird, die ueber einen Operationsverstaerker und Schaltregler eine Zwischenspannung erzeugt, welche der aktuellen Akkumulatorspannung folgt und somit eine Konstantstromladung bei geringster Verlustleistung ermoeglicht. Weitere Anwendungsfaelle sind allgemeine Konstantstromquellen mit groesserer Strombelastung. Fig. 1The invention is in the field of Konstanzstromladegeraete for secondary batteries. With the invention, the aim is to keep the power loss in the charger at a large battery voltage range small and thus reduce Kuehlkoerper- and Geraetevolumen. According to the invention, the object is achieved in that a reference voltage is obtained through a constant pilot current, which generates an intermediate voltage via an operational amplifier and switching regulator, which follows the current accumulator voltage and thus enables a constant current charge with the lowest power loss. Other applications are general constant current sources with larger current load. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Konstantstromladegerät zum Aufladen von Sekundärbatterien Charakteristik der bekannten technischen LösungenThe invention relates to a constant current charger for charging secondary batteries characteristic of the known technical solutions

Es sind Ladegeräte bekannt, die eine Konstantstromladung gewährleisten. Im allgemeinen wird ein Regeltransistor im Strompfad angeordnet, der über eine spezielle Ansteuerschaltung den Ladestrom konstant hält. Die in dem Regeltransistor umgesetzte Verlustleistung wird über Kühlkörper an die Umgebungsluft abgeführt. Bedingt durch die abzuführende Verlustleistung müssen die Gehäuse hinsichtlich des Volumens den .kühltechnischen Erfordernissen angepaßt werden. Es sind daher, je nach Ladeströme, materialintensive Kühlkörper sowie großvolumige Gehäuse notwendig.Chargers are known which ensure a constant current charge. In general, a control transistor is arranged in the current path, which keeps the charging current constant via a special drive circuit. The power loss converted in the control transistor is dissipated via heat sinks to the ambient air. Due to the dissipated power loss, the housing must be adapted in terms of volume. The cooling requirements. It is therefore, depending on the charging currents, material-intensive heat sink and large-volume housing necessary.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine besondere Schaltungskonzeption bei Konstantstromladegeräten mit großem Spannungsberaich der zu ladenen Akkumulatoren die Verlustleistung im Ladegerät klein zu halten und so materialintensive Kühlkörper zu vermeiden sowie das Gerät mit kleinem Bauvolumen herzustellen.The aim of the invention is to keep the power loss in the charger small by a special circuit design in Konstanzstromladegeräten with a large Spannungsberaich the accumulators to be charged and thus to avoid material-intensive heat sink and produce the device with a small volume.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Konstantstromladegerät entstehende Verlustleistung auf ein Minimum zu reduzieren. Bedingt durch den relativ großen Spannungshub zwischen entladenem und voll aufgeladenem Akkumulator und der Toleranz der Speisespannung treten.unterschiedliche Verlustleistungen.im Ladegerät auf, die über Kühlkörper abgeführt werden müssen.The invention has for its object to reduce the resulting power loss in the constant current charger to a minimum. Due to the relatively large voltage swing between discharged and fully charged accumulator and the tolerance of the supply voltage trat.unterschiedliche Verlustleistungen.im charger, which must be dissipated via heat sink.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß eine Zwischenspannung im Ladegerät realisiert wird, die stets um einen konstant kleinen Betrag über der aktuellen Spannung des zu ladenen Akkumulators liegt und über einen Vorwiderstand die Konstantstromladung gewährleistet. Die Verlustleistung ist dabei unabhängig vom Ladezustand des Akkumulators sowie auch von Speisespannungstoleranzen. Sie kann durch die optimale Bemessung der strombestimmenden Parameter, wie Spannungsdifferenz der Akkumulatoren und Zwischenspannung sowie Vorwiderstand, extrem klein gehalten werden.According to the invention this disadvantage is avoided in that an intermediate voltage is realized in the charger, which is always a constant small amount above the current voltage of the battery to be charged and ensures the constant-current charge via a series resistor. The power loss is independent of the state of charge of the accumulator as well as supply voltage tolerances. It can be kept extremely small by the optimal design of the current-determining parameters, such as voltage difference of the accumulators and intermediate voltage and series resistor.

Die Zwischenspannung wird mit der aktuellen Akkumulatorspannung dadurch verkoppelt, daß ein Pilotstrom von geringer Größe aus einer separaten Konstantstromguelle über einen Referenzwiderstand auf den zu ladenden Akkumulator geleitet wird. Die Akkumulatorspannung und der Spannungsabfall über den Referenzwiderstand bilden den Wert für die Vergleichsspannung, die zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers geführt wird. Am nicht invertierenden Eingang liegt die Zwischenspannung vom Ausgang des Schaltreglers. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem Steuereingang des Schaltreglers verbunden.The intermediate voltage is coupled to the current accumulator voltage by passing a small size pilot current from a separate constant current source via a reference resistor to the accumulator to be charged. The accumulator voltage and the voltage drop across the reference resistor form the value for the comparison voltage which is fed to the inverting input of an operational amplifier. The non-inverting input is the intermediate voltage from the output of the switching regulator. The output of the operational amplifier is connected to the control input of the switching regulator.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachstehend wird die Erfindung anhand des vereinfachten Stromlaufplanes des Konstantstromladegerätes beschrieben.The invention will be described with reference to the simplified circuit diagram of the constant current charger.

Fig. 1: Vereinfachter Stromlaufplan des Konstantstromladegerätes.Fig. 1: simplified circuit diagram of the constant current charger.

Eine Konstantstromquelle I, liefert einen Pilotstrom I,, der über den Widerstand R, in den zu ladenden Akkumulator eingespeist wird. Dieser Strom liegt in der Größenordnung von einigen mA, so daß die Verlustleistung in der Konstantstromquelle sowie im Widerstand Ri vernachlässigt werden kann. Der konstante Spannungsabfall über R, und die aktuelle Akkumulatorspannung bilden die Vergleichsspannung für die aufzubauende Zwischenspannung Uz, die wiederum für den Hauptladestrcm l2 maßgebend ist. Der Pilotstrom I, kann vorteilhaft, bei abgeschaltetem Hauptladestrom U, als Strom für die Erhaltungslädung eingesetzt werden. Während der Hauptladung liegt also die Zwischenspannung U. immer um einen bestimmten Betrag, z. 8.1 V, über der Akkumulatorspannung, und es wird mittels des Widerstandes R2, z. B. 1 Ω, gewährleistet, daß eine Konstantstromiadung des Akkumulators erfolgt. Durch die gleitende und unmittelbar über der Akkumulatorspannung liegenden Zwischenspannung Uz wird erreicht, daß unabhängig von dem Ladezustand des Akkumulators und den Toleranzen der Versorgungsspannung Us nur eine minimale konstante Verlustleistung an R2 auftritt.A constant current source I, supplies a pilot current I ,, which is fed via the resistor R, in the rechargeable battery to be charged. This current is on the order of a few mA, so that the power loss in the constant current source and in the resistor Ri can be neglected. The constant voltage drop across R, and the current accumulator voltage form the comparison voltage for the intermediate voltage Uz to be established, which in turn is decisive for the Hauptladestrcm l2. The pilot current I, can be used advantageously, with switched off main charging current U, as a power for the maintenance maintenance. During the main charge so the intermediate voltage U. is always a certain amount, z. 8.1 V, on the battery voltage, and it is by means of the resistor R2, z. B. 1 Ω, ensures that a Konstantstromiadung of the accumulator takes place. By sliding and lying directly above the battery voltage intermediate voltage Uz is achieved that regardless of the state of charge of the battery and the tolerances of the supply voltage Us only a minimal constant power dissipation occurs at R2.

Die Zwischenspannung wird mittels Schaltregle·· SR aus der Versorgungsspannung Us gewonnen, indem zur Steuerung des Schaltreglers die Zwischenspannung Uz und die Referenzspannung Ur mittels Operationsverstärkers N, verglichen werden. Die Widerstande R3, R4 legen die Schwellwerte der Zwischenspannung fest.The intermediate voltage is obtained by means of switching regulator ·· SR from the supply voltage Us by comparing the intermediate voltage Uz and the reference voltage Ur by means of operational amplifier N, for controlling the switching regulator. The resistors R3, R4 set the threshold values of the intermediate voltage.

Claims (1)

- 2 - 258 048 6- 2 - 258 048 6 Erfindungsanspruch:Invention claim: Konstantstromladegerät, insbesondere für gasdichte Nickel-Kadmium-Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (lq) über den Widerstand (R1) sowohl an den Akkumulator als auch an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (N1) angeschlossen ist und der Ausgang des Schaltreglers (SR) über den Widerstand (R3) mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (N1) und über den Widerstand (R2) mit dem Akkumulator verbunden ist sowie der Ausgang des Operationsverstärkers an den Steuereingang des Schaltreglers (SR) und über (R4) an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geführt wird.Constant current charger, in particular for gas-tight nickel-cadmium storage batteries, characterized in that a constant current source (l q ) is connected via the resistor (R 1 ) both to the accumulator and to the inverting input of the operational amplifier (N 1 ) and the output of Switching regulator (SR) via the resistor (R 3 ) to the non-inverting input of the operational amplifier (N 1 ) and the resistor (R 2 ) connected to the accumulator and the output of the operational amplifier to the control input of the switching regulator (SR) and (R 4 ) is fed to the non-inverting input of the operational amplifier. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Konstantstromladegerät zum Aufladen von Sekundärbatterien Charakteristik der bekannten technischen LösungenThe invention relates to a constant current charger for charging secondary batteries characteristic of the known technical solutions Es sind Ladegeräte bekannt, die eine Konstantstromladung gewährleisten. Im allgemeinen wird ein Regeltransistor im Strompfad angeordnet, der über eine spezielle Ansteuerschaltung den Ladestrom konstant hält. Die in dem Regeltransistor umgesetzte Verlustleistung wird über Kühlkörper an die Umgebungsluft abgeführt. Bedingt durch die abzuführende Verlustleistung müssen die Gehäuse hinsichtlich des Volumens den-kühltechnischen Erfordernissen angepaßt werden. Es sind daher, je nach Ladeströme, materialintensive Kühlkörper sowie großvolumige Gehäuse notwendig.Chargers are known which ensure a constant current charge. In general, a control transistor is arranged in the current path, which keeps the charging current constant via a special drive circuit. The power loss converted in the control transistor is dissipated via heat sinks to the ambient air. Due to the dissipated power dissipation, the housing must be adapted to the volume of cooling requirements. It is therefore, depending on the charging currents, material-intensive heat sink and large-volume housing necessary. Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine besondere Schaltungskonzeption bei Konstantstromladegeräten mit großem Spannungsbereich der zu ladenen Akkumulatoren die Verlustleistung im Ladegerät klein zu halten und so materialintensive Kühlkörper zu vermeiden sowie das Gerät mit kleinem Bauvolumen herzustellen.The aim of the invention is to keep the power loss in the charger small by a special circuit design in Konstanzstromladegeräten with large voltage range of the batteries to be charged and thus to avoid material-intensive heat sink and produce the device with a small volume. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Konstantstromladegerät entstehende Verlustleistung auf ein Minimum zu reduzieren. Bedingt durch den relativ großen Spannungshub zwischen entladenem und voll aufgeladenem Akkumulator und der Toleranz der Speisespannung treten unterschiedliche Verlustleistungen.im Ladsgerät auf, die über Kühlkörper abgeführt werden müssen.The invention has for its object to reduce the resulting power loss in the constant current charger to a minimum. Due to the relatively large voltage swing between discharged and fully charged accumulator and the tolerance of the supply voltage different Verlustleistungen.im charger, which must be dissipated via heat sink. Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß eine Zwischenspannung im Ladegerät realisiert wird, die stets um einen konstant kleinen Betrag über der aktuellen Spannung des zu ladenen Akkumulators liegt und über einen Vorwiderstand die Konstantstromladung gewährleistet. Die Verlustleistung ist dabei unabhängig vom Ladezustand des Akkumulators sowie auch von Speisespannungstoleranzen. Sie kann durch die optimale Bemessung der strombestimmenden Parameter, wie Spannungsdifferenz der Akkumulatoren und Zwischenspannung sowie Vorwiderstand, extrem klein gehalten werden.According to the invention this disadvantage is avoided in that an intermediate voltage is realized in the charger, which is always a constant small amount above the current voltage of the battery to be charged and ensures the constant-current charge via a series resistor. The power loss is independent of the state of charge of the accumulator as well as supply voltage tolerances. It can be kept extremely small by the optimal design of the current-determining parameters, such as voltage difference of the accumulators and intermediate voltage and series resistor. Die Zwischenspannung wird mit der aktuellen Akkumulatorspannung dadurch verkoppelt, daß ein Pilotstrom von geringer Größe aus einer separaten Konstantstromquelle über einen Referenzwiderstand auf den zu ladenden Akkumulator geleitet wird. Die Akkumulatorspannung und der Spannungsabfall über den Referenzwiderstand bilden den Wert für die Vergleichsspannung, die zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers geführt wird. Am nicht invertierenden Eingang liegt die Zwischenspannung vom Ausgang des Schaltreglers. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem Steuereingang des Schaltregiers verbunden.The intermediate voltage is coupled to the current accumulator voltage by passing a small sized pilot current from a separate constant current source via a reference resistor to the accumulator to be charged. The accumulator voltage and the voltage drop across the reference resistor form the value for the comparison voltage which is fed to the inverting input of an operational amplifier. The non-inverting input is the intermediate voltage from the output of the switching regulator. The output of the operational amplifier is connected to the control input of the Schaltregiers. Ausfiihrungsbeispielexemplary embodiment Nachstehend wird die Erfindung anhand des vereinfachten Stromlaufplanes des Konstantstromladegerätes beschrieben. Fig. 1: Vereinfachter Stromlaufplan des Konstantstromladegerätes.The invention will be described with reference to the simplified circuit diagram of the constant current charger. Fig. 1: simplified circuit diagram of the constant current charger. Eine Konstantstromqueile lq liefert einen Pilotstrom I1, der über den Widerstand R1 in den zu ladenden Akkumulator eingespeist wird. Dieser Strom liegt in der Größenordnung von einigen mA, so daß die Verlustleistung in der Konstantstromquelle sowie im Widerstand R1 vernachlässigt werden kann. Der konstante Spannungsabfall über R1 und die aktuelle Akkumulatorspannung bilder, die Vergleichsspannung für die aufzubauende Zwischenspannung U1, die wiederum für den Hauptladestrom I2 maßgebend ist. Der Pilotstrom I1 kann vorteilhaft, bei abgeschaltetem Hauptladestrom I2, als Strom für die Erhaltungslädung eingesetzt werden. Während der Hauptladung liegt also die Zwischenspannung U, immer um einen bestimmten Betrag, z. B. 1 V, über der Akkumulatorspannung, und es wird mittels des Widerstandes R2, z. B. 1 Ω, gewährleistet, daß eine Konstantstromiadung des Akkumulators erfolgt. Durch die gleitende und unmittelbar über der Akkumulatorspannung liegenden Zwischenspannung U2 wird erreicht, daß unabhängig von dem Ladezustand des Akkumulators und den Toleranzen der Versorgungsspannung U3 nur eine minimale konstante Verlustleistung an R2 auftritt.A constant current source l q supplies a pilot current I 1 , which is fed via the resistor R 1 into the accumulator to be charged. This current is on the order of a few mA, so that the power loss in the constant current source and in the resistor R 1 can be neglected. The constant voltage drop across R 1 and the current battery voltage images, the comparison voltage for the intermediate voltage U 1 to be established , which in turn is decisive for the main charging current I 2 . The pilot current I 1 can advantageously be used, when the main charging current I 2 is switched off, as a current for the maintenance charging. During the main charge so the intermediate voltage U, always by a certain amount, z. B. 1 V, on the battery voltage, and it is by means of the resistor R 2 , z. B. 1 Ω, ensures that a Konstantstromiadung of the accumulator takes place. By sliding and lying directly above the battery voltage intermediate voltage U 2 is achieved that regardless of the state of charge of the battery and the tolerances of the supply voltage U 3 only a minimal constant power dissipation occurs at R 2 . Die Zwischenspannung wird mittels Schaltregler SR aus der Versorgungsspannung U5 gewonnen, indem zur Steuerung des Schaltreglers die Zwischenspannung U2 und die Referenzspannung Ur mittels Operationsverstärkers N1 verglichen werden. Die Widerstände R3, R4 legen die Schwellwerte der Zwischenspannung fest.The intermediate voltage is obtained by means of switching regulator SR from the supply voltage U 5 , by comparing the intermediate voltage U 2 and the reference voltage U r by means of operational amplifier N 1 for controlling the switching regulator. The resistors R 3 , R 4 set the threshold values of the intermediate voltage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19609140A1 (en) * 1996-03-08 1997-09-18 Nokia Mobile Phones Ltd Charging circuit
DE102004060359A1 (en) * 2004-12-15 2006-07-06 Austriamicrosystems Ag Charge controller assembly and method for charging a battery

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