DE1438857A1

DE1438857A1 - Geraet zum Laden von Akkumulatoren

Info

Publication number: DE1438857A1
Application number: DE19641438857
Authority: DE
Inventors: Fischer Dipl-Ing Gerhard; Piske Dipl-Chem Guenter; Eberts Dr-Ing Klaus; Ekkehart Loew
Original assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Current assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Priority date: 1964-01-18
Filing date: 1964-01-18
Publication date: 1969-01-09
Also published as: CH440423A; SE313101B; NL146988B; US3392317A; LU47751A1; DE1438857B2; BE658433A; NL6500595A; AT257747B; GB1066915A

Description

PATENTANWÄLTE

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN • MÖNCHEN 2 · THERES1ENSTRASSE 33

P lh 38 857.9

ACCtJMULATORENFABRIK SONNENSCHEIN GMDH.

Dipl.-Ing. MARTIN UCh1"438857 Dr. REINHOLD SCHMIDT Dipl.-WirTSch.-lng. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

Mönchen,den 3 O. JuÜ 1968 Ihr Zeichen Unser Zeichen

He/De (A 45 033 VIIIb/21c)

BESCHREIBUNG
FÜR DIE OFPENLEGTJNG.

"Gerät zum Laden von Akkumulatoren."

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Laden von Akkumulatoren, bei dem gegen Ende des Ladevorganges an den Klemmen eines angeschlossenen Akkumulators eine vorbestimmte Ladeschlußspaimuiig bewirkt und die Abschaltung des Ladestromes bzw. die Umschaltung auf eine Ladeerhaltungsspannung nach Erreichen eines vorbestimmten kleinen Ladestromwertes unter Verwendung eines Halbloiterelementes erfolgt, das in Abhängigkeit vom Ladestrom gesteuert wird.

_m Es ist bereits ein Gerät zum Laden von Akkumulatoren tüder vo!'genannton Art bekannt, bei dem parallel zu den Klemmen *^}ines aufzuladenden Akkumulators ein Transistor angeordnet _oiiit, in Reihe zu dessen Emitter-Kollektor-Strecke die Zug-

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eines Relais liegt. Der Transistor wird durch eine an

CD

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsdi.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THERESICNSTRASSE 33 · Telefons 281202 · Telegramm-Adres»: Lipatli/MOnchwi Beyer. Vereinsbank Mßnthen, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring» Kto.-Nr. 882495 · Postschedc-KontO! München Nc. 163397

OppMowrMro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT SAD OFtIGiNAL

einem im Ladestrorakreis liegenden Widerstand abfallende Spannung, die proportional zun Ladestrom ist, angesteuert. Falls der Ladestrom unter einem vorgegebenen kleinen Wert abfällt, erfolgt nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung mittels eines Schützes eine Umschaltung auf Kachladung, die durch das Anlaufen eine-s Zeitgliedes auf eine vorgegebene Zeitspanne begrenzt wird. Infolge von Materialwanderung oder anderen Abnutzungserseheiimngen an den vorhandenen mechanischen Kontakten besteht bei dem bekannten Ladegerät nach längerer Betriebszeit die Gefahr einer unsicheren Kontaktgabe. Dariiberhinaus gewährleistet das bekannte Ladegerät keine VoIladung ohne Wasse-vverluste, da bei Erreichen eines vorgegebenen kleinen Ladeotronwertes keine Abschaltung des Ladestror.es erfolgt, cor.dem vieinehr ein Zeitglied angeschaltet wird, das seinerseits nach einer vorgegebenen Zeitspanne erst eine Umschaltung auf Nachladung einleitet, die durch einen Zeitschalter begrenzt wird.

Es sind weitex'hin bereits Geräte zum Laden von Akkumulatoren bekannt, bei den der Ladestrom über ein steuerbares Halbleiterelement zugeführt wird, dessen Leitfähigkeit ur.tcr Verwendung einer Zenerdiode in Abhängigkeit von der Kleruaerispannung des aufzuladenden Akkumulators steuerbar ist. Bein Überschreiten einer vorgegebenen Klemmenspannung wird das Halbleiterelement gesperrt ure- dadurch der Ladestrom abgeschaltet. Die Klemmenspannung, bei v/elcher dex* Ladestrou

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abgeschaltet wird, ist dabei so gewählt, daß eine Gasung des aufzuladenden Akkumulators vermieden wird. Bei diesem Gerät wird jedoch eine Volladung des Akkumulators nicht gewährleistet.

Zur Verhinderung von Sulfationen und zur Erhöhung der

Lebensdauer ist nun bei bestimmten Akkumulatortypen möglichst bei jeder Wiederaufladung eine huiiderprozentige Volladung dringend erforderlich, wobei jedoch unbedingt darauf zu achten ist, daß eine Überladung und dadurch bedingte Wasserverluste vermieden werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Laden von Akkumulatoren der eingangs genannten Art ohne Verwendung von mechanischen Kontakten zu schaffen, durch das eine Volladung eines zum Aufladen angeschlossenen Akkumulators ohne irgendwelche wesentliche Wasserverluste gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird nun bei einem Gerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Aufrechterhaltimg einer konstanten Ladeschlußspannung im Ladestronkreis in Reihe zum aufzuladenden Akkumulator ein Halbleiterelement mit stetiger Kennlinie vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode über eine Zenerdiode oder Diodenreihenschaltung mit der Ladestrorazuleitimg verbunden ist, und zur Abschaltung des Ladestromes bzw. Uru;chaltung auf Ladeerhaltungsspanmmg entweder das Halbleiterelement mit stetiger Kenn-

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linie in bekannter Weise in Abhangdgceit von der an einem im Ladestromkreis liegenden Widerstand abfallenden Spannung in den Sperrzustand schaltbar ist oder im Ladestromkreis ein Halbleiterelement mit unstetiger Kennlinie vorgesehen ist, das von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand kippt, wenn der durchfliessende Ladestrom einen vorbestimmten kleinen ¥ert unterschreitet.

Beim Gerät nach der Erfindung werden also zur Abschaltung des Ladestromes zwei elektrische Kriterien herangezogen.

ι Das erste Kriterium ist das Erreichen einer vorgegebenen Klemmenspannung und das zweite Kriterium das Unterschreiten eines ebenfalls vorgegebenen kleinen Ladestromwertes, mit dem diese Klemmenspannung am Akkumulator !argesteilt wird. Das Erreichen äer vorgegebenen Klemmenspannung allein besagt •nämlich nocii nichts "über den Ladungszustand fies Akkumulators, dia die Klemmenspannung in weiten Grenzen auch eine Funktion-der Größe des Ladestromes ist. Erst durch das Vorgeben eines- von der Kapazität des Akkumulators abhängigen kleinen-Ladestroxawertesj mit dem die geforderte Spannung gerade noch an die ICleeaeii des -Akkumulators gebracht werden kann, wird mit Sicherheit die Volladraig einer Batterie ohne wesentliche-

j Wasserverluste gewährleistet. Beim Gerät nacla -der Erfindung " müssen beide Kriterien erfüllt sein₅ !bevor der Ladestrom abgeschaltet oder auf eine Ladeerhaltungsspannung- «rage- . schaltet wird» -Die "Abschaltung bzw«, Umschaltung erfolgt auf . elektronischem ¥ege₉ wodurch Schwierigkeiten bei der Kontafcfcgabe vermieden werden.

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,. Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen die Figuren i - Ii verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschreibt den Fall der Verwendung eines Transistors im Ladestromkreis, der neben der Strom- bzw. Spannungsregelung auch die Abschaltung am Ende des Ladevorganges ausführt.

Von einem Netztransformator 1 wird über einen Gleichrichter 2 und einen Glättungskondensator 3 der Reihenschaltung aus Akkumulator 4 und der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors 5 ein Gleichstrom zugeführt.

Weiterhin liegt im Ladestromkreis je ein Widerstand 6 und Parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 5 liegt zur Starthilfe ein Kondensator 8, im gezeichneten Fall noch in Reihe mit einer Sperrdiode 9, der für einen ersten Stromstoß bei Anlegen der Netzspannung im Ladestromkreis sorgt. Durch den Spannungsabfall am Widerstand 6 ist der Transistor 10 durchgesteuert und die Basis des Transistors 11 positiv gegenüber seinem Emitter, der Transistor 11 also gesperrt. Da die Klemm-Spannung des Akkumulators h zu Beginn des Ladevorganges noch unter dem Zenerspannungswert der Zenerdiode 12 liegt, fließt noch kein Zenerstrom, und somit ist der Längstransistor 5 durchgesteuert, so daß der Akkumulator h geladen wird.

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Mit während der Ladung steigender Klemmspannung am Akkumulator h beginnt ein Zenerstrom zu fließen, der den Transistor 5 langsam in einen immer hochohmigeren Zustand bringt und somit die Spannung am Akkumulator 4 auf die Spannung der Zenerdiode 12 begrenzt, die in der Nähe des Gasungsspannungs— wertes- des Akkumulators liegt. Unter dieser jetzt konstanten Ladespannung vermindert sich beim Erreichen der Volladung der Ladestrom, so daß auch der Spannungsäbfall am Widerstand 6 und damit die Steuerspannung für den Transistor 10 immer kleiner wird.

Unterschreitet diese Steuerspannung den zur Aufrechterhaltung des durchgesteuerten Zustandes von Transistor 10 notwendigen Mindestwert, dann kippt Transistor iO in den gesperrten Zustand. In diesem Augenblick wird aber die Basis von Transistor 11 gegenüber ihrem Emitter negativ. Transistor 11 öffnet und sperrt somit spontan den Längstransistor 5» womit der Ladestrom abgeschaltet ist. Dieser Sclialtungs— zustand ist stabil, auch wenn anschliessend die Klernniepannung des Akkumulators bis auf den Ruhewert absinkt. Voraussetzung hierfür ist, daß der Arbeitsstroni von Transistor 11 kleiner dimensioniert ist als der Abschaltwert des Ladestromes, daß also der am Widerstand 6 gebildete Spannungsabfall unter dem zur Aussfeuerung von Transistor 10 notwendigen We'rt liegt. Mit der Größe des Widerstandes 6 bestimmt sich also die Größe des Abschaltwertes des Ladestromes.

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6AD ORIGINAL

Der Widerstand 13 parallel zum Starthilfe-Kondensator 8 dient zur Entladung des Kondensators 8, um bei erneutem Zuführen der Netzspannung den Ladevorgang wieder anlaufen zu lassen. Bei fehlender Netzspannung würde sich dann aber ein kleiner Entladestrom für den Akkumulator ergelben, welcher durch die Sperrdiode 9 verhindert wird. Erfindungsgemäß kann aber auch der Transistor 5 in seiner Kollektor-Emitterstrecke durch einen Widerstand überbrückt werden, so daß nach Abschaltung noch ein kleiner Ladungserhaltungsstrom fließt.

In Figur 2 ist die Schaltung nach Figur 1 in einigen Punkten variiert. Der Widerstand 6 ist in diesem Fall durch eine Anzeigelampe Ik ersetzt, die bis zum Einsetzen der starken Stromregelung bei Flußbeginn des Zenerstromes leuchtet. Bis zu diesem Zeitpunkt sind etwa 90 % der Neimkapazität des Akkumulators wieder erreicht. TIm auch eins Anzeige der Ladung gegen Ende des Ladevorganges bei sehr kleinem Ladestrom zu ermöglichen! sieht die Erfindung gemäß Figur 2 eine zweite Anzeigelampe 15 vor, die durch den Emitterstrom eines zusätzlichen Transistors 16 betrieben wird. Der Emitter dieses Transistors 16 liegt über die Anzeigelampe 15 am Pluspol des Akkumulators, während die Basis und der Kollektor direkt mit der Basis un den Kollektor des Längstransistors 5 verbunden sind. Somit wird der Lampenstrora erst unterbrochen, wenn der Transistor 5 in den hochohmigen Zustand im Abschaltraoment umgeschaltet wird.

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Ein noch genaueres Umkippen der bistabilen Transistorschaltung wird' in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 dadurch erreicht, daß an den Widerstand 6 bzw. die Anzeigelampe Ik gegenpolig zum Ladestrom eine Hilfsspännung ange- ι legt wird, die aus einer Transformatorwicklung 17 und Gleichrichter 18 stammt. Bei geeigneter Dimensionierung dieser Stromgröße mit Hilfe des Widerstandes 19 polt sich die am Widerstand 6 bzw. an der Lampe 14 s.tehende Spannung bei Erreichen des Absehaltstromwertes um, wodurch der Kippzeitpunfet der

bistabilen Kippstufe noch eindeutiger definiert ist» j
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Wenn fler an diese Ladeeinrichtung angeschlossene Akkmsula-• tor durch vorhergehende Tief ent laönng einen seiir hohen Innen— widerstand bekommen hat_s kann eventuell im Einschal tmosient nur ein sehr !deiner Ladestrom fließen«, der untertiallb fies. AbschaltstroMes liegt» Um den notwendigen Anfangsstrom zu ziehen, ist deshalb e rf induing sgemäß ein Schalter 20 vorgesehen» mit dessen Hilfe ein Lastwid.erstand 21 oder der normale Verbraucher solange an den Akkumulator angeschlossen ; wird, bis daß sich dieser unter äer an ihm liegenden Laäe-

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spannung erholt hat und sein Innenwiderstand auf normale j Werte abgesunken ist.

In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der kontaktlosen Ladeeini'ichtung beschrieben, das als den Ladestrom schaltendes Element einen Haltleiter (22) mit. unstetiger Kennlinie benutzt, im gezeichneten Fall eine.Vierschicht-Diode vom Typ pnpn. Die strombegrenzte Konstantspannung s-Ladung erfolgt wie in den vorgenannten Beispielen

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•durch einen mit der Zenerdiode 12 gesteuerten Längstran- sistor 5» wie vorher bereits beschrieben. Den Gleichstrom hierzu liefert der Netztransformator 1 über den Gleichrichter 2 und den Glättungskondensator 3. Weiterhin liegt in Reihe zum Längstransistor 5 und dem Akkumulator 4 die Vierschicht-Diode 22, der zur ersten Zündung über die RC-Kombination 25, 26 ein Zündimpuls höherer Spannung verzögert zugeführt wird. Die höhere Spannung wird aus einer Verdopplerschaltung mit der Diode 23 und dem Kondensator 2k gewonnen, die mit dom normalen Gleichrichter 2 und Kondensator 3 gebildet ist.

Nach Anlegen der Netzspannung an den Transformator 1 wird mit der aus der Spannungsverdopplerschaltung gewonnenen Gleichspannung der Zündkondensator 26 aufgeladen. Da die Vierschicht-Diode 22 im ungezündeten Zustand sehr hochohmig ist, liegt im ersten Augenblick die hohe Gleichspannung ganz an der Vferschicht-Diode. Dadurch wird sie vom hochohmigen Zustand durch Zündung in den niederohmigen Zustand überführt und es fließt voller Ladestrom." Solange die Spannung des Akkumulators kleiner als die Zenerspannung der Zenerdiode 12 ist, wird der Ladestrom nur durch den Innenwiderstand der Ladestromquelle begrenzt. Erst nach Erreichen des Zenerspannungswertes erfolgt über den vorgesehenen Abschaltwert. Das ist der für die Aufrechterhaltung des niederohmigen Zustandes der Vierschicht-Diode mindest notwendigen Haltestrom, Dei Unterschreiten dieses Stromwertes, zu dem eine Spannung gleich dem Senerspannungswert gehört, kippt die Vierschicht-Diod€L selbsttätig in den hochohmigen Zustand

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und schaltet bis auf einen sehr kleinen Leckstrom den Ladestrom ab. Dieser Schaltungszustand ist stabil, solange der Zündkondensator 26 seine Ladung behält. Das ist der Fall, da erfindungsgemäß der Entladewiderstand 25 so bemessen ist, daß der durch ihn fliessende Entladestrom durch den Leckstrom der Vierschicht-Diode kompensiert wird.

Erst nach einer Unterbrechung der Netzspannung verliert der Ziindkondensator seine Ladung. Die Vierschicht-Diode kann dann durch erneutes Tlinschalten der Netzspannung wieder gezündet werden, womit dann der Ladevorgang erneut anläuft,

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht anstelle der Vierschicht—Diode einen gesteuerten Gleichrichter vor, dem der Zündimpuls über seine Zündelektrode zugeführt wird. Da es sich um einen Gleichstromkreis handelt, genügt gegenüber normalen Gleichrichterschaltungen mit gesteuertem Gleichrichter eine einmalige Zündung.

Im gezeichneten Beispiel rac'i Figur 3 liegt am Akkumulator gegen Ende des Ladevorganges eine La.despannung, die gegeben ist aus dem Zenerspanrmzigswert üex Zener'diode 12 abzüglich dem Spannungsabfall in Flugrichtung der Vierseliicht-Diode 22 bzw. des an ihrer Stelle befindlichen gesteuerten Gleichrichters. Da der Spanntu-igsaTji'all an diesen Halfcleiterelementen mit unstetiger Kennlinie von Type, zu Type

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und auch in Abhängigkeit vom fließenden Strom unterschiedlich ist, kann dieses Halbleiterelement auch an anderer Stelle des Ladestromkreises entsprechend angeordnet werden, so daß es von der Zenerdiode 12 nicht überbrückt wird. Für solche Fälle entspricht dann der Zenerspannungswert direkt dem Ladeschlußspannungswert des Akkumulators.

Jja Figur k ist ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes mit einer Vierbchicht-Diode 22 gezeigt, das nach Abschaltung auf eine Konstantspannung für den Akkumulator umschaltet, die für diesen dauernd verträglich ist. Der nicht gezeichnete Teil der Figur k entspricht sonst der Figur 3» Nach Löschung der Vierschicht-Diode 22 wird die Zenerdiode 2S in Verbindung mit dem induktiven Widerstand 27 wirksam, deren Spanmmgs-Schwellwert der Differenz zwischen den Konstantspannung des Ladegerätes und der zur Dauerladung vorgesehenen niedrigeren Konstantspannung entspricht. Der induktive Widerstand 27 ist notwendig, um eine Zündung der Vierschicht-Diode zu ermöglichen. Bei Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters mit getrennter Zündelektrode kann dieser induktive Widerstand entfallen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung zeigt die Figur 5· Hier übernimmt der den Strom regelnde Längstransistor 5 auch die Aufgabe des zweiten Transistors der bistabilen Transistorschaltung. Über die Ladespannungsquelle am Glättungskondensator 3 ist ein Spannungs-

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teiler geschaltet, der in Figur 5 aus zwei in Reihe ge-„Hchalteten Glexchrichterdioden 29 und einem Widerstand 30 besteht. Anstelle der zwei Dioden 29 kann auch eine Diode mit höherer Sehleusenspanmmg benutzt werden. Der Mit.telabgriff des Spannungsteilers is.t über eine Sperrdiode mit der Basis des ersten Transistors der bistabilen Transistorschaltung verbunden, dessen Emitter zwischen Pluspol des Akkumulators und dem Reiheriwiderstand 6 liegt. Mit gegen .Ende des Ladevorganges kleiner werdendem Lädestrom polt sich die Steuerspaianung zwischen Basis uad Emitter des ersten Transistors um, so daß er im AbschaltiaoMieiit in einen leitenden-Zustand kommt und damit den Transistor 5 sperrt, der verlier die Lade stromrege lung durchführt.

Auch hier liegt nach den Abschalten eine Konstautspannung aa dem Akkumulator, deren Wert für itni "dauernd zuträglich ist, Bas wird erreicht durch die Aufteilung der ursprünglichen Zenerdtode 12 in die Zenerdioden bzw, Gruppen von Dioden und 33s von denen ein entsprechender Teil durch die bistabile Trans is tors chaltung"⁼nach der Abschaltung des Ladestromes überbrückt wird.

In Figur 6 überbrückt der Spannungsteiler nicht mehr die gesamte Ladespannung sondern mittels eines Abgriffes am Transformator nur noch eine Teilspannung. Außerdem' ist ödie Diode 29 durch einen Widerstand 34 ersetzt, dessen

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Spannungsabfall allerdings den Nachteil der Abhängig-■ keit von der Netzspannung aufweist. Außerdem ist in Figur 6 die Starthilfe-Kombination 8 und 13 aus Figur ersetzt durch einen einfachen Kondensator 35 zwischen Basis des Transistors 5 und dem Minuspol der Ladespannungsquelle.

Auch in Figur 6 wird der Akkumulator 5 nach Unterschreiten des vorgegebenen Ladestromwertes auf eine dauernd verträgliche Konstantspannung umgeschaltet, die durch den Transistor 37 mit dem Basiswiderstand 38 und dem strombegrenzenden Kollektor-Widerstand 39 in Verbindung mit der Zenerdiode 36 erreicht wird.

In Figur 7 wird das Umpolen der Steuerspannung für die bistabile Transistorschaltung auf ähnlichem Wege wie in Figur 5 erreicht. Die HiIfsspannung wird hier aus einem Wicklungsabschnitt 40 des Netztransformators über den Widerstand 4i und den stabilisieieiden Gleichrichter 42 nebst Ladekondensator 44 erzeugt, die über den Widerstand 45 im Reihenwiderstand 6 einen zum Ladestrom in entgegengesetzter Richtung fließenden Gegenstrom bewirkt. Auch hier * kippt der Transistor 11 der bistabilen Transistorschaltung bei Unterschreiten eines vorgegebenen Ladestromwertes, der durch die Größe des 3eihenwiderstandes 6 gegeben ist, in den leitenden Zustand und sperrt den Längstransistor Im Gegensatz zu Figur 6 kann der Starthilfe-Kondensator auch zwischen Pluspol des Akkumulators 4 und dem Kollektor des Längstransistors 5 angeordnet werden.

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Um auch die Wi ede rauf ladung eines anfangs tie.£entlad.e«- nen hochohmigen Akkumulator au ermöglichen, ist in Figur 7 parallel zu den Klemmen des Akkumulators eine Zenerdiode 46 vorgesehen, deren Zenerspannungswert etwas über dem Zenerspannungswert der die.Ladespannung begrenzenden Zenerdiode 12 liegt. Somit wird bei tiefentladenem Akkumulator anstelle -eines Ladestromes zuerst ein Zenerstrom über die Zenerdiode 46 fließen, der zusammen mit dem Zenerstrom über die Zenerdiode 12 größer ist als der Abschaltwert des Ladestroms. Nachdem sich der Akkumulator erholt hat, wird die Zenerdiode 46 aufgrund ihres höheren Zenerspannungswertes wieder unwirksam.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, den Basiswiderstand des Transistors 5 so klein zu halten, daß bei hochohmigem Akkumulator zu Beginn des Ladevorganges über ihn und die Zenerdiode 12 ein Strom fließt, der oberhalb des Abschaltwertes liegt.

Erfindungsgemäß kann der i/i d erstand 13 der Starthilfe-Kombination in Figur 1 und Figur 5 entvreder sehr hochohnig gewählt werden, wenn eine Wiedereinschaltung des Ladegerätes erst nach erheblichem Absinken der Klentspannung des Akkumulators erfolgen soll. Ein etwas kleinerer Widerstand bewirkt eine automatische Wiedereinschaltung des Ladestromes schon nach geringem Absinken der Kleminspannung.

In Figur 8 ist die kontaktlose vollautomatische Ladeeinrichtung kombiniert mit einem Netzgerät und dem Vex·-

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braucher 21, der in seinem Ein-Aus-Schalter die Sehaltkontakte 50, 5i und 52 beinhaltet. Bei Anlegen der Netzspannung zieht das Relais 47 an und schließt die Schaltkontakte 48 auf der linken Seite des Sthalters 48. Wenn der Verbraucher 21 ausgeschaltet ist, sind die Kontakte 50 und 51 offen und 52 geschlossen, so daß der Ladevorgang abläuft. Die Ladung wird unterbrochen, wenn der Verbraucher 21 eingeschaltet wird. Dann sind nämlich die Kontakte 51 und 50 geschlossen und der Kontakt 52 offen. Der Verbraucher 21 wird also aus dem Netzteil gespei'st, dessen Spannung durch die kurzgeschlossene Diode 49 auf die Ruhespannung des Akkumulators herabgesetzt ist. Bei Netzausfall oder nicht an das Netz angeschlossenem Gerät steht der Ilelaiskontakt 48 in der rechten Stellung und der Verbraucher 21 wird aus dem Akkumulator 4 gespeist.

Weiterhin sieht die Erfindung als Ladespaxmungsquelle die Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges vor, so daß die Anordnung zur Ladung bzw. Regelung der Stromversorgung der Kraftfahrzeug-Batterie dient. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Regelung nicht direkt auf den Akkumulator sondern auf den Erregerkreis der Lichtmaschine des Kraftfahrzeuges wirken zu lassen.

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Claims

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1. Gerät zum Laden Ton Akkumulatoren, bei dem gegen Ende des Ladevorganges an den Kle.*nmen eines angeschlossenen Akkumulators eine vorbestimmte Ladesehlußspasnuag bewirkt und die Abschaltung des Ladestromes hzw. die umschaltung auf eine Laäeerhaltungsspannung nach Erreichen eines vorbestimmten kleinen Ladestromwertes anter Verwendung eines Halbleiterelementes erfolgt, das in Abhängigkeit vom Ladestrom gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auf— reeliterhaltung einer konstanten Ladeschlußspesmung im Lsdestromkreis in Reihe zum aufzuladenden Akkumulator (4) ein Halbleiterelement (5) mit stetiger Kennlinie vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode über eine Zenerdiode (12 bzw. 32)

oder Diodeiireihenschaltung mit der Ladestromzuleitung verco

öbunden ist, und zur Abschaltung des Ladestromes bzw. Um-CO

^schaltung auf Ladeerhaltungsspannung bei konstanter Lade-

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Lidit, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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Schlußspannung entweder das Halbleiterelement (5) mit ste-' tiger Kennlinie in bekannter Weise in Abhängigkeit von der an einem im Ladestromkreis liegenden Widerstand (6 bzw. Ik) abfallenden Spannung in den Sperrzustand schaltbar ist oder im Ladestromkreis ein Halbleiterelement (22) mit unstetiger Kennlinie vorgesehen ist, das von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand kippt, wenn der durchfliessende Ladestrom einen vorbestimmten kleinen Wert unterschreitet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement mit stetiger Kennlinie ein Transistor (5) ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement mit unstetiger Kennlinie ein gesteuerter Halbleitergleichrichter ist.

h. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement mit unstetiger Kennlinie eine Vierschichtdiode (22) ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (6) eine von der Ladespannungsqüelle (l,2,3) galvanisch getrennte Gleichspannungsquelle (17, 18) geschaltet ist und der von der Gleichspannungsquelle durch den Widerstand entgegengesetzt zum Ladestrom fliessende Strom gleich dem Abschaltwert des Ladestromes ist.

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6. Gerät nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eine Glühlampe (14) ist, die bereits bei einem etwas über dem Abschaltwert liegenden Ladestrom verlöscht.

7. Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle aus einer Hilfswicklung (17) des netzgespeisten Transformators (l) der Ladestromquelle und einem in Reihe dazu liegenden Gleichrichter (18) besteht.

8. Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle aus einer parallel zu einem Wicklungsabschnitt (40) des netzgespeisten Transformators (l) der Ladestromquelle liegenden Gleichrichter (42) und einem parallel dazu liegenden Kondensator (44) besteht.

9· Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Widerstand (6, 14) abgegriffene Spannung an den Eingang einer bistabile!- ,Schaltung (±0, 11) bzw. (±1, 5) gelegt ist, die bei Unterschreiten der Abschaltwertes des Ladestromes kippt und den im LadeStromkreis liegenden Transistor (5) sperrt.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Schaltung aus zwei Transistoren (lO, Ii) besteht, von denen der eine (lO) bei über den Abschaltwert lie—

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genden Ladestrom durchgesteuert ist, bei Unterschreiten des Abschaltwertes jedoch gesperrt und somit der zweite Transistor (ll) durchgesteuert und der im Ladestromkreis liegende Transistor (5) gesperrt ist.

11. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte oder einen Teil der Ladespannungsquelle ein Spannungsteiler (29» 30) bzw. (30, 34) geschaltet ist, dessen Abgriff mit der Basis eines Transistors (ll) verbunden ist, dessen Emitter mit der Verbindungsieitung zwischen Widerstandselement (6) und Akkumulator (4) und dessen Kollektor mit der Basis des im Ladestromkreis liegenden Transistors (5) in Verbindung steht, und der am Widerstandselement (6) beim Abschaltwert des Ladestromes auftretende Spannungsabfall derart bemessen 1st, daß sich die Basis-Emitter-Spannung des Transistors (ll) umpolt und dieser Transistor dadurch durchgesteuert und der im Ladestromkreis liegende Transistor (5) gesperrt ist.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorstrom des Transistors (il) kleiner bemessen ist als der Abschaltwert des Ladestromes.

13. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers (29, 30) bzw. (30, 34) und der Basis des Transistors (il) eine Sperrdiode (31) angeordnet ist.

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14. Gerät nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus Ohm¹sehen Widerständen (30, 34) besteht. ·

15. Gerät nach Anspruch 11 oder 13| dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Widerstandselement (6) und dem Abgriff liegnde Teil des Spannungsteilers aus einer oder mehreren Dioden (29) besteht.

16. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Basis und Kollektor des Transistors (5)eine Zenerdiode (33) oder Diodenreihenschaitung angeordnet ist, an der nach Erreichen des Afosclialtwertes des Ladestromes die Ladespannwng liegt»

17. Gerät naeii Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, daß , zur 'Erzeugung eines durch den Widerstand¹ "(6)' fließenden Stromstosses beim Anlegen von Netzspannung ein Koηύensator (8, 35) vorgesehen ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,' daß der Kondensator (8) zwischen Emitter und Kollektor des ^!

j Transistors (5) liegt.

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19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum^Kondensator (8) ein Widerstand (l3) liegt. " ·

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20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß 'in Reihe zum Kondensator (8) eine Entladung des Akkumulators verhindernde Sperrdiode (9) geschaltet ist.

21. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (35) zwischen der Verbindungsleitung vom Widerstandselement (6) zum Akkumulator (4) und dem negativen Pol der Ladespannungsquelle (1,2,3) liegt.

22. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (35) zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors (5) liegt.

23. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pluspol des Akkumulators (h) über eine das Abschalten des Ladestromes anzeigende Lampe (15) mit dem Emitter eines Transistors (16) verbunden ist, dessen Emitter mit dem Emitter des im Ladestromkreis liegenden Transistors (5) direkt verbunden ist.

2h. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Ladestromkreis liegende Transistor (5) zur Erzeugung

eines Ladungserhaltungsstromes durch einen Widerstand überbrückt ist.

25· Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen Basis und Kollektor des Transistors (5) lie-

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gender Widerstand so niederohmig ausgeführt ist, daß bei· tiefentladenem Akkumulator (k) durch die Zenerdiode (12)

j ein Zenerstrom fliesst, der grosser ist als der Abschaltwert

;des Ladestromes.

26. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Akkumulator (h) eine zusätzliche Zenerdiode geschaltet ist, deren Zenerspannung etwas höher liegt als die der mit der Basis des Transistors (5) in Verbindung stehende Zenerdiode (12).

27. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zündung der Vierschichtdiode (22) oder des HaIbleitergleichrichters angelegte Zündspannung gegenüber der Ladespannung verzögert oder höchstens phasengleich mit der Ladespannung ist.

28. Gerät nach Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung mittels eines mechanischen Di-ucktasters anlegbar ist.

29. Gerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung, die höher ist als die Spannung der Ladespannungsquelle (l,2,3), über ein RC-Glied (25, 26) an die Vierschichtdiode (22) oder den Halbleitergleichrichter angelegt ist.

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30. Gerät nach Anspruch 29» dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Widerstandes (25) des RC-Gliedes derart bemessen ist, daß der Entladestrom des Kondensators (26) des RC-Gliedes nicht grosser ist als der Leckstrom der Vierschichtdiode (22) oder des Halbleitergleiehrichters.

31. Gerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zündspannung eine zusätzliche Wicklung des netzgespeisten Transformators (l) der Ladespannungsquelle (1,2,3) vorgesehen ist.

32. Gerät nach Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet, daß tür Erzeugung der Zündspannung ein Ohm'scher oder kapazitiver Spannungsteiler vorgesehen ist, der aus dem Netz gespeist ist.

33. Gerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zündspannung eine Spannungsverdopplerschaltung (i, 2, 3, 23» 24) vorgesehen ist, deren eine Stufe vom Gleichrichter (2) und dem Glättungskondensator (3) der Ladungsspannungsquelle (1,2,3) gebildet ist.

3k, Gerät nach Anspruch 3^» dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Absehaltstrorcwertes parallel zur Vierschichtdiode (22) oder zum Halbleitergleichrichter ein Widerstand geschaltet ist.

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35. Gerät nach Anspruch i-4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Vierschichtdiode (22) oder zum Halbleitergleichrichter eine Zenerdiode (28) oder Diodenreihenschaltunjg geschaltet ist, deren Spannungsschwellwert der Differenz zwischen der konstanten Schlußladespannung und einer gewünschten Dauerladespannung entspricht.

36. Gerät nach Anspruch 36» dadurch gekennzeichnet, daß .in Reihe zur Zenerdiode (28) ein induktiver Widerstand (27) geschaltet ist.

37· Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiederaufladung eines tiefentladenen Akkumulators (4) ein Widerstand (2i) parallel zu den Klemmen des Akkumulators für begrenzte Zeit eins dial frbar ist.

38, Gerät nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, flaß ein Relais (47, 48) vorgesäien ist, das beim Anlegen von Netzspannung an den Transformator (l) der Ladespanmangsquelle (l,2,3) anzieht und die Ladestromzuleitung zum Akkumulator (4) unterbricht, und ein zum Einschalten eines Verbrauchers (21) vorgesehener Schalter (50, 51? 52) derart ausgestaltet ist, daß beim Einschalten des Verbrauehers dieser anstelle des Akkumulators in den Ladestromkreis eingeschaltet und gleichzeitig eine oder mehrere in Reihe zur Zenerdiode (12) liegende Dioden (49) kurzgeschlossen werden.

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39. Gerät nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte des Relais (47, 48) und des Schalters (50, 51» 52) derart angeordnet sind, daß beim Ausschalten des Verbrauchers (2l) und vorhandener Netzspannung der Akkumulator (4) in den Ladestromkreis eingeschaltet ist.

40. Gerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladespannungsquelle die Licht-Maschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist.

41. Gerät nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Ladestromes auf den Erregerkreis der Lichtmaschine wirkt.

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