DE1463333B2

DE1463333B2 - Charging circuit for electrical energy storage

Info

Publication number: DE1463333B2
Application number: DE19631463333
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 1000 Berlin Eisler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-10-09
Filing date: 1963-10-09
Publication date: 1970-06-11
Also published as: DE1463333A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Ladeschaltungen für elektrische Energiespeicher, wie beispielsweise gasdichte Kleinzellen. Im Ladekreis dieser Energiespeicher liegt ein Transistor, dessen Basis an einen Punkt eines parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke geschalteten Spannungsteilers angeschlossen ist. Außerdem weist die Schaltung einen die Ladespannung begrenzenden spannungsabhängigen Widerstand, z. B. eine Zenerdiode, auf.The invention relates to charging circuits for electrical energy storage, such as gastight small cells. In the charging circuit of this energy store there is a transistor whose base is connected to a Point of a voltage divider connected in parallel to the collector-emitter path is connected. In addition, the circuit has a voltage-dependent resistor that limits the charging voltage, z. B. a Zener diode.

Bei einer solchen bekannten Anordnung (französische Patentschrift 1 307 611) ist der Transistor als Stellwiderstand benutzt. Die Teilwiderstände des parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors geschalteten Spannungsteilers sind bei dieser bekannten Anordnung nicht aufeinander abgestimmt, so daß die Spannung am aufzuladenden Energiespeicher zwischen Emitter und Basis des Transistors nicht konstant bleibt, da sie von der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors abhängig ist. Durch diese bekannte Schaltung kann lediglich der Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke gesteuert werden, und zwar dadurch, daß von Hand der Abgriff des einstellbaren Teilwiderstandes verstellt wird.In such a known arrangement (French patent 1 307 611) the transistor is as Variable resistor used. The partial resistances of the parallel to the collector-emitter path of the transistor switched voltage divider are not coordinated in this known arrangement, so that the voltage at the energy store to be charged between the emitter and base of the transistor does not remain constant because it depends on the collector-emitter voltage of the transistor. By this known circuit can only control the current via the collector-emitter path, in that the tap of the adjustable partial resistance is adjusted by hand.

Das Problem bei der Wiederaufladung von Energiespeichern, insbesondere von solchen, die als gasdichte Kleinzellen ausgebildet sind, besteht darin, dieselben mit maximal zulässiger Stromstärke so schnell wie möglich wieder aufzuladen und den Ladestrom möglichst während des gesamten Ladevorganges konstant zu halten. Aufgabe der Erfindung ist es, hierzu eine einfache, zuverlässige Schaltungsanordnung zu finden. Diese Aufgabe wird für eine Ladeschaltung der eingangs beschriebenen Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler einen bezüglich seines Strom-Spannungs-Verhaltens nichtlinearen Widerstand aufweist und daß die Teilwiderstände des Spannungsteilers so aufeinander abgestimmt sind, daß unabhängig von der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors die Spannung an einem zwischen Emitter und Basis des Transistors liegenden Widerstand während des Ladevorganges annähernd konstant bleibt. Es wird durch die Erfindung erreicht, daß über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors ein ständig konstanter Ladestrom fließt und die Batterie somit gleichmäßig und schnell mit maximaler Stromstärke aufgeladen wird.The problem with recharging energy storage devices, especially those that are gas-tight Small cells are formed is the same with maximum allowable current as fast as possible to recharge and the charging current as constant as possible during the entire charging process to keep. The object of the invention is to find a simple, reliable circuit arrangement for this purpose. This object is thereby achieved for a charging circuit of the type described at the outset by the invention solved that the voltage divider is non-linear with respect to its current-voltage behavior Has resistance and that the partial resistances of the voltage divider are matched to one another, that regardless of the collector-emitter voltage of the transistor, the voltage at a between Emitter and base of the transistor lying resistance almost constant during the charging process remain. It is achieved by the invention that via the collector-emitter path of the transistor a constantly constant charging current flows and the battery thus flows evenly and quickly at maximum Amperage is charged.

An Hand der in den beiden F i g. 1 und 2 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben und erläutert.On the basis of the in the two F i g. 1 and 2 of the drawing illustrated embodiments, the invention is described and explained in more detail below.

Mit 1 ist ein Transistor bezeichnet, der in seiner Wirkung als steuerbarer Vorschaltwiderstand im Ladekreis einer Batterie 5 liegt. Die Basis des Transistors 1 liegt an der Anode einer Zenerdiode 4 sowie an einem Punkt 6 eines Spannungsteilers, der aus den Teilwiderständen 2 und 3 aufgebaut ist, die parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1 geschaltet sind. Der Widerstand 3, der im Emitter-Basis-Kreis liegt, ist ein spannungsabhängiger Widerstand, beispielsweise ein Varistor, dessen Widerstandswert mit zunehmender Spannung kleiner wird. Der Widerstand 2, der im Kollektor-Basis-Kreis liegt, ist ein linearer Festwiderstand, der auf bestimmte Widerstandswerte einstellbar sein kann. Die Batterie 5 liegt zwischen den Ausgangsklemmen 11 und 12, an die ein Verbraucher anschließbar ist, so daß die Batterie 5 in einer sogenannten Pufferschaltung zwischen der erfindungsgemäßen Ladeschaltung und einem nicht näher bezeichneten Verbraucher geschaltet ist.1 with a transistor is referred to, which in its effect as a controllable series resistor in Charge circuit of a battery 5 is located. The base of the transistor 1 is connected to the anode of a Zener diode 4 as well at a point 6 of a voltage divider, which is composed of the partial resistors 2 and 3, the parallel to the collector-emitter path of the transistor 1 are connected. The resistor 3, which is in the emitter-base circle is a voltage-dependent resistor, for example a varistor, its resistance value becomes smaller with increasing voltage. The resistor 2, which is in the collector-base circle, is a linear fixed resistance that can be set to specific resistance values. The battery 5 is between the output terminals 11 and 12, to which a consumer can be connected, so that the battery 5 in a so-called buffer circuit between the charging circuit according to the invention and a not specified consumer is switched.

Ist die Batterie 5 entladen und wird an die Eingangsklemmen 9 und 10 eine Ladespannung gelegt, die eine nicht stabilisierte geglättete Gleichspannung sein kann, so fließt ein Batterieladestrom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 1. Dabei ist die Stromdurchlässigkeit des Transistors 1 von der Basis-Emitter-Spannung bzw. dem Basisstrom abhängig, die wiederum durch das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 2 und 3 und die an 13 und 14 liegende Kollektor-Emitter-Spannung bestimmt ist.If the battery 5 is discharged and a charging voltage is applied to the input terminals 9 and 10, which can be a non-stabilized smoothed DC voltage, a battery charging current flows through the The collector-emitter path of the transistor 1. The current permeability of the transistor 1 depends on the Base-emitter voltage or the base current, which in turn depends on the voltage divider ratio of resistors 2 and 3 and the collector-emitter voltage across 13 and 14 is determined is.

Der Spannungsteiler 2, 3 liegt an den Punkten 13 und 14, also an der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 1. Wie am Beispiel eines noch zu beschreibenden Ladevorganges aufgezeigt wird, nimmt die Kollektor-Emitter-Spannung im Maße der ansteigenden Batteriespannung ab. Der Spannungsteiler ist nun derart wirksam, daß unabhängig davon das Potential an den Punkten 6 und 13 des spannungsabhängigen Widerstandes 3 nahezu konstant bleibt. Eine derartige an sich bekannte Spannungsstabilisierungsschaltung (VDR-Ocelit-Varistoren, C. Conradty, Nürnberg, Finnenschrift 2.60.3.5 SV S. 29, 30) wird entsprechend der Erfindung dazu verwendet, während des Ladevorganges eine annähernd konstante Basis-Emitter-Spannung bzw. einen annähernd konstanten Basisstrom zu erhalten, wodurch ein im wesentlichen konstanter Ladestrom gewährleistet ist.The voltage divider 2, 3 is at points 13 and 14, i.e. at the collector-emitter voltage of the Transistor 1. As shown by the example of a charging process to be described, takes the collector-emitter voltage decreases in proportion to the increasing battery voltage. The voltage divider is now so effective that regardless of the potential at points 6 and 13 of the voltage-dependent Resistance 3 remains almost constant. Such a voltage stabilizing circuit known per se (VDR-Ocelit-Varistors, C. Conradty, Nürnberg, Finnenschrift 2.60.3.5 SV p. 29, 30) is used according to the invention to provide an approximately constant during the charging process To obtain base-emitter voltage or an approximately constant base current, whereby an im essential constant charging current is guaranteed.

Nach der Erklärung der Wirkungsweise des Spannungsteilers ist nunmehr auch die Wirkungsweise der Ladeschaltung verständlich. Nach Maßgabe des Ladezustandes der Batterie 5 bewirkt der annähernd konstante Ladestrom entsprechend der annähernd konstant gehaltenen Basis-Emitter-Spannung ein Ansteigen der Spannung an den Klemmen der Batterie 5. Im gleichen Maße mit dem Ansteigen der Batteriespannung nimmt die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 1 ab. Die Durchbruchspannung der Zenerdiode ist nun so gewählt, daß sie gleich der Ladeschlußspannung der Batterie ist. Die Batteriespannung kann daher nicht größer werden als die Zenerdurchbruchsspannung. Anders ausgedrückt, die an der Zenerdiode liegende Spannung, zusammengesetzt aus Batteriespannung und Basis-Emitter-Spannung des Transistors 1, kann die Zenerdurchbruchsspannung nicht übersteigen. Steigt die Batteriespannung bei der Ladung rasch auf ihren Endwert, so wird die Basis-Emitter-Spannung in gleicherweise rasch kleiner und schließlich annähernd Null, wenn die Batteriespannung auf den Wert der Zenerdurchbruchsspannung angewachsen ist. Das heißt, in der gleichen Weise, wie die Basis-Emitter-Spannung auf ihren Kleinstwert zuläuft, wird die Stromdurchlässigkeit des Transistors gedrosselt. Da von der Batterie über die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 1 ein geringer Selbstentladestrom fließt, wird der Transistor jedoch nicht voll zugesteuert, sondern die Basis-Emitter-Spannung wird sich auf einen Wert einstellen, der mit der Batteriespannung addiert einen Wert ergibt, der gleich der entsprechenden Zenerspannung ist und bewirkt, daß ein kleiner Restladestrom über die Kollektor-Emitter-Strecke fließen kann. Ist an der Batterie ein Verbraucher angeschlossen, so wird entsprechend der Ladestrom auf einen Restladestrom geregelt, der der Summe aus dem Selbstentladestrom für die Batterie und dem für den Verbraucher benötigten Arbeitsstrom entspricht.After the explanation of the operation of the voltage divider is now also the operation the charging circuit understandable. Depending on the state of charge of the battery 5, the approximately constant charging current corresponding to the base-emitter voltage, which is kept approximately constant, an increase the voltage at the terminals of the battery 5. As the battery voltage increases the collector-emitter voltage of transistor 1 decreases. The breakdown voltage of the Zener diode is now chosen so that it is equal to the end-of-charge voltage of the battery. The battery voltage therefore cannot become larger than the Zener breakdown voltage. In other words, the The voltage across the Zener diode, made up of the battery voltage and the base-emitter voltage of transistor 1, cannot exceed the Zener breakdown voltage. The battery voltage increases when charging rapidly to its final value, the base-emitter voltage is similarly rapidly decreases and finally approaches zero when the battery voltage reaches the value of the Zener breakdown voltage has grown. That is, in the same way as the base-emitter voltage The current permeability of the transistor is reduced. Because from the battery If a low self-discharge current flows through the emitter-base path of the transistor 1, the transistor however not fully closed, but the base-emitter voltage will adjust to a value, which, when added to the battery voltage, results in a value that is equal to the corresponding Zener voltage and causes a small residual charge current to flow through the collector-emitter path. Is at the If a consumer is connected to the battery, the charging current is converted to a residual charging current regulated, the sum of the self-discharge current for the battery and that required for the consumer Working current corresponds.

Ist also die Spannung an der Batterie 5 kleiner alsSo if the voltage across the battery 5 is less than

die Spannung an der Zenerdiode 4, so wird die Batterie aufgeladen, wobei die Ladeschaltung eine stromstabilisierende Wirkung hat. Nähert sich die Spannung der Batterie stark der Zenerdurchbruchsspannung, so hat die Ladeschaltung nunmehr eine spannungsbegrenzende Wirkung. Steigt die Spannung an den Klemmen der Batterie auf Grund von Netzschwankungen oder durch plötzliches Abwerfen des Verbrauchers über einen Wert der Batteriespannung im Ladezustand, so fließt der momentan erhöhte Strom über den Widerstand 3 und die Zenerdiode 4 ab, da die Zenerdiode oberhalb ihrer Zenerdurchbruchsspannung bekanntlich einen sehr kleinen Innenwiderstand besitzt. In einem solchen Falle nimmt die Spannung an dem Widerstand 3 einen negativen Wert an, d. h., die Spannungsrichtung an den Klemmen 6 und 13 kehrt sich gegenüber der Spannung beim Ladevorgang um, so daß der Transistor weiterhin gesperrt bleibt.the voltage at the Zener diode 4, the battery is charged, with the charging circuit a has a current stabilizing effect. If the voltage of the battery approaches the Zener breakdown voltage very closely, so the charging circuit now has a voltage-limiting effect. The tension rises at the terminals of the battery due to mains fluctuations or if the Consumer over a value of the battery voltage in the state of charge, then flows the momentarily increased Current through the resistor 3 and the Zener diode 4, since the Zener diode is above its Zener breakdown voltage is known to have a very small internal resistance. In such a case, the voltage across the resistor 3 decreases negative value, d. that is, the direction of voltage at terminals 6 and 13 is reversed compared to that of Voltage during charging so that the transistor remains blocked.

In Fig. 2, in der die gleichen Elemente und die gleiche Schaltungsstelle mit gleichen Wirkungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist an Stelle des Widerstandes 2 der F i g. 1 ein stromstabilisierender Halbleiterwiderstand 15 und statt des spannungsabhängigen Widerstandes 3 ein linearer Widerstand 16 eingeschaltet. Der stromstabilisierende Halbleiterwiderstand 15 hat die inverse Wirkungsweise einer Zenerdiode, d. h., in einem bestimmten Spannungsbereich bleibt der Strom, der durch das Element fließt, konstant, und bei Erreichen einer unteren Kniespannung fällt der Strom rasch gegen NuI ab. Die Serienschaltung eines stromstabilisierenden Halbleiterwiderstandes, bekanntlich auch als Currector bezeichnet, mit einem ohmschen Widerstand, läßt bei variabler Spannung an diesem Spannungsteiler in einem bestimmten Spannungsbereich einen konstanten Spannungsteilerstrom fließen, der wiederum eine konstante Teilerspannung an dem ohmschen Widerstand entstehen läßt. Dabei übernimmt der Currector die Differenzspannung zur Gesamtspannung am Spannungsteiler. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 1 liegt an diesem Spannungsteiler 15, 16, der damit in dem angegebenen Spannungsbereiich von einem konstanten Steuerstrom durchflossen wird.In Fig. 2, in which the same elements and the the same circuit point with the same effects is provided with the same reference numerals is on Place of resistor 2 in FIG. 1 a current-stabilizing semiconductor resistor 15 and instead of the Voltage-dependent resistor 3, a linear resistor 16 is switched on. The current stabilizing one Semiconductor resistor 15 has the inverse function of a Zener diode, i. e., in a particular The current flowing through the element remains constant, and when a voltage range is reached With lower knee tension, the current drops rapidly towards NuI. The series connection of a current stabilizing Semiconductor resistor, also known as a currector, with an ohmic resistance, With a variable voltage at this voltage divider, leaves a certain voltage range a constant voltage divider current will flow, which in turn has a constant divider voltage across the ohmic resistance can arise. The currector takes over the voltage difference to the total voltage at the voltage divider. The base-emitter voltage of transistor 1 is applied to this voltage divider 15, 16, which is thus in the specified voltage range of a constant control current is traversed.

Der in den Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 vorgesehene Kondensator 8, der parallel zur Zenerdiode liegt, dient als Glättungskondensator. Es ist auch möglich, in den Basis-Emitter-Kreis der Schaltungen nach F i g. 1 und 2 zusätzlich eine nicht dargestellte Sperrdiode mit geringem Durchlaßwiderstand zu schalten, wodurch bewirkt wird, daß bei Ausfall der Ladespannung kein Rückstrom über die Elemente 3 bzw. 16 und die Zenerdiode 4 fließt, wie er sonst (oben für den Fall ohne eine derartige Diode erläutert) fließen würde.The circuit shown in FIGS. 1 and 2 provided capacitor 8, the parallel to the Zener diode serves as a smoothing capacitor. It is also possible in the base-emitter circuit of the circuits according to FIG. 1 and 2 also have a blocking diode (not shown) with a low forward resistance to switch, which has the effect that if the charging voltage fails, no reverse current through the elements 3 or 16 and the Zener diode 4 flows as it normally does (above for the case without such a diode explained) would flow.

Claims

Patent claims:

1. Charging circuit for electrical energy storage, especially for gas-tight small cells, in the charging circuit of which there is a transistor whose base is at a point parallel to the collector-emitter path switched voltage divider is connected, and which has a voltage-dependent resistance, which when reached the end-of-charge voltage blocks the transistor, characterized in that the voltage divider has a non-linear resistance with regard to its current-voltage behavior and that the partial resistances of the voltage divider are matched to one another so that they are independent from the collector-emitter voltage of the transistor (1) the voltage at the between Emitter and base of the transistor lying resistor (3 or 16) during the charging process remains approximately constant.

2. Charging circuit according to claim 1, characterized in that the voltage divider from a linear resistor (2) and a voltage-dependent resistor (3), whose Resistance becomes smaller with increasing voltage, and that the linear resistance (2) in the collector-base circuit and the voltage-dependent resistor (3) in the emitter-base circuit of the transistor (1) are switched.

3. Charging circuit according to claim 1, characterized in that the voltage divider from a linear resistor (16) and a current stabilizing semiconductor resistor, for example a currector (15), the linear resistor (16) in the emitter-base circle of the transistor (1) and the semiconductor element in.den are connected to the collector-base circuit.

4. Charging circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the end-of-charge voltage defining voltage-dependent resistor is a Zener diode (4).

5. Charging circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the base-emitter circuit of the transistor (1) in series with the Zener diode (4) a blocking diode with low Breakdown resistance is connected in such a way that if the charging voltage fails, there is no reverse current flows through the Zener diode (4).

1 sheet of drawings