DE1026833B - Anordnung fuer die Ladung von Akkumulatoren, insbesondere von Kleinsammlern - Google Patents

Anordnung fuer die Ladung von Akkumulatoren, insbesondere von Kleinsammlern

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DE1026833B
DE1026833B DER17675A DER0017675A DE1026833B DE 1026833 B DE1026833 B DE 1026833B DE R17675 A DER17675 A DE R17675A DE R0017675 A DER0017675 A DE R0017675A DE 1026833 B DE1026833 B DE 1026833B
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DE
Germany
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charging
capacitor
resistor
voltage
arrangement according
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DER17675A
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Robert Walter Reich
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Description

  • Anordnung für die Ladung von Akkumulatoren, insbesondere von Kleinsammlern Für die Ladung von Akkumulatoren sind viele Schaltungen bekannt.
  • Es werden für die Herabsetzung der Spannung aus dem Netz auf die Ladespannung sowohl Transformatoren als auch Kondensatoren verwendet. Die Anwendung von Transformatoren ist aber bei transportablen Geräten wegen des hohen Gewichtes und des großen Raumbedarfes von vornherein auf die Ladung von größeren Akkumul"atorem beschränkt. Bei Schaltungen mit Kondensatoren werden diese bisher als Blindwiderstand verwendet, Derartige Anordnungen haben aber außerordentlich große Nachteile. Beim Einsehalten liegt zunächst die hohe Spitzenspannung des Netzes voll an dem Ladeteil und den daraus gespeisten Verbrauchern. Es ist daher beispielsweise nicht möglich, die Verbraucher während der Ladung eingeschaltet zu lassen. Bestehen die Verbraucher beispielsweise aus Glühlampen, so brennen diese jeweils beim Einschalten durch. Weiterhin besteht der Nachteil, daß bei Defekten am Kondensator die volle Spannung am gesamten Ladeteil wirksam wird, was zur völligen Zerstörung der Akkumulatoren und Schaltelemente führt, da auch diese Schaltelemente nur für die niedrigen Ladespannungen bemessen sind. Eine Überdimensionierung dieser Schaltelemente isst einmal wegen des dafür erforderlichen Aufwandes und zum anderen wegen des dadurch entstehenden viel größeren Raumbedarfes praktisch unmöglich. Außerdem liegt auch an den Schaltelementen während der Einschaltung die hohe Spitzenspannung, und es tritt ein entsprechend viel größerer Verschleiß ein, der sich zwangläufig aus der Verwendung eines Kondensators als reiner Blindwiderstand ergibt. Im übrigen ist bei derartigen Schaltungen die Spannung sehr stark abhängig von dem aufgenommenen Ladestrom, da ja die zu ladenden Akkumulatoren in Reihe mit dem Kondensator geschaltet sind. Es liegen daher gegen Ende der Ladung wesentlich höhere Spannungen an dem Ladeteil. Die vor allem für derartige Anwendungszwecke verwendeten gasdichten Akkumulatoren sind aber außerordentlich spannungsemÜfi.ndli.ch, und es ist eine genaue Einhaltung der Spannungswerte für den Ladevorgang erforderlich.
  • Es ist weiterhin die Verwendung von Widerständen mit negativem Temperaturkoeffizienten sowie von Glimmlampen in Verbindung mit Ladeanordnungen bekannt, Vor allem für elektronische Geräte und auch für Taschenlampen mit eingebauten Akkumulatoren ist eine einfache und betriebssichere Ladeanordnung erwünscht, welche mit in die Geräte eingebaut werden kann. Die modernen elektronischen Hilfsmittel, wie Transistoren, bietendie Möglichkeit, Gerätein Taschenausführung herzustellen, die sich bisher wegen des erforderlichen Netzanschlusses und des damit bedingten großen Raumbedarfes und Gewichtes nicht in so kleiner Größe ausführen ließen. Die elektronischen Schaltelemente für derartige Geräte benötigen nur niedrige Spannungen und geringe Leistungen, welche aus Kleinstsammlern entnommen werden können. Für andere Geräte, wie z. B. Taschenlampen, Rasierapparate, Elektronen-Blitzgeräte, müssen die erforderlichen Schaltelemente für die Wiederladung der Kleinstsammleir mit im gleichen Gehäuse untergebracht werden, wobei die Gehäuse zweckmäßig so ausgeführt werden, daß durch vorgesehene Stecker ein direktes Einstecken in eine Lichtsteckdose möglich ist. Bei Verwendung von Kondensatorschaltungen, bei denen der Kondensator als Blindwiderstand angeordnet ist, kann der Raumbedarf für die Ladeeinrichtung nur unter Verzicht auf Betriebssicherheit niedrig gehalten werden. Die Ladezeit für die Akkumulatoren beträgt im allgemeinen viele Stunden, da die Einhaltung der vorgeschriebenen Ladeströme z. B. bei gasdichten Zellen zwingend vorgeschrieben ist und eine Erhöhung der Ladeströme zu.r sofortigen Zerstörung der Zellen führt. Die Kondensatoren müßten daher für eine Dauerbetriebsspannung entsprechend der Spitzenspannung der Netzspannung hergestellt sein. Derartige Kondensatoren hätten aber räumlich eine Abmessung, welche die Verwendung in Kleinst- und Taschengeräten ausschließt.
  • Erfindungsgemäß wird eine Schaltung angegeben, welche für alle Ladezwecke verwendet werden kann, besondere Vorteile aber für Kleinstgeräte in Taschen- Format bietet. Bekanntlich folgt die Ladekurve eines Kondensators dem Gesetz wobei die Spannung U, .die- augenblicklich an dem Kondensator liegende Spannung zu der Zeit t darstellt. Im ersten Augenblick, im dem der Kondensator noch vollkommen entladen ist, fließt der volle, nur durch den Widerstand-begrenzte Strom. Dieser Widerstand, welcher vor dem Kondensator in den Netzkreis geschaltet ist, kann daher so bemessen werden, daß der erforderliche Ladestrom für die Aufladung der Akkumulatoren in dem Stromkreis fließt. Die Ladekurve des K ndensators in einem Schwingungskreis, gebildet aus Widerstand und Kondensator, bietet die Möglichkeit, durch entsprechend große Dimensionierung des Kondensators die Zeitkonstante der Zusammenschaltung so zu wählen, daß an dem Kondensator selbst nur die erforderliche Ladespannung für die Akkumulatoren auftreten kann. Die Zeitkonstante des Wechselstromnetzes ist durch die Frequenz gegeben. Wählt man die Zeitkonstante der Zusammenschaltung Widerstand -I- Kondensator um ein' Vielfaches größer, so reicht die Zeitkonstante der Netzfrequenz nur aus, um den Kondensator bis auf die Ladespannung aufzuladen. Eine derartige Schaltung bietet den Vorteil, daß als Kondensator ein Elektrolytkondensator verwendet werden kann. Derartige Elektrolytkondensatoren, die außerdem bei Verwendung in der Ladeschaltung gemäß der Erfindung nur für Niederspannung in der Höhe der Ladespannung bemessen zu sein brauchen, werden in kleinsten Größen und für eine unbegrenzte Lebensdauer hergestellt. Aus dem Kondensator wird der Ladestrom für die Akkumulatoren entnommen. Zur Gleichrichtung genügt für kleine Geräte eine einfache Kristalldiode, für größere Geräte mit einem höheren Ladestrom ein einfacher Trockengleichrichter. Der besondereVorteil der Schaltung liegt noch darin, daß außer dem Kondensator auch die Kristalldiode oder der Gleichrichter nur für die Niederspannung bemessen zu sein braucht. Auch beim Einschalten oder Einstecken können an den Schaltelementen keine hohen Spannungen wie bei anderen Schaltungen auftreten. Selbst bei Defekten werden die Schaltelemente nicht zerstört. Hierdurch ergeben sich sowohl für die Betriebssicherheit als auch für den Aufwand ganz außerordentliche Vorteile. Der Raumbedarf beträgt nur einen Bruchteil, verglichen mit anderen Schaltungsanordnungen, insbesondere verglichen auch mit Schaltungsanordnungen unter Verwendung von Kondensatoren als Blindwiderstand. Durch Bemessung der Zeitkonstante des Kondensator-Widerstands-Gliedes kann man jede gewünschte Ladespannung erzielen. Bei kleinem Kapazitätswert und großem Widerstandswert ist die jeweils fließende Stromstärke zur Erzeugung der Ladung des Kondensators klein, da der große Widerstandswert den fließendem Strom beschränkt. Bei großem Kapazitätswert und entsprechend gewähltem Widerstandswert kann sich die Aufladung des Kondensators nur mit dem durch den Widerstand fließenden Strom vollziehen. Die Ladezeit des Kondensators bis zur Auf ladung auf die Netzspannung würde daher ein Vielfaches der zur Verfügung stehenden Zeit bis zum Einsetzen des nächsten Wechsels mit entgegengesetzter Polarität betragen. Innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit für einen Wechsel kann daher, bestimmt durch die Zeitkonstante des Kondensator-Widerstands-Gliedes, an dem Kondensator nuir die Ladespannung entstehen. Der Widerstand 1 kann sowohl ein Ohmscher Widerstand als auch ein kleiner Kondensator 7 oder eine Glimmlampe 8 sein. Besonders vorteilhaft ist es, als Widerstand 1 einen Halbleiterwiderstand zu verwenden. Derartige Widerstände sind bekanntlich sehr stark mit ihrem Widerstandswert von der Temperatur oder von der anliegenden Spannung abhängig. Da im Anfang des Ladevorganges ein hoher Strom fließt, erwärmt sich der Halbleiterwiderstand, und sein Widerstandswert geht auf einen Bruchteil des Kaltwertes zurück. Läßt der Ladestrom nach, so geht auch die Temperatur des Widerstandes wieder zurück, und damit steigt der Widerstandswert des Halbleiterwiderstandes an. Es erfolgt somit eine automatische Regelung des Ladestromes- und der Ladespannung, so daß selbst eine vielfache Zeitdauer für die Ladung, welche versehentlich oder aus anderen Gründen vorkommen kann, niemals eine Zerstörung der Akkumulatoren oder der Schaltelemente herbeiführt.
  • Als Gleichrichter 3 kann für Kleingeräte eine Kristalldiode, welche nur ein sehr geringes Gewicht und einen geringen Raumbedarf hat, Verwendung finden. Für größere Ladeströme genügt ein Niedervolttrockengleichrichter. Als Kondensator 2 genügt gleichfalls ein Niedervoltkondensator. Die Batterie 4 kann beliebig aus mehreren Zellen zusammengesetzt sein. Es ist auch ohne weiteres möglich, Glühbirnen 5 oder andere Verbraucher 6 während des Ladevorganges mitzubetreiben, da niemals, auch nicht während des Einschaltvorganges, eine andere Spannung als die Ladespannung an die Verbraucher gelangen kann. Bei Verwendung eines Kondensators 7 ist dieser so zu bemessen, daß er den Widerstand 1 ersetzt. An dem Zeitkonstantenverhältni:s ändert sich sowohl bei Verwendung eines Kondensators als auch einer Glimmlampe oder eines sonstigen Strombegrenzungsschaltelementes nichts. Bei Verwendung einer Glimmrähre kommt der zusätzliche Gleichrichter 3 in Wegfall. Vorzugsweise können derartige Glimmröhren in Metallausführung und in kleinster Größe für Taschengeräte Anwendung finden. Sowohl derartige Röhren als auch die anderen Schaltelemente und der Niedervoltkondensator lassen sich in so kleinen Ausführungen anwenden, daß die gesamte Anordnung zur Wiederladung selbst in einer normalen Taschenlampenhülse an Stelle der bisher verwendeten Trockenbatterie eingesetzt werden kann, da auch entsprechende Kleinakkumulatoren zur Verfügung stehen.
  • Bei Geräten, welche mach dieser Schaltung ausgeführt sind, tritt auch eine Stromentnahme aus dem Lichtnetz auf, welche der wirklich entnommenen Leistung entspricht, so d-aß die Geräte durch direkten Anschluß an das Lichtnetz entsprechend den Bestimmungen der Elektrizitätswerke für die Ladung verwendet werden können. Bekanntlich ist dies bei Schaltungen, welche den Blindwiderstand eines Kondensators ausnutzen. nicht der Fall.
  • Für manche elektronischen Geräte sind mehrere Spannteigen und entsprechend mehrere Akkumulatoren für verschiedene Spannungen erforderlich. In diesem Fall wird der Widerstand 1 mit entsprechenden Abgriffen versehen, und die Kondensatoren entsprechend der erforderlichen Ladespannung werden jeweils an die Abgriffe gelegt, Auf diese Weise kann mit einer Anzahl Kondensatoren, welche der Anzahl der verschiedenen Spannungsquellen entspricht, gleichzeitig der gesamte Spannungsversorgungsteil wieder aufgeladen werden. Die wenigen Schaltelemente können selbst in Kleinstgeräte jeweils mit eingebaut werden. Es ist aber auch möglich, die gesamte Anordnung in Form eines normalen Zwischensteckers auszuführen, so daß dieser Zwischenstecker für die Aufladung in die Netzsteckdose gesteckt wird und das Gerät wie bei einem normalen Zwischenstecker in diesen eingesteckt wird.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE. 1. Anordnung für die Ladung von Akkumulatoren. insbesondere von Kleinsammlern, mittels Widerstand und Kondensator, die beide in Reihenschaltung im Wechselstromnetzkreis liegen, mit parallel geschaltetem Ladekreis, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anschluß des Ladekreises parallel zu dem im Netzkreis liegenden Kondensator (Ladekondensator) die Zeitkonstante im Netzkreis so gewählt ist, daß am Ladekondensator während jedes Wechsels nur die Ladespannung für den Akkumulator auftreten kann.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstand ein Halbleiterwiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten oder spannungsabhängigen Widerstandskoeffizienten angeordnet ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstand ein Kondensator angeordnet ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d.aß als Widerstand eine Glimmlampe angeordnet ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Widerstand mit verschiedenen Abgriffen mehrere Kondensatoren mit verschiedenen Zeitkonstanten im Netzkreis zusammengeschaltet sind und die Zeitkonstanten im Netzkreis jeweils so gewählt sind, daß an den einzelnen Ladekondensatoren während jedes Wechsels nur die Ladespannung für den betreffenden Akkumulator auftreten kann.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente in einem Gehäuse in der Form eines Zwischensteckers für die Einführung in die Lichtsteckdose untergebracht sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 300 914, 405 467, 631992; französische Patentschriften Nr. 750 071, 975 082.
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1538586B1 (de) * 1966-02-07 1971-06-03 Gillette Co Radiergeraet mit elektrischem antriebsmotor

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DE631992C (de) * 1930-02-20 1936-07-01 Albin Ermecke Schaltanordnung zur Ladung einer Batterie aus einem Wechselstromlichtnetz ueblicher Spannung unter Ersatz des Abspanntransformators durch einen strombegrenzenden Kondensator
FR975082A (fr) * 1942-01-24 1951-03-01 Montage d'alimentation de faible puissance, destiné notamment à la charge des petits accumulateurs électriques

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