DE1438857B2 - Gerät zum Laden von Akkumulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Laden von Akkumulatoren mit einer Einrichtung, die gegen Ende des Ladevorganges an den Klemmen eines angeschlossenen Akkumulators eine vorbestimmte Ladeschlußspannung aufrechterhält, und mit einer Einrichtung, die bei Unterschreiten eines vorbestimmten Ladestromwertes mit Hilfe einer vom Ladestrom gesteuerten Halbleiterschaltanordnung den Ladestrom abschaltet oder auf Ladungserhaltung umschaltet.

Zur Verhinderung von Sulfatation sollte ein Akkumulator möglichst bei jeder Wiederaufladung eine 100⁰/oige Volladung erfahren. Dies wird durch ein Gerät der eingangs genannten Art gewährleistet, ohne daß der Akkumulator schädliche Wasserverluste erleidet, da gegen Ende des Ladevorganges eine vorbestimmte, d. h., unterhalb der Gasungsspannung liegende, Ladeschlußspannung aufrechterhalten wird und bei dieser Ladeschlußspannung nur mehr so lange weitergeladen wird, bis der Ladestrom einen vorgegebenen, von der Kapazität des Akkumulators abhängigen Wert unterschreitet.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1159 550 ist bereits ein Gerät für Parallelladung bekannt, in dem ein Grundgleichrichter zur spannungsgeregelten IU-Ladung mehrerer paralleler Akkumulatoren nach strombegrenzter Konstantspannungskennlinie auf eine vorbestimmte Spannung, vorzugsweise 2,4 V/Z, und ein oder mehrere Zusatzgleichrichter zur wahlweisen Volladung einer oder mehrerer der Akkumulatoren durch auf die Zwischenladung folgende Nachladung nachfallender Kennlinie bis auf vorzugsweise 2,65 V/Z vorgesehen sind. Die Zusatzgleichrichter ' liefern die Nachladespannungen als Zusatzspannungen zur Grundspannung. Zur Einleitung der Nachladung ist ein Schaltglied vorgesehen, das bei Erreichen einer vorgegebenen Ladespannung oder eines vorgegebenen Ladestromes anspricht, beim Ansprechen jedoch nicht direkt die Nachladung einschaltet, sondern eine verstellbare Verzögerungsanordnung betätigt, welche nach Ablauf der eingestellten Zeit auf Nachladung umschaltet. Zur stromabhängigen Umschaltung kann ein Relais verwendet werden, dessen Zugspule in Reihe zur Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors liegt, der bei Erreichen eines vorbestimmten niedrigen Ladestromwertes durchgesteuert wird, so daß das Relais abfällt und nach einer vorgegebenen Zeitspanne ein Schütz in Tätigkeit setzt, das auf Nachladespannung umschaltet. Zur Beendigung der Nachladung oder zur Umschaltung auf Ladungserhaltungsstrom ist ein Schalter vorgesehen, der spannungs- oder zeitabhängig schaltet. Da bei diesem bekannten Gerät mit mechanischen Kontakten ausgerüstete Schaltelemente Verwendung finden, besteht die Gefahr einer durch Materialalterung oder andere Abnutzungserscheinungen bedingten unsicheren Kontaktgabe nach längerer Betriebszeit. Weiterhin weist das bekannte Gerät einen aufwendigen Schaltungsaufbau auf, da neben dem Gleichrichter mindestens ein Zusatzgleichrichter vorgesehen ist und die Umschaltung auf Nachladung und die Beendigung der Nachladung bzw. Umschaltung auf Ladungserhaltung mittels mechanischer Schalteinrichtungcn durchgeführt wird.

Aus der britischen Patentschrift 940 7S4 ist bereits eine zum Aufladen eines Akkumulators geeignete Schaltungsanordnung bekannt, bei der der Ladestrom über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors zugeführt wird, dessen Leitfähigkeit durch einen Transistor in Verbindung mit einer Zenerdiode derart gesteuert wird, daß an den Klemmen eines aufzuladenden Akkumulators eine konstante Spannung anliegt. Um zu vermeiden, daß der mit seiner Hauptstrecke im Ladestromkreis liegende Transistor überlastet wird, wenn die Klemmenspannung absinkt und daher der Ladestrom ansteigt, ist ein weiterer Transistor vorgesehen, der in diesem Falle in Abhängigkeit vom Ladestrom den mit seiner Hauptstrecke im Ladestromkreis liegenden Transistor derart steuert, daß der Ladestrom auf einem sicheren Wert gehalten wird. Diese bekannte Schaltungsanordnung enthält zwar nur elektronische Schaltelemente, eignet sich jedoch nur für eine strombegrenzte Konstantspannungsladung, bei der eine Abschaltung bzw. Umschaltung auf Ladeerhaltungsspannung nach Erreichen eines vorbestimmten kleinen Ladestromwertes nicht erfolgt.

Aus der britischen Patentschrift 923 662 ist weiterhin bereits ein Gerät zum Laden von Akkumulatoren bekannt, bei dem der Ladestrom über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors zugeführt wird, dessen Leitfähigkeit unter Verwendung einer Zenerdiode in Abhängigkeit von der Klemmenspannung des aufzuladenden Akkumulators derart steuerbar ist, daß beim Überschreiten einer vorgegebenen Klemmenspannung der Transistor gesperrt und dadurch der Ladestrom abgeschaltet wird. Die Klemmenspannung, bei welcher der Ladestrom abgeschaltet wird, ist so gewählt, daß eine Gasung des aufzuladenden Akkumulators vermieden wird. Eine Vollladung wird mit diesem Gerät nicht gewährleistet, da das Erreichen der vorgegebenen Klemmenspannung noch nicht besagt, daß der Akkumulator vollgeladen ist, da die Klemmenspannung in weiten Grenzen auch eine Funktion der Größe des Ladestromes ist.

Es ist auch bereits ein Ladegerät bekanntgeworden (AEG-Mitteilungen, 51 [1961], S. 173), dessen Leistungsstufe aus einem Transformator und nachgeschalteten steuerbaren Gleichrichtern besteht, denen von einem mit Transistoren bestückten Steuergerät Zündimpulse zugeführt werden. Das Steuergerät enthält einen Regler für IU-Ladung, der durch Vergleich der Ist-Werte von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom mit vorgegebenen Soll-Werten die Erzeugung entsprechender Zündimpulse veranlaßt. Mit diesem Gerät wird also mit konstantem Strom bis Gasung und anschließend mit konstanter Gasungsspannung ohne Abschalten geladen, so daß in einem zur Ladung angeschlossenen Akkumulator Wasserverluste auftreten können.

Es ist auch bereits bekannt (AEG-Mitteilungen 52 [1962], S. 100 und 101), bei einem Ladegerät der vorgenannten Art den Regler für eine Ladung nach einer IUa-Kennlinie auszugestalten. Zur Abschaltung des Ladestromes ist ein Zeitwerk vorgesehen, das einen mechanischen Kontakt aufweist, an dem im Laufe der Zeit die Betriebssicherheit ungünstig beeinflussende Abriutzungserscheinungen auftreten.

Schließlich ist aus der deutschen Auslcgeschrift 1117 702 eine Schaltungsanordnung zur schnellen Wiederaufladung von Kraftfahrzeugakkumulatoren bekannt, bei der als Ladestromquelle eine nebenschlußerregte, unter stark wechselnden Drehzahlen angetriebene Lichtmaschine verwendet wird. Die Ausgangsspannung der Lichtmaschine wird dabei bis

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zu einem festgelegten Höchstwert des Licht- regelung auch die Abschaltung am Ende des Lade-

maschinenlaststromes wenigstens annähernd kon- Vorganges ausführt.

stant gehalten, oberhalb dieses Höchstwertes jedoch Von einem Netztransformator 1 wird über einen

durch eine Strombegrenzungseinrichtung mit Hilfe Gleichrichter 2 und einen Glättungskondensator 3

eines mit der Erregerwicklung in Reihe geschalteten 5 der Reihenschaltung aus Akkumulator 4 und Kollek-

Leistungstransistors stark herabgesetzt. Da jedoch tor-Emitterstrecke eines Transistors 5 ein Gleich-

bei dieser bekannten Anordnung keine Einrichtung strom zugeführt.

zur Abschaltung des Ladestromes bei Unterschreiten Weiterhin liegen im Ladestromkreis je ein Widereines vorbestimmten Ladestromwertes vorgesehen stand 6 und 7. Parallel zur Kollektor-Emitterstrecke ist, besteht bei lang andauerndem Betrieb der Licht- io des Transistors 5 liegt zur Starthilfe ein Kondensamaschine die Gefahr der Überladung des Akkumula- tor 8, im gezeichneten Fall noch in Reihe mit einer tors. Sperrdiode 9, der für einen ersten Stromstoß bei

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Anlegen der Netzspannung im Ladestromkreis sorgt.

Gerät der eingangs genannten Art eine möglichst ein- Durch den Spannungsabfall am Widerstand 6 ist ein

fache Schaltung zu schaffen, in der ausschließlich 15 Transistor 10 durchgesteuert und die Basis eines

elektronische Schaltelemente verwendet werden. Transistors 11 positiv gegenüber seinem Emitter, der

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gerät der Transistor 11 also gesperrt. Da die Klemmspannung eingangs genannten Art, das erfindungsgemäß da- des Akkumulators 4 zu Beginn des Ladevorganges durch gekennzeichnet ist, daß die Einrichtung zur noch unter dem Zenerspannungswert einer Zener-Aufrechterhaltung einer konstanten Ladeschlußspan- 20 diode 12 liegt, fließt noch kein Zenerstrom, und sonung einen steuerbaren Halbleiter mit stetiger IR- mit ist der Längstransistor 5 durchgesteuert, so daß Kennlinie enthält, dessen Hauptstrecke mit dem der Akkumulator 4 geladen wird.
Akkumulator in Reihe liegt und dessen Steuerstrecke Mit während der Ladung steigender Klemmspanüber eine Zenerdiode oder eine Dioden-Reihen- nung am Akkumulator 4 beginnt ein Zenerstrom zu schaltung an der Akkumulatorspannung liegt, und 25 fließen, der den Transistor 5 langsam in einen immer daß die Einrichtung zum Abschalten des Lade- hochohmigeren Zustand bringt und somit die Spanstromes bzw. zur Umschaltung auf Ladungserhaltung nung am Akkumulator 4 auf die Spannung der Zenereine Halbleiterschaltanordnung mit unstetiger I/R- diode 12 begrenzt, die in der Nähe des Gasungs-Kennlinie enthält, die im Ladestrcmkreis liegt und spannungswertes des Akkumulators liegt. Unter die bei Unterschreiten des vorgegebenen Ladestrom- 30 dieser jetzt konstanten Ladespannung vermindert wertes in ihren hochohmigen Zustand kippt. sich beim Erreichen der Volladung der Ladestrom,

Da beim Gerät nach der Erfindung keinerlei so daß auch der Spannungsabfall am Widerstand 6

mechanische Kontakte oder andere bei längerer Be- und damit die Steuerspannung für den Transistor 10

triebszeit Abnutzungserscheinungen zeigende beweg- immer kleiner wird.

liehe Teile vorgesehen sind, ergibt sich eine hohe 35 Unterschreitet diese Steuerspannung den zur AufBetriebssicherheit, zu der auch der einfache Aufbau rechterhaltung des durchgesteuerten Zustandes des beiträgt. Transistors 10 notwendigen Mindestwert, dann kippt

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung enthält der Transistor 10 in den gesperrten Zustand. In diedie Halbleiterschaltanordnung mit unstetiger Kenn- sem Augenblick wird aber die Basis des Transistors linie eine Kippschaltung, die in Abhängigkeit vom 40 11 gegenüber ihrem Emitter negativ. Der Transistor Spannungsabfall an einem im Ladestromkreis liegen- 11 öffnet und sperrt somit spontan den Längstranden Widerstand gesteuert ist und die bei Unter- sistor 5, womit der Ladestrom abgeschaltet ist. schreiten des vorgegebenen Ladestromwertes kippt Dieser Schaltungszustand ist stabil, auch wenn an- und dabei den steuerbaren Halbleiter in den Sperr- schließend die Klemmenspannung des Akkumulators zustand steuert. Bei dieser Ausgestaltung wird also 45 bis auf den Ruhewert absinkt. Voraussetzung hierdie Halbleiterschaltanordnung mit stetiger Kennlinie für ist, daß der Arbeitsstrom des Transistors 11 sowohl zur Aufrechterhaltung der vorbestimmten kleiner ist als der Abschaltwert des Ladestromes, Ladeschlußspannung als auch zur Abschaltung des daß also der am Widerstand 6 gebildete Spannungs-Ladestromes herangezogen, wodurch ein besonders abfall unter dem zur Aussteuerung des Transistors einfacher Aufbau gewährleistet wird. 50 10 notwendigen Wert liegt. Mit der Größe des Wider-

Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung Standes 6 bestimmt sich also die Größe des Abschalt-

der Erfindung wird als Halbleiterschaltanordnung wertes des Ladestromes.

mit unstetiger Kennlinie eine Vierschichtdiode ver- Ein Widerstand 13 parallel zum Starthilfe-Konwendet. Eine Vierschichtdiode hat die Eigenschaft, densator 8 dient zur Entladung des Kondensators 8, daß sie selbsttätig in ihren hochohmigen Zustand 55 um bei erneutem Zuführen der Netzspannung den kippt, falls der durch sie hindurchfließende Strom Ladevorgang wieder anlaufen zu lassen. Bei fehleneinen bestimmten Mindestwert unterschreitet. An sich der Netzspannung würde sich dann aber ein kleiner ist es bekannt (Elektronische Rundschau, Nr. 2/1959, Entladestrom für den Akkumulator ergeben, welcher S. 54), Vierschichtdioden wegen ihrer kurzen Schalt- durch die Sperrdiode 9 verhindert wird. Erfindungszeit als Relais einzusetzen. 60 gemäß kann aber auch der Transistor 5 in seiner

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in Kollektor-Emitterstrecke durch einen Widerstand

Unteransprüchen beansprucht. überbrückt werden, so daß nach Abschaltung noch

Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeich- ein kleiner Ladungserhaltungsstrom fließt,

nungcn erläutert, von denen die Fig. 1 bis 11 ver- In der Fig. 2 ist die Schaltung nach der Fig. 1 in

schiedene Ausi'ührungsformen der Erfindung zeigen. 65 einigen Punkten variiert. Der Widerstand 6 ist in

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschreibt diesem Fall durch eine Anzeigelampe 14 ersetzt, die

den Fall der Verwendung eines Transistors im Lade- bis zum Einsetzen der starken Stromregelung bei

Stromkreis, der neben der Strom- und Spannungs- Flußbeginn des Zencrstromes leuchtet. Bis zu

diesem Zeitpunkt sind etwa 90% der Nennkapazität des Akkumulators wieder erreicht. Um auch eine Anzeige der Ladung gegen Ende des Ladevorganges bei sehr kleinem Ladestrom zu ermöglichen, sieht die Erfindung gemäß der F i g. 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 bzw. dem Kollektor des Längstransistors 5 verbunden sind. Somit wird der Lampenstrom erst unterbrochen, wenn der Transistor 5 in den hochohmigen Zustand im Abschaltmoment umgeschaltet wird.

Ein noch genaueres Umkippen der bistabilen Transistorschaltung wird in dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 2 dadurch erreicht, daß an den Widerstand 6 bzw. die Anzeigelampe 14 gegenpolig zum Ladestrom eine Hilfsspannung angelegt wird, die aus einer zweiten Transformatorsekundärwicklung 17 und einem Gleichrichter 18 stammt. Bei geeigneter Dimensionierung dieser Spannung mit Hilfe des V/iderstandes 19 polt sich die am Widerstand 6 bzw. an der Lampe 14 stehende Spannung bei Erreichen des Abschaltstromwertes um, wodurch der Kippzeitpunkt der bistabilen Kippstufe noch eindeutiger definiert ist.

Wenn der an diese Ladeeinrichtung angeschlossene Akkumulator durch vorhergehende Tiefentladung einen sehr hohen Innenwiderstand bekommen hat, kann eventuell im Einschaltmoment nur ein sehr kleiner Ladestrom fließen, der unterhalb des Abschaltstromes liegt. Um den notwendigen Anfangsstrom zu ziehen, ist deshalb ein Schalter 20 vorgesehen, mit dessen Hilfe ein Lastwiderstand 21 oder der normale Verbraucher so lange an den Akkumulator angeschlossen wird, bis sich dieser bei der an ihm liegenden Ladespannung erholt hat und sein Innenwiderstand auf normale Werte abgesunken ist.

In der F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der kontaktlosen Ladeeinrichtung beschrieben, das als den Ladestrom schaltendes Element einen Halbleiter (22) mit unstetiger Kennlinie benutzt, im gezeichneten Fall eine Vierschichtdiode vom Typ pnpn. Die strombegrenzte Konstantspannungs-Ladung erfolgt wie in den vorgenannten Beispielen durch einen mit der Zenerdiode 12 gesteuerten Längstransistor 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 Vierschichtdiode 22, der zur ersten Zündung über eine .RC-Kombination 25, 26 ein Zündimpuls höherer Spannung verzögert zugeführt wird. Die höhere Spannung wird aus einer Verdopplerschaltung mit einer Diode 23 und einem Kondensator 24 gewonnen, die mit dem Gleichrichter 2 und dem 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 Vierschichtdiode 22 im ungezündcten Zustand sehr hochohmig ist, liegt im ersten Augenblick die hohe Gleichspannung ganz an der Vierschichtdiode. Dadurch wird sie vom hochohmigen Zustand durch Zündung in den nicderolimigcn Zustand übergeführt, und es Hießt 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 Transistor 5 eine starke Verminderung des Ladestromes bis auf den vorgesehenen Abschaltwert. Das ist der für die Aufrechterhaltung des niederohmigen Zustandes der Vierschichtdiode mindest notwendige Haltestrom. Bei Unterschreiten dieses Stromwertes, zu dem eine Spannung gleich dem Zenerspannungswert gehört, kippt die Vierschichtdiode selbsttätig in den hochohmigen Zustand und schaltet, bis auf einen sehr kleinen Leckstrom, den Ladestrom ab. Dieser Schaltungszustand ist stabil, solange der Zündkondensator 26 seine Ladung behält. Das ist vorerst der Fall, da der Entladewiderstand 25 so bemessen ist, daß der durch ihn fließende Entladestrom durch den Leckstrom der Vierschichtdiode kompensiert wird.

Erst nach einer Unterbrechung der Netzspannung verliert der Zündkondensator seine Ladung. Die Vierschichtdiode kann dann durch erneutes Einschalten der Netzspannung wieder gezündet werden, womit dann der Ladevorgang erneut anläuft.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht an Stelle der Vierschichtdiode 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 nach der F i g. 3 liegt am Akkumulator gegen Ende des Ladevorganges eine Ladespannung, die gegeben ist aus dem Zenerspannungswert der Zenerdiode 12 abzüglich dem Spannungsabfall in Flußrichtung der Vierschichtdiode 22 bzw. des an ihrer Stelle befindlichen gesteuerten Gleichrichters. Da der Spannungsabfall an diesen Halbleiterelementen mit unstetiger Kennlinie von Typ zu Typ und auch in Abhängigkeit vom fließenden Strom unterschiedlich ist, kann dieses Halbleiterelement auch an anderer entsprechender Stelle des Ladestromkreises angeordnet werden, so daß es von der Zenerdiode 12 nicht überbrückt wird. Für solche Fälle entspricht dann der Zenerspannungswert direkt dem Ladeschlußspannungswert des Akkumulators.

In F i g. 4 ist teilweise ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes mit einer Vierschichtdiode 22 gezeigt, das nach Abschaltung auf eine Konstantspannung für den Akkumulator umschaltet, die für diesen dauernd verträglich ist. Der nicht gezeichnete Teil der F i g. 4 entspricht der Fig. 3. Nach Löschung der Vierschichtdiode 22 wird die Zenerdiode 28 in Verbindung mit einem induktiven Widerstand 27 wirksam, deren Spannungs-Schwellwert der Differenz zwischen der Konstantspannung des Ladegerätes und der zur Dauerladung vorgesehenen niedrigeren Konstantspannung entspricht. Der induktive Widerstand 27 ist notwendig, um eine Zündung der Vierschichtdiode zu ermöglichen. Bei Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters mit getrennter Zündelektrode kann dieser induktive Widerstand entfallen.

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

teiler geschaltet, der in der F i g. 5 aus zwei in Reihe geschalteten Gleichrichterdioden 29 und einem Widerstand 30 besteht. An Stelle der zwei Dioden 29 kann auch eine Diode mit höherer Schleusenspannung benutzt werden. Der Mittelabgriff des Spannungsteilers ist über eine Sperrdiode 31 mit der Basis des ersten Transistors 11 der bistabilen Transistorschaltung verbunden, dessen Emitter zwischen dem Pluspol des Akkumulators und dem Reihenwiderstand 6 liegt. Mit gegen Ende des Ladevorganges kleiner werdendem Ladestrom polt sich die Steuerspannung zwischen Basis und Emitter des ersten Transistors um, so daß er im Abschaltmoment in einen leitenden Zustand kommt und damit den Transistor 5 sperrt, der vorher die Ladestromregelung durchgeführt hatte.

Auch hier liegt nach dem Abschalten eine Konstantspannung an dem Akkumulator, deren Wert für ihn dauernd zuträglich ist. Das wird erreicht durch die Aufteilung der ursprünglichen Zenerdiode 12 in zwei Zenerdioden oder Gruppen von Dioden 32 und 33, von denen ein entsprechender Teil durch die bistabile Transistorschaltung nach der Abschaltung des Ladestromes überbrückt wird.

In der F i g. 6 überbrückt der Spannungsteiler nicht mehr die gesamte Ladespannung, sondern mittels eines Abgriffes an der Sekundärwicklung des Transformators nur noch eine Teilspannung. Außerdem ist die Diode 29 durch einen Widerstand 34 ersetzt, dessen Spannungsabfall allerdings den Nachteil der Abhängigkeit von der Netzspannung aufweist. Außerdem ist in der F i g. 6 die Starthilfe-Kombination (8, 13 nach der F i g. 1) ersetzt durch einen einfachen Kondensator 35 zwischen der Basis des Transistors 5 und dem Minuspol der Ladespannungsquelle.

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

In der F i g. 7 wird das Umpolen der Steuerspannung für die bistabile Transistorschaltung auf ähnlichem Wege wie in der F i g. 5 erreicht. Die Hilfsspannung wird hier aus einem Sekundärwicklungsabschnitt 40 des Netztransformators 1 über einen Widerstand 41 und einen stabilisierenden Gleichrichter 42 nebst Ladekondensator 44 erzeugt, die über einen Widerstand 45 im Reihenwiderstand 6 einen zum Ladestrom in entgegengesetzter Richtung fließenden Strom bewirkt. Auch hier kippt der Transistor 11 der bistabilen Transistorschaltung bei Unterschreiten eines vorgegebenen Ladestromwertes, der durch die Größe des Reihenwiderstandes 6 gegeben ist, in den leitenden Zustand und sperrt den Längstransistor 5. Im Gegensatz zu der F i g. 6 kann der Starthilfe-Kondensator 35 auch zwischen dem Pluspol des Akkumulators 4 und dem Kollektor des Längstransistors 5 angeordnet werden.

Um auch die Wiederaufladung eines anfangs tiefentladenen hochohmigen Akkumulators zu ermöglichen, ist in der F i g. 7 parallel zu den Klemmen des Akkumulators eine Zenerdiode 46 vorgesehen, deren Zcncrspannungswert etwas über dem Zenerspannungswcrt der die Ladespannung begrenzenden Zenerdiode 12 liegt. Somit wird bei tiofentladenem Akkumulator an Stelle 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 Ladestromes. Nachdem sich der Akkumulator erholt hat, wird die Zenerdiode 46 auf Grund ihres höheren Zenerspannungswertes wieder unwirksam.

Es ist auch möglich, den Basiswiderstand des Transistors 5 so klein zu halten, daß bei hochohmigem Akkumulator zu Beginn des Ladevorganges

ίο über ihn und die Zenerdiode 12 ein Strom fließt, der oberhalb des Abschaltwertes liegt.

Der Widerstand 13 kann der Starthilfe-Kombination in der F i g. 1 oder der F i g. 5 sehr hochohmig gewählt werden, wenn eine Wiedereinschaltung des Ladegerätes erst nach erheblichem Absinken der Klemmspannung des Akkumulators erfolgen soll. Ein etwas kleinerer Widerstand bewirkt eine automatische Wiedereinschaltung des Ladestromes schon nach geringem Absinken der Klemmspannung.

In der F i g. 8 ist die kontaktlose vollautomatische Ladeeinrichtung kombiniert mit einem Netzgerät und einem Verbraucher 21, der in einem Ein-Aus-Schalter Schaltkontakte 50, 51 und 52 beinhaltet. Bei Anlegen der Netzspannung zieht ein Relais 47 an und schließt den einen von zwei Kontaktsätzen 48 (linke Hälfte der Kontaktsätze 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 50 und 51 geschlosesn und der Kontakt 52 offen. Der Verbraucher 21 wird also aus dem Netzteil gespeist, dessen Spannung durch eine nunmehr kurzgeschlossene Diode 49 auf die Ruhespannung des Akkumulators herabgesetzt ist. Bei Netzausfall oder nicht an das Netz angeschlossenem Gerät ist der andere Kontaktsatz geschlossen (rechte Hälfte der Kontaktsätze 48), und der Verbraucher 21 wird aus dem Akkumulator 4 gespeist.

Weiterhin kann als Ladungsquelle die Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehen sein, so daß die Anordnung zur Ladung, bzw. Regelung der Stomversorgung, der Kraftfahrzeug-Batterie dient. Es ist auch möglich, die Regelung nicht direkt auf den Akkumulator, sondern auf den Erregerkreis der Lichtmaschine des Kraftfahrzeuges wirken zu lassen.

Claims (42)

Patentansprüche:

1. Gerät zum Laden von Akkumulatoren mit einer Einrichtung, die gegen Ende des Ladevorganges an den Klemmen eines angeschlossenen Akkumulators eine vorbestimmte Ladeschlußspannung aufrechterhält und mit einer Einrichtung, die bei Unterschreiten eines vorbestimmten Ladestromwertes mit Hilfe einer vom Ladestrom gesteuerten Halbleiterschaltanordnung den Ladestrom abschaltet oder auf Ladungserhaltung umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufrechterhalten einer konstanten Ladeschlußspannung einen steuerbaren Halbleiter (5) mit stetiger I/R-Kennlinie enthält, dessen Hauptstrecke mit dem Akkumulator (4) in Reihe liegt und dessen Steuerstrecke über eine Zenerdiode (12 bzw. 32) oder eine Diodenreihenschaltung an der Akkumulatorspannung liegt,

und daß die Einrichtung zum Abschalten des Ladestromes bzw. zur Umschaltung auf Ladungserhaltung eine Halbleiterschaltanordnung mit unstetiger I/R-Kennlinie enthält, die im Ladestromkreis liegt und die bei Unterschreiten des vorgegebenen Ladestromwertes in ihren hochohmigen Zustand kippt.

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

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltanordnung mit unstetiger I/R-Kennlinie eine Kippschaltung (10,11 bzw. 11, 5) enthält, die in Abhängigkeit vom Spannungsabfall an einem im Ladestromkreis liegenden Widerstand (6 bzw. 14) gesteuert ist und die bei Unterschreiten des vorgegebenen Ladestromwertes kippt und dabei den steuerbaren Halbleiter (5) in den Sperrzustand steuert.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltanordnung mit unstetiger Kennlinie ein gesteuerter Halbleitergleichrichter ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltanordnung mit unstetiger Kennlinie eine Vierschichtdiode (22) ist.

6. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (6) eine von der Ladespannungsquelle (1, 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.

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

8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle aus einer Hilfswicklung (17) des netzgespeicherten Transformators (1) der Ladestromquelle und einem in Reihe dazu liegenden Gleichrichter (18) besteht.

9. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle aus einer parallel zu einem Wicklungsabschnitt (40) des netzgespeisten Transformators (1) der Ladestromquelle liegenden Gleichrichter (42) und einem parallel dazu liegenden Kondensator (44) besteht.

10. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippschaltung aus zwei Transistoren (10,11) besteht, von denen der eine (10) bei über dem Abschaltwert liegendem Ladestrom durchgesteuert ist, bei Unterschreiten des Abschaltwertes jedoch gesperrt und somit der zweite Transistor (11) durchgesteuert und der im Ladestromkreis liegende Transistor (5) gesperrt ist.

11. Gerät nach Anspruch 3, 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 (11) verbunden ist, dessen Emitter mit der Verbindungsleitung zwisehen 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 ist, daß sich die Basis-Emitter-Spannung des Transistors (11) 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 (11) 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 (11) eine Sperrdiode (31) angeordnet ist.

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

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

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

17. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines durch den Widerstand (6) fließenden Stromstoßes beim Anlegen von Netzspannung ein Kondensator (8, 35) vorgesehen ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (8) zwischen Emitter und Kollektor des Transistors (5) liegt.

19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (8) ein Widerstand (13) liegt.

20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zum Kondensator (8) eine eine Entladung des Akkumulators (4) 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 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pluspol des Akkumulators (4) 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.

24. 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) liegender Widerstand so

niederohmig ausgeführt ist, daß bei tiefentladenem Akkumulator (4) durch die Zenerdiode (12) eine Zenerstrom fließt, der größer ist als der Abschaltwert des Ladestromes.

26. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Akkumulator (4) eine zusätzliche Zenerdiode (46) geschaltet ist, deren Zenerspannung etwas höher liegt als die der mit der Basis des Transistors (5) in Verbindung stehenden Zenerdiode (12).

27. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zündung der Vierschichtdiode (22) oder des Halbleitergleichrichters 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 Drucktasters anlegbar ist.

29. Gerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung, die höher ist als die Spannung der Ladespannungsquelle (1, 2, 3). über ein i?C-Glied (25, 26) an die Vierschichtdiode (22) oder den Halbleitergleichrichter angelegt ist.

30. Gerät nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Widerstandes (25) des i?C-Gliedes derart bemessen ist, daß der Entladestrom des Kondensators (26) des i?C-Gliedes nicht größer ist als der Leckstrom der Vierschichtdiode (22) oder des Halbleitergleichrichters.

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

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

34. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Abschaltstromwertes parallel zur Reihenschaltung aus Akkumulator (4) und Transistor (5) ein Widerstand geschaltet ist.

35. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Abschaltstromwertes parallel zur Vierschichtdiode (22) oder zum Halbleitergleichrichter ein Widerstand geschaltet ist.

36. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Vierschichtdiode (22) oder zum Halbleitergleichrichter eine Zenerdiode (28) oder Diodenreihenschaltung geschaltet ist, deren Spannungsschwellwert der Differenz zwischen der konstanten Schlußladespannung und einer gewünschten Dauerladespannung entspricht.

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

38. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiederaufladung eines tief entladenen Akkumulators (4) ein Widerstand (21) parallel zu den Klemmen des Akkumulators für begrenzte Zeit einschaltbar ist.

39. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais (47, 48) vorgesehen ist, das beim Anlegen von Netzspannung an den Transformator (1) der Ladespannungsquelle (1, 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 Verbrauchers dieser an Stelle des Akkumulators in den Ladestromkreis eingeschaltet und gleichzeitig eine oder mehrere in Reihe zur Zenerdiode (12) liegende Dioden (49) kurzgeschlossen werden.

40. 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 (21) und vorhandener Netzspannung der Akkumulator (4) in den Ladestromkreis eingeschaltet ist.

41. Gerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladungsspannungsquelle die Lichtmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen