DE1671903A1

DE1671903A1 - Ladevorrichtungen fuer elektrochemische Generatoren,insbesondere fuer dichte und wartungsarme Blei-Akkumulatoren

Info

Publication number: DE1671903A1
Application number: DE19671671903
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1966-09-26
Filing date: 1967-09-26
Publication date: 1971-10-21
Also published as: JPS4745139B1; BE703610A; LU54416A1; US3517295A; GB1202742A; NL6712921A

Description

DIPL..ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

8 München 2, Rosental 7, 2.Autg. Tei.-Adr. Lelnpat MUndi·«

Telefon (OHI)ZtIMf

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Unser Zeichen

Z/Kg - S 112 040 P 16 71 903.2-45

SOCIETl DES ACCUMLATEUES FIXES ED DE TEaCTION, Soc.An.,

Bomainville (Frankreich)

ladevorrichtungen für elektrochemische Generatoren, insbesondere für dichte und wartungsarme Blei-Akkumulatoren

Die Erfindung betrifft Ladevorrichtungen für elektrochemische Generatoren, wie Akkumulatorenbatterien und wiederaufladbare Zellen, und insbesondere das Laden von Blei-Akkumulatoren mit vom Verteilernetz gelieferten, gleichgerichteten und gefilterten Wechselstrom.

Bekanntlich verliert jede normale Batterie, ob sie nun einen sauren oder einen alkalischen Elektrolyt aufweist, einen Teil des im Elektrolyt enthaltenen Wassers durch Verdampfung und Elektrolyse. Die letztere Erscheinung tritt insbesondere bei Beendigung des Ladevorgangs auf, wenn die chemischen Ladereaktionen an den Elektroden abgeschlossen sind und die Elektrolyse der sauren oder alkalischen Elektrolytlösung beginnt.

Das verlorene Wasser muss also von Zeit zu Zeit wieder aufgefüllt werden, damit der Elektrolytspiegel nicht unter einen für die Betriebssicherheit erforderlichen Mindestpegel abfällt.

NeU6 Unterlagen (Art. / < ι :s. 2 .;■. l Satz 3 desÄnderung#gea. v.4.-

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Es wurde vorgeschlagen, diese Wartungsarbeiten, indem die Gründe für das fortschreitende Verschwinden des Wassers aus dem Elektrolyt unmittelbar beseitigt wurden, überflüssig zu machen.

Eine Lösung besteht darin, einen dichten Akkumulator herzustellen, bei dem die Verluste durch. Verdampfiing prinzipiell ausgeschaltet sind. Ein derartiger Akkumulator hat weiterhin den Vorteil, dass keine als Elektrolytbläschen auftretenden Gase ins Freie gelangen können, wo sie atmungsschädlich sein können und die die Elektrolyten umgebenden, manchmal sehr spröden Metallteile angreifen.

Die Elektrolyseerscheinung bei Beendigung des Ladevorganges ist jedoch auch hier vorhanden und letzten Endes muss doch von Zeit zu Zeit das fehlende Wasser nachgefüllt werden. Aufgrund der absoluten Abdichtung herrscht ausserdem im Inneren des Akkumulatorenbehälters wegen der durch Elektrolyse entwickelten Gase ein Überdruck.

Weiterhin ist bekannt, diesen letzteren Nachteil durch halbdichte Akkumulatoren zu beseitigen, d.o. Akkumulatoren, deren Inneres durch eine Öffnung mit sehr kleinem Durchmesser ständig mit der Umgebung in Verbindung steht. Dadurch ist eine Begrenzung des Druckanstiegs im Behälterinneren bei Verminderung der Verdampfungsverluste in einem gewissen Mass möglich.

Weiterhin sind Akkumulatoren bekannt, die mit Ventilen versehen sind; diese Ventile öffnen sich nach aussen, sobald ein Grenzüberdruck erreicht ist.

Das Ideal, nämlich gleichzeitig die V.erdampfungs- und Elektrolysenverluste zu beseitigen, wäre bei einem dichten Akkumulator erreicht, bei dem bei Ende des Iadevorgangs oder im Fall einer bestimmten Überladung keine Elektrolyse stattfindet. Dies konnte bei bestimmten alkalischen Akkumulatoren durch bestimmte im Akkumulatorinnern getroffene Vorkehrungen erreicht werden, z.B. durch ( Verminderung der Plattenstärke, gegenseitiges Annähern übt Platteii

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und Verwendung von porösen Elektrodenträgern aus gesindertem Nickelpulver, die mit aktiven Massen imprägniert sind.

In den meisten Fällen, insbesondere bei den hauptsächlich verwendeten Blei-Akkumulatoren, kann die Elektrolyse bei Laaungsende einzig daaurch vermieden werden, dass der ladevorgang überwacht wird.

Eine der Vorkehrungen, durch die ein herkömmlicher Akkumulator, beispielsweise ein Blei-Akkumulator, mit minimalem Wasserverlust durch Elektrolyse arbeitet, besteht darin, ein Ladesystem vorzusehen, bei dem die Ladespannung nie den Wert erreicht, der für die freie Zersetzung der als Elektrolyt verwendeten Lösung durch Elektrolyse notwendig ist, nachdem die chemischen Ladereaktionen an den aktiven Massen abgeschlossen sind. Falls dem Akkumulator ein Ladesystem zugeordnet wird, das dieser Mussvorschrift genau entspricht, kann der Akkumulator luftdicht abgeschlossen werden,weil eine Wiederherstellung des Wasserpegelstandes prinzipiell nicht notwendig ist.

Für den Fall einer Blei-Batterie ist ein bekanntes Ladeverfahren zum schnellen Wiederaufladen einer Batterie mit unbekanntem Ladezustand schematiscb in der graphischen Darstellung gemäss Fig. 1 dargestellt. Daraus ist der Verlauf der Ladestromstärke ersichtlich.

I. Zuerst wird bis zur Erzielung einer bestimmten Batterieklemmenspannung die begrenzte, konstante Ladestromstärke l_max verwendet, deren Ampere-Wert im Fall einer Blei-Batterie im allgemeinen einen Höchstwert von v- bis j^ nicht übersteigen darf; dabei ist G die Kapazität der Batterie in Ampere-Stunden. Bekanntlich ist bei einer zu grossen Ladestromstärke die Gefahr vorhanden, dass der Betrieb einer Blei-Batterie beeinträchtigt wird, selbst wenn sie vollkommen entladen ist.

II. Anscbliessend wird eine konstante odeifeeringfügig abnehmende Ladespannung,beispielsweise V = V-j, verwendet. Im gleichen

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Masse, wie die Batterie geladen wird, nimmt die Ladestronistärke ab. Der Wert dieser Stromstärke gibt also den Ladezustand der Batterie an.

III. Wenn diese Stromstärke auf einen bestimmten kritischen Wert abgefallen ist, der, ausgedrückt in Ampere, im Fall einer Blei-Batterie beispielsweise ^ beträgt, wobei C wieder die Kapazität der Batterie in Ampere-Stunden ist, ist anzunehmen, dass die Batterie praktisch geladen ist. Die Ladespannung wird nun auf einen noch kleineren Wert V = V2 gebracht. Dieser Wert reicht aus, um eine Wartungsladung der Batterie mit schwachem Strom zu gewährleisten.

Dieser kritische Wert der Ladestromstärke schwankt in Abhängigkeit vom Generator-Typ und kann anhand von Versuchen bestimmt werden. Er wird vorteilhafterweise als der Wert definiert, bei dem das Potential zumindest einer Batterieelektrode plötzlich ansteigt und eine beginnende Gasentwicklung an der fraglichen Elektrode anzeigt. Im Fall einer Blei-Batterie ist er auch als der Wert definierbar, bei dem die Konzentration des zweiwertigen Bleis im Elektrolyt vernachlässigbar wird.

Eine Vorrichtung, die das völlig selbsttätige Wiederaufladen einer Akkumulatorenbatterie auf die vorstehende Art ermöglicht, ist zum Teil im französischen Patent 1 313 915 der Anmelderin beschrieben worden.

Diese Vorrichtung, die bei ortsfesten Anlagen hoher Kapazität vollkommen zufriedenstellend arbeitet, Kann jedoch dann eine gewisse Kompliziertheit sowie.ein ziemlich grosses Gewicht und grossen Platzbedarf haben, wenn Batterien niedriger Kapazität geladen werden sollen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn sie zum Speisen von nicht ortsfesten und unabhängigen Vorrichtungen verwendet werden, vor allem dann, wenn die Ladevorrichtung in sie eingebaut ist.

In einer abgewandelten Ausfiihrunguform ist die Phase III (Fig. 2) mit geringer, konstanter Stromstärke durchführbar.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bestimmte neuartige Vorkehrungen zu treffen, mit deren Hilfe eine Batterie geniäss dem oben beschriebenen Programm völlig selbst&tig geladen werden kann und die den Vorteil haben, dass sie zugleich einfach und leicht sind. So kann auf einfache Weise und mit geringen Kosten eine unabhängige ladevorrichtung geschaffen werden, die platzsparend und leicht transportierbar ist und mit der unabhängige Geräte, wie Radio- und Fernsehgeräte, elektrische Zahnbürsten, Werkzeug, Spielzeug usw. gespeist weraen können.

Die erfindungsgemässen Vorrichtungen sind auch zum Laden von alkalischen Akkumulatoren, beispielsweise Silber-Zink-, Silber-Kadiaium-, Nickel-Zink- und Nicke 1-Kadmium-Akkumulatoren, verwendbar. Weiterhin können damit verschiedene Arten von sog. wiederaufladbaren Zellen, wie alkalische Zink-Mangandioxidzellen od.dgl. aufgeladen werden. Sie dienen weiterhin hauptsächlich zum Herstellen von elektrochemischen Generatoren mit sehr geringem Wasserverbrauch, die somit nur geringer Wartung bedürfen.

Die Erfindung verwendet das Prinzip gemäss dem oben erwähnten französischen Patent 1 313 915, das sich auf eine Vorrichtung Bum Laden einer Batterie, insbesondere einer Blei-Batterie, mit konstanter Spannung bezieht. Dabei gibt der Ladestrom Informationen über seinen eigenen Zustand und folglich den Ladezustand der Batterie ab. Dadurch wird selbsttätig entweder das Überwechseln einer konstanten Ladespannung auf eine andere konstante, jedooh einen anderen Wert aufweisende Ladespannung gesteuert, sobald die Stärke dieses Ladestroms einen bestimmten Wert erreicht, und insbesondere das Überwechseln der Ladespannung auf einen niedrigeren Wert, sobald die Ladestromstärke diesen kritischen Wert erreicht, oder aber das Überwechseln einer konstanten Ladespannung auf eine konstante Ladestromstärke, sobald die Ladestromstärke einen bestimmten Wert erreicht, und insbesondere das Überwechseln der Ladeütromstärke vom kritischen auf einen niedrigeren Wert.

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Gemäss der Erfindung wird der gleichgerichtete und gefilterte Strom in mindestens zwei Stromkreise geleitet, nämlich einen ersten Stromkreis, der den Generator über den Emitter-Kollektor-Kreis eines ersten Transistors speist, und einen zweiten Stromkreis, der parallel zum ersten geschaltet ist und den Emitter-Kollektor-Kreis eines zweiten Transistors enthält. Der erste Transistor wird durch eine Spannung polarisiert, die während des Ladens veränderlich ist und zwar einerseits in Abhängigkeit von der veränderlichen Spannung, die an den Klemmen des elektrochemischen Generators abgenommen und an den Emitter des Transistors angelegt wird, und andererseits einer zweiten Spannung, die ebenfalls veränderlich ist und an dessen Basis angelegt wird, um die Ladung des Generators erst mit konstanter Stromstärke und dann unter konstanter Spannung zu gewährleisten. Der zweite Transistor wird durch eine Spannung polarisiert, die von der Stärke des Ladestroms derart abhängt, dass sie von dem einen extremen Betriebszustand zum anderen ausschlägt, wenn diese Stromstärke den kritischen Wert erreicht und den ersten Transistor entweder in einen sehr wenig durchlässigen oder in den gesperrten Zustand überwechseln lässt.

Im ersten Fall wird von der normalen Ladung mit konstanter Spannung auf eine Wertungsspannung mit einem zweiten niedrigeren Spannungsniveau übergewechselt.

Im zweiten Fall wird gemäss einer Ausführungsform mittels eines Widerstandes von der normalen Ladung mit konstanter Spannung auf eine Wartungsladung übergeweohselt, die mit konstanter Stromstärke vorgenommen wird.

Gemäss einer anderen Ausführungsform ist keine Vorrichtung zum Gewährleisten der Wartungsladung vorgesehen.

Gemäss der Erfindung umfasst die Ladevorrichtung einen Hilfsstromkreis, der parallel zu den beiden ersten Stromkreisen geschaltet ist und eine in Serie mit einem Widerstand geschaltete Diode umfasst; der Spannungsabfall über diese Diode, der dem Spannungsabfall aufgrund des Stromdurchtritts durch einen oder einen

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Teil eines in den ersten Stromkreis eingeschalteten Widerstandes überlagert wird, dient zum Polarisieren des zweiten Transistors.

Die Verwendung dieser Diode hat - wie weiter unten noch näher erläutert wird - drei Vorteile: erstens ist eine allzu grosse Auslegung des zweiten Transistors vermieden, zweitens ist der Wert des in aen ersten Stromkreis eingeschalteten Widerstandes vermindert, der störend wirkt, wenn das Ladegerät maximal Strom abgibt, und drittens ist der Einfluss der Temperatur auf die elektrischen Kennlinien des zweiten Transistors ausgeglichen.

Gemäss einer Ausführungsforiii ist der zweite Transistor über einen Stromkreis gespeist, der eine in Serie mit einem Widerstand geschaltete Kontrollampe aufweist.

Geiüäss einer anderen Ausführungsform ist ein Kondensator zwischen dem Emitter und dem Kollektor des zweiten Transistors parallelgeschaltet und entsperrt auf diese Weise beim Anlaufen erst den ersten und anschliessend den zweiten Transistor.

In einer abgewandelten Ausführungsform wird der Kondensator weggelassen und die Basis aes ersten Transistors mit dem Ausgang der quelle für aen gleichgerichteten, gefilterten" Strom durch einen Widerstand verbunden.

Gemäss einer anderen Ausführungsform besteht der erste Transistor nicht aus einem einzigen Element, das eine sehr grosse Stromverstärkung aufweisen müsste, sondern aus einem aus zwei Transistoren zusammengesetzten Transistor, nämlich einem Transistor mit einer mittleren Verstärkung und einem Transistor geringer Leistung, die miteinander durch die sog. Darlington'sche Schaltung verbunden sind. Diese Schaltung, durch die eine grosse Stromverstärkung erzielbar ist, ist wirtschaftlich noch vorteilhafter.

In einer anderen Ausführungsforiü ist der Emitter des ersten Transistors mit einem der Ausgänge des Gleichrichters, und zwar in diesem Fall bei einem p-n-p-Transistor mit dem negativen ausgang über einen geeigneten Widerstand verbunden, der den Durchtritt

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eines schwacher] Wartungsstromes sogar nach dem Sperren dieses Transistors ermöglicht. Diese Vorkehrung ist besonders bei auf Lager genommenen Batterien nach dem KKiederaui'laden empfehlenswert; sie erlaubt es nämlich, die Verluste aufgrund örtlicher chemischer und elektrochemischer Wirkungen auszugleichen, uie bekanntlich zu einer langsamen Entladung der Batterie führen. Die unter den Bedingungen gemäss der Erfindung gelagerte Batterie ist also sofort verwendbar.

Gemäss einer weiteren üusführungsform der Erfindung ist aer erste Transistor zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor durch einen Widerstand in Nebenschluss gelegt, der ebenfalls die oben beschriebene Aufgabe hat.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung eigeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist uie Erfindung beispielsweise beschrieben, und zwar zeigen

Fig. 1 und 2 den Laaevorgang erläuternde Diagramme,

Fig. 3 schematisch die Schaltung der Ladevorrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 1 und 6 abgewandelte üusführungsformen der Schaltung gemäss Fig. 5,

Fig. 7 eine Schaltung einer verbesserten Ladevorrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 8 und 9 abgehandelte üusfiibrungsforiiien der Schaltung nach Fig. 7,

Fig. 10, 11 und 12 die Schaltungen gemäss den Fig. 7, 8 und 9, mit anstelle der p-n-p-Transistoren \eiwendeten n-p-n-Trannistören, und umgekehrt,

Fig. 13 eine Schaltung einer Ladevorrichtung für einen Ladevorgang nach Fig. 1,

Fig. 14 und 1b abgewandelte üusiübrungsiormen der Vorrichtung geiiiäus Fig. 1.0,' und

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Fig. 16, 17 und 18 das Schema bzw. die Vorrichtungen gemäß den Fig. 13, H und 15, mit anstelle der p-n-p-Transistoren verwendeten n-p-n-Transistoren, und umgekehrt.

Iq Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform dargestellt. Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung lädt eine Batterie B.

Die Primärwicklung 1 eines Transformators Tr ist vom Wechselstromnetz mit einer bestimmten Spannung und einer bestimmten Frequenz gespeist.

Die Sekundärwicklung 2 des Transformators gibt eine Spannung ab, die derjenigen aer zu ladenden Batterie angepaßt ist; diese Spannung wird durch einen Gleichrichter R_d gleichgerichtet und durch einen Kondensator Ci gefiltert. So ist schließlich an

TI den Klemmen des Kondensators C^ eine Spannung C-j erhalten, die immer um einige Volt höher ist als die Spannung der zu ladenden Batterie.

Der Gleichrichter Rd, der auf dem Schaltplan als in Form einer Brücke geschalteter Trockengleichrichter zum Gleichrichten der beiden Halbperioden dargestellt ist, kann in einer abgewandelten Ausführungsform als Zweiröhren-Spannungsdopplerschaltung an der Sekundärseite des Transformators ausgebildet sein, der ebenfalls zum Gleichrichten der beiden Halbperioden dient. Dieser Gleichrichter könnte auch nur eine einzige Diode zum Gleichrichten einer einzigen Halbperiode haben; in diesem Fall müßte jedoch der Kondensator C₁ eine höhere Kapazität haben, damit die gleiche Filterwirkung sichergestellt ist.

Die Vorrichtung zum Regulieren der Ladung, die diese Speisung mit gefiltertem Gleichstrom vervollständigt, umfaßt einerseits eine bekannte Vorrichtung zum Regulieren der Spannung mit einem Transistor T-j, einer Zener-Diode Z, Widerständen ^ und R^, und andererseits eine selbsttätige Vorrichtung zum Abschalten bei Beendigung der Ladevorgänge, die den Gegenstand der Erfindung bildet und folgende Teile aufweist: einen Widerstand R-j, einen SiIi-

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cium-Transistor T₂, eine Germanium-Diode D-j, die über einen Widerstand R, gespeist ist und einen Kondensator C₂; die Schaltung dieser Organe ist aus Fig. 3 ersichtlich.

Diese Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise:

Der von Tr, Rd und C-j gelieferte, gefilterte Gleichstrom lädt die Batterie über den Widerstand R-| und den Transistor T^ auf. Die an den Klemmen der Batterie liegende Spannung ist mit U_ß bezeichnet.

Der von der Batterie aufgenommene Ladestrom hängt vom Zustand des Transistors T-jab, deijsich in den folgenden zwei extremen Zuständen befinden kann:

Sättigung: geringer Spannungsabfall bei einem starken Strom;

Sperrung: grosser Spannungsabfall bei einem Strom, dessen Wert'praktisch Null ist.

Der scheinbare Widerstand des Transistors T-j hängt von der Polarisierungsspannung ab, die zwischen seinen Emitter e-j und seine Basis B-] angelegt ist, d.h. von der Spannung

^(UZ ^{+ Ü}R₃ ⁾ " batterie,

wobei U₇ die an den Klemmen der Zener-Diode und U_w die an den Klemmen eines Teils des Widerstandes R^ liegende ^p Spannung bezeichnet.

1st der Transistor T₂ durchlässig, so wird die Zener-Diode ausgehend von der gefilterten, gleichgerichteten Spannung Uq über die Widerstände R₂ und Rz gespeist.

Wegen der Kennlinie der Zener-Diode bleibt die Spannung Ug bei jedem die Zener-Diode durchfliessenden Strom konstant (Zener-Spannung).

Die Spannung Ug ändert sich proportional zu dem die Zener-Diode durchfliessenden^Strom, ihr relativer Wert in Bezug auf Ug ist jedoch sehr klein, weil Rz die Fertigungstoleranzen der Zener-

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Dioden auszugleichen hat, um die Basisspannung B-| genau aui einen bestimmten Wert abzugleichen, wenn die Spannung der Zener-Diode Z von Diode zu Diode, beispielsweise um- 5 °/°, schwankt. Die Spannung (Ur, + Un ) bleibt im wesentlicher] konstant.

L· UZ

Bei Betrachtung der drei Phasen des oben beschriebenen Ladeverfahrens ist die Betriebsweise der Vorrichtung wie iolgt:

1. Während der ersten Phase (entladene Batterie) ist die Spannung U β niedrig, der Transistor T^ wird also stark polarisiert und sein scheinbarer Widerstand ist sehr schwach-r Der Ladestrom, der der Batterie zugeführt wird, ist folglich nur durch den Widerstand R-J und durch die Ohm'sehen Widerstände des Transformators Tr und des Gleichrichters R^ begrenzt. Folglich findet die Ladung mit einer nahezu konstanten Stromstärke statt, die der Höchstleistung des Ladegerätes entspricht. Diese kann derart ausgelegt sein, dass die Stromstärke in ampere beispielsweise ein Zehntel der Batterie-Kapazität in jiiLpere-Stunden beträgt.

2. Wenn die Batterie-Spannung Uß zunimmt, nimmt die Polarisierung des Transistors T-] ab und sein scheinbarer Widerstand niii.mt zu. Die Ladung findet also weiterhin mit nahezu konstanter, begrenzter Spannung in Abhängigkeit von der Spannung der Zener-Diode Z statt. Dies entspricht der zweiten Phase des eriindungsgemässen Verfahrens.

3. Bei den obigen Ausführungen ist angenommen, dass die Zener-Diode Z mit Strom gespeist wird, d.h. dass der Transistor T-. leitend war.

Dieser Transistor Τ_υ wird zwischen seinem Emitter Q-. und seiner Basis b2 durch die Spannung U^ -f U^ polarisiert, wobei Uj der in einem Teil des Widerstandes Ii-j durch den Ladestrom verursachte Spannungsabfall ist und Ujj der Spannungsabfall in der GermaniuiDdiode D-].

Dieser Transistor To kann derart gewählt sein, dass er leitend wiru, sobald seine Polarisierung einen bestimmten Wert erreicht oder übeischreitet, beispielsweise 0,6 Volt.. Hat also der

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BAD ORiOINAt

Ladestrom einen solchen Viert, daß IL ist der Transistor To leitend.

η U -t 0,b Volt,

Ist dagegen Up + IJ₇-J <^ 0,6 Volt, ist der Transistor T₀ gesperrt.

Wird der Wert I₁-, als kritischer Wert des durch IL₁ + U₇,

l· K₁ D₁

= 0,6 V definierten Ladestroms bezeichnet, wird die oben definierte Spannungsregulierung wirksam, wenn der Ladestrom den Wert Ip übersteigt.

W Fällt der Ladestrom unter I™ ab, sperrt der Transistor

iV» die Zener-Diode Z erhält keinen Strom mehr, der Transistor T₁ wird entgegengesetzt polarisiert und seinerseits gesperrt. Der Ladevorgarig wird also unterbrochen, sobald der Ladestrom unter I₁-, abfällt.

Der Ampere-Wert von I_r kann im Fall einer Bleibatterie

C
beispielsweise^ betragen, wobei C die Kapazität der Batterie

in Ampere-Stunden ist.

Ist I„ bekannt, können die Charakteristiken des Transistors To und der Elemente Ii₁ und D₁, die dessen Polaris ieruur; ^ gewährleisten, aufeinander abgestimmt v/erden, ^o daß der Transir-tor'bei dieser Stromstärke gesperrt ist.

Zun Ausgleichen der Kapazi tat." ν er Juste, falls die Batterie nach dem Laden nicht in Betrieb genommen wird, wird dieser bei der-Vorrichtung gemäß Fig. A weiterhin ein Lade- ' wartungsstrom mit niedriger und praktisch konstanter Stromstärke; zugeführt. Dieser Strom fließt in einen Stromkreis, der entweder zum Transistor T₁ zwischen dessen Emitter und Kollektor, ι

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ßAO OBJGJNAt.

oder zum Transistor T-. und dem Widerstand R* in Nebenschluß liegt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Stromkreis hat einen Widerstand Re, sowie eine Diode Dp, die deshalb im dargestellten Sinn geschaltet ist, damit sich bei Ausfall des gleichgerichteten, gefilterten Stromes die Batterie B nicht in den Stromkreis Widerstand R^—> Transistor Tp —> Widerstand Re entlädt.

Dieser Stromkreis für die Wartungsladung ist in Fig. 5 und υ der Einfachheit halber nicht dargestellt, kann jedoch auf gleiche Weise wie vorher vorgesehen sein. In diesem Fall sperrt der Transistor T₁ sobald die Ladestromstärke den Wert I₁-, er-

i r

reicht und die Batterie v/ird von der Quelle für den gleichgerichteten, gefilterten Strom nicht mehr gespeist.

Die Diode D-] ist für die Vorrichtung von großer Wichtigkeit. "Wäre nämlich die Basis des Transistors Tp unmittelbar mit >. dem Widerstand R* verbunden, würde zum letzteren der Strompfad j Basis + Emitter des Transistors parallelgeschaltet. Dadurch würde der Transistor Tp vom größten Teil des Ladestromes, d.h. von einem stark angehobenen Strom, durchflossen werden.

Durch diese Diode ist also eine unnötige kräftige Di- aensionierung des Transistors '^ vermiedenj dies ist tin wisent- lichtr Vorteil.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Diode j D^, die selbst einen Spannungsabfall von beispielsweise 0,3 V

aufweist, der Wert des Widerstandes R^ ungefähr um die Hälfte j vermindert und verhindert werden kann, daß der Spannungsabfall an diesem Widerstand zu groß ist. Dies könnte sehr störend sein, wenn das Ladegerät Höchststrom abgibt.

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BAD A

Die Diode D^ hat einen weiteren Vorteil: sie gleicht die Wirkung aus, die die Schv/ankungen der Umgebungstemperatur auf den Wert I-, haben.

Wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, fällt bekanntlich die Polarisierungsspannung des Transistors T₀ ab, wodurch der Viert Ip proportional abnimmt.

Hinsichtlich der Charakteristiken der Batterien ist es wünschenswert, den Wert I™ bei Ansteigen der Temperatur zu erhöhen oder zumindest nicht zu verkleinern. Durch die Diode D₁ ist dies möglich. Diese Diode hat nämlich auch einen negativen Temperaturkoeffizienten, d.h. die Spannung U^ . nimmt mit zunehmender Temperatur ab; dadurch ist der gewünschte Ausgleich erzielt.

In dem'/:ugenblick, in dem das Ladegerät unter Spannunggesetzt wird, sperrt der Transistor Ύ^\ da der Transistor T* dann ebenfalls gesperrt ist, würde keine Ladung stattfinden.

Aufgabe des Kondensators C2 ist es, das Ladegerät in Betrieb zu setzen, sobald der Transformator unter Spannung gesetzt wird.

Bei der Ladung des Kondensators Cp fließt Strom in die Zener-Diode Z und folglich baut sich der Ladestro« auf.

Dadurch, daß der Ladestrom in den Widerstand B^ fließt, wird der Transistor T^ leitend gehalten.

In Fig. 5 ist eine Abwandlung der Fig. 3 dargestellt; mit dieser kann unabhängig von den Spannungsänderungen des Gleichrichters eine konstante Ladespannung gewährleistet werden.

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BAD

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In der Sch&ltung genial; Fig. 3 ist die Spannung IL,

nämlich stark von den Änderungen der Spannung.U_n beeinflußt,

1 '

die vor allem von den Schwankungen der lietzspannung herrühren.

Diese Schwankungen der Spannung Up , die sich al π absoluter Wert auf die Batterieklemaenspannung auswirken, können durch die Schaltung gemäß Fig. 5 praktisch beseitig! werdet].

In Fig. ^vj ist der V:ic?erstand R^, der die Abweichungen : zwischen den einzelnen Zener-Dioden ausgleichen soll, in Serie mit einem b'iderstauö Ii,- mit den Klemmen der Diode Z verbunden, deren Spannung stabil ist. Die an den Klemmen der Zener-Diode liegende Spannung U₇ bleibt ungeachtet der Schwankungen von U_n gleich. Das gleiche trifft für Uy- zu. Die εη der Batterie ' liegende Spannung ist folglich trotz der Netzschwaukungen praktisch konstant.

Bei den Schaltungen gemäß Fig. 3,-4 und 5 muß der i'raüoistor Λ für den Höc'cstladestroüi eine sehr hohe Stro,:ivertJtürkung ^:.iabeu.

In Fig. ο ist eine wirtschaftlich vorteilhaftere Schaltung dargestellt. Diese Schaltung hat einen Transistor Γ. :;ri.1, genornten Charakteristiken (mittlere Stromverstärkung), der mit einem Transistor ΐ_Γ gei'inger Leistung durch die sog. "Darlington* sehe" Schaltung verbunden ist; die aus den Transistoren T-, und T- gebildete Einheit wirkt dcbei wie ein eitisiger Transistor mit hoher Veivtürkung. Der Widers tend JU gleicht den Umkehrstrom aus, der sich sonst im Transistor T^ bei hohen fetiiperaturen aufbaut.

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Fig. G zeigt eine weitere Verbesserung der oben beschriebenen Schaltungen. Bei den S ehalt scheinen gemäß den Fig. 3 und 5 sperrt der Transistor Tp, wenn der Ladestrom den Wert I-p erreicht und muß dann einer Spannung standhalten, die der Hochs tspanriung an den Klemmen des Kondensators C, entspricht, also einer Spannung Uq .. · '

Für die Verwendung eines Transistors Tp geringerer Spannung wird.vorteilhafterweise mit den Klemmen des Transistor^ Tp ein Widerstand R^ verbunden, der mit den Widerständen R₉, R* und Rr- einen Spannungsteiler bildet; dieser begrenzt die den Transistor Tp beaufschlagende Spannung. Dies ist aus Fig. ersichtlich. ' . ■

Zur Ladungsanzeige kann eine Lampe L in Serie mit einem Widerstand Ro geschaltet und vßm Transistor T,-, gespeist sein. Das Erlöschen dieser Lampe zeigt an, daß die Ladung beendet ist.

Der widerstand R₁-, dient beim Einschalten zum Begrenzen der Stromzuführung zur Lampe.

Die in Fig. 7 dargestellt Ladevorrichtung arbeitet auf gleiche Weise wie die gemäß Fig. 3 und stellt eine Verbesserung dieser vorrichtung dar. Die vorgesehenen Verbesserungen sollen ein besseres und sicheres Arbeiten gewährleisten.

Diese Ladevorrichtung, die mit gefiltertem Gleichstrom gespeist ist, hat einerseits eine'Vorrichtung zum Regulieren der Ladespannung und fmdererseite eine Vorrichtung zum selbsttätigen Unterbrechen bei Beendigung des Ladevorgangs; die Schaltung dieser verschiedenen Bestandteile geht aus der Zeichnung hervor, ~

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BAD(SBiAC "^'

Di$ Vorrichtung zum Regulieren der ladespannung hat im wesentlichen-einen Haupttransistor T^, einen Spannungsteiler mit Widerständen R₁-, R_r, R~, R^ und einem Widerstand CTM mit negativem Temperaturkoeffizienten, eine Zener-Diode Z, die über einen Widerstand R-,^ gespeist ist, und einen Transistor T^, an dess#tt Basis eine vom Spannungsteiler abgenommene einstellbare Regulierungsspanming Un liegt.

Die Vorrichtung zum selbsttätigen Abschalten bei Beendigung des LadeVorgangs hat im wesentlichen einen einstellbaren Widerstand R.,, einen Silicium-Transistor Tp, der über eine Kontrollampe L, zu der ggfls. ein Widerstand R-, -j in Nebenschluß geschaltet ist, und einen Widerstand R^ gespeist ist, eine Germanium-Diode D^, die über einen Widerstand R. gespeist ist, und einen Kondensator Cp, der mit Emitter und Kollektor . ■ des Transistors T₉ verbunden ist.

Die Basis des Transistors ^rJL\ ist über einen Widerstand Rp mit dem Kollektor des Transistors Tp und über einen Widerstand Rg mit dem Kollektor des Transistors T_x verbunden.

Der Emitter e* des Transistors T₁ ist über einen "Wider- j

ί stand R mit dem negativen Ausgang des Gleichrichters verbunden;!

dadurch sind Widerstand R-, und der Transistor T-j in Nebenschluß gelegt.

Eine Diode Dp, die mit dem Ladegerät und der Batterie

verbunden ist, verhindert nach Beendigung des Ladevorgangs jede \

i Abgabe der Batterie zu den Elementen des ..Ladegerätes· j

Die an der Basis des Transistors T^ liegende Spannung hängt - wie weiter unter noch erläutert wird - vom Zustand-^des

1 ⁿ

- I ο-

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BAD

...".■ 16719Ö3 _;

Transistors Tp und des Transistors T, ab. Letzterer wird an j seinem Emitter und seiner Baas durch eine Spannung (U₇ +Uj) ^: Up polarisiert; U₇ ist die von der Zener-Diode Z gegebene kon-

,11 Zi

; stante_Spannung, Uj ist der Spannungsabfall der Verbindung von ί Emitter und Basis dieses Transistors, und DV ist die oben beschriebene Regulierungsspannung.

; In diesem Fall sind folgende Phasen beim Ladevorgang zu : unterscheiden: .

: 1. Während der ersten Phase (entladene Batterie) ist die W Spannung U₁₃ niedrig, folglich gilt U₇ + U_T> U_r,. Der. Transistor

JD Zi J xi

T-z wird gesperrt und der Transistor T-, stark polarisiert. Sein scheinbarer Widerstand ist also sehr gering. Die Stärke 1 des von der Batterie aufgenommenen Ladestroms ist nur durch den Widerstand R^ und durch die Ohm¹sehen Widerstände des Transformators Tr und des Gleichrichters Rd begrenzt. Folglich fin- · det die Ladung mit nahezu konstanter Stromstärke statt, die der Höchstleistung des Ladegerätes entspricht. Das Ladegerät kann ^: derart ausgelegt sein, daß diese Stromstärke in Ampere bei- j spielsweise einem Zehntel der Batteriekapazität in Ampere-Stun-ί _ den entspricht. Da die Stromstärke I höher als der kritische | Wert Ij, ist, ist der Transistor Tp offen. j

2. Wenn die Spannung der Batterie U^ ansteigt, ändert sieh der Sinn dieser Unausgeglichenheit. Der Transistor T, wird progressiv polarisiert und läßt einen Strom durch, der die

j Polarisierung des Transistors T-, vermindert. Der scheinbare Widerstand des Transistors T., nimmt zu und die Ladung findet folglich mit nahezu konstanter, begrenzter Spannung statt, die von der gewählten Zener-Diode und der Regulierungsspannung U^ abhängt. Die Stärke I des Ladestroms nimmt progressiv ab» bleibt aber über Ij₁. Der Transistor T₂ bleibt folglich .. -Ϊ9-

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leitend-.

O. Gegen Beendigung des Ladevorgangs nimmt die Stärke I des Ladestroms ifb und erreicht schließlich den oben definierten kritischen Wert 1™. Der Transistor T.-, sperrt, desgleichen der Transistor T-., der unter diesen Bedingungen eine umgekehrte Polarisierung erhält.

Die Ladung ist dann unterbrochen, abgesehen vom l.'art-urigsatrooi, der den Widerstand lie durchfließt, der mit dem Emitter des x'ranüiötors T-, und dem negativen Ausgang des-Gleichrichters verbunden ist. - * . β

leim Einschalten den Ladegerätes fließt aufgrund der Ladurig des Kondensators CU im Stromkreis L-R₇-Cp während sehr ! kurzer Zeit Strom. Diese Zeit reicht jedoch aus, um den Transistor χ¹, kurzzeitig 'zu. polarisieren; auf diese Weise kann Ladestrom 1liefen. . ·

Durch eben diesen Lades Lr o.nil up in den Widerstand R., wird der Transistor T₅ polarisiert und leitend gehalten.

Die in den Stromkreis des Transistors-Tp eingeschaltete Kontrollampe L erlöscht, wenn die Ladung beendet ist. Weiterhin * wird durch diese Kontrollampe der Transistor ;V umgekehrt polarisiert; dadurch wird die Beendigung-der Ladung noch unterstütz L und jeder unge-wüns elite L&dungpbeginn) beispielsweise puf-

■■■ grund der den Transistor T₁ beeinflussenden Temperatur, ist vermieden. Durch den Widerstand JL-., der mit der Lampe L parallelgeschaltet ist, ist die Zuverlässigkeit des-.Systems, selbst bei

;Ausfall der Lampe, gewährleistet. .

Aufgrund des Widerstands B kanu ein schwacher Strom I fließen, mit dem die Ladung des Akkumulators selbst nach Sperren'

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jdes Transistors T-, gewahrt werden kann.

! Mit Hilfe dieses Wartungsstroiris, der zum Ausgleichen der 'Verluste aufgrund der stellenweisen chemischen und elektrochemischen Wirkungen in der Batterie im Ruhezustand dient, kann diese Batterie nach dem Laden jederzeit in Betrieb genommen.' werden.

; Durch die Verwendung eines oder mehrerer Widerstände vom CTH-Typ kann der manchmal beträchtliche Einfluß, den die Teriipe- ; raturSchwankungen auf die Betrie'bijcharakteristiken der Transistoren und auf die Kapazität der Batterie haben, ausgeglichen werden.

Auf diese Weise wird in allen Fällen die Batterie ganz ge-^; laden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Überladungsobergreiise: überschritten oder, im Gegensatz dazu, die optimale Ladung nicht ierreicht Λ-drd. · j

Selbstverständlich kann der Widerstand Re, der zum Widerstand S-, und dem Transistor f., in Kebenschluß liegt, auch zwischen dea Emitter und den Kollektor des transistors T-. g*eGehaltet werden, ura folglich letzteren in Nebenschluß "zu legen. Desgleichen braucht dieser Widerstand Re nicht vorgesehen zu sein, wenn der Ladestrom völlig abgeschaltet werden soll.

Die Schaltung gemäß Fig. C unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 7 dadurch, daß der Haup!transistor nicht aus einem einzigen Element besteht, das eine hohe Stromverstärkung !aufweisen müßte, sondern aus einem zusammengesetzten Transistor ^: I ι

¹T-J —T₁-; dieser ist durch Vereinigen eines Transistors T-, mit ' j !mittlerer Verstärkung und eines Transistors T_r geringer Leistung ι ■erhalten, die miteinander durch eine sogenannte Darlington¹sehe

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Schaltung verbunden sind. Der Widerstand R^ gleicht den Umkehrstrom aus, der sich.sonst bei hohen Temperaturen im Transistor IV bilden würde. Diese abgewandelte Ausführungsform kann wirt- J ■.schaftlich von größerem Vorteil sein. i

Gemäß Fig. 8 ist der Ladestrom völlig abgeschaltet.

Ist ein schwacher Wartungsstrom erwünscht, kann ein ge-

jeigneter Widerstand Re verwendet werden, der entweder den Wi- ^ä

I derstand R. und den Transistor Ty oder'nur den Transistor T-i I

^; iti Nebenschluß legen kann. '

^: ' ■

Die Schaltung gemäß Fig. 9 ist eine Abwandlung der beiden, oben beschriebenen Schaltungen;;dabei sind der Spannungsteiler \ • Rn-Rr-βγ-Ηρ-ϋΤϊί und der Stromkreis R-iq-Z der Zener-Diode nicht , am Emitter des Haupt trans is tors 'L\ angeschlossen, sondern am gemeinsamen Punkt des Emitters des Transistors T_r und der Baisdes Transistors T-,. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform hat den Vorteil, daß jede Abgabe der Batterie in die Elemente des Ladegerätes nach Beendigung der Ladung verhindert ist und folglich die Diode D₉ weggelassen werden kann.

Auch im Fall der Fig. 9 ist der Ladestrom völlig abgeschaltet.

; Ist ein niedriger Wartungsstrom erwünscht, kann selbstjverständlich ein geeigneter Widerstand Re verwendet werden, mit I dem entweder der Widerstand R-, und der Transistor T-, oder nur j der Transistor T-i in Nebenschluß gelegt werden kann. Dabei muß !aber in dem Nebenschluß-Stromkreis, und zwar in Serie mit dem !Widerstand Re, eine Diode vorgesehen sein, die verhindert, daß !eich die Batterie in den Stromkreis des Ladegerätes entlädt.

BAD

Diese Diode ist in gleicher Leitfähigkeitarichtung geschaltet wie die Diode D_?. j

In den Fig. 10, 11, 12 sind abgewandelte Schaltungen der ;

Erfindung dargestellt; diese entsprechen Schaltungen gemäß den j

; Fig. 7, 8, 9 mit dem Unterschied, daß die php-Transistoren der Ί Fig. 7 bis 9 durch npn-Transistoren ersetzt sind, und umgekehrt.!

j Das Ladegerät gemäß der Fig. 15, das mit gefiltertem ! gleichgerichteten Strom gespeist wird, hat einerseits eine Vor-; j richtung zum Regulieren der Ladespannung und= andererseits eine Vorrichtung zum selbsttätigen Ändern des Spannungsniveaus bei Beendigung des Ladevorgangs; die Schaltung der verschiedenen Elemente dieser Vorrichtungen geht aus der Zeichnung hervor. ;

Diese Schsl'tungen sind nicht nur sehr einfach,, sondern j weisen außerdem den Vorteil auf, daß ein ungehinderter Übergang von der ersten auf die zweite und von der zweiten auf die dritte Ladephase möglich ist. i'

Die Vorrichtung zur Regulierung der Ladungsspannung hat im wesentlichen einen Haupt trans is tor ^ri\ , dessen Emitter- j Kollektor-Strompfad vom Ladestrom durchflossen ist, den Spannungsteiler Rrr-Ri-z, Rr, Rt, Ro_r CTN (wobei CTN einen Widerstand mit i negativem Temperaturkoeffizienten bezeichnet), die Zener-Diode Zi die über einen Widerstand TR.,q gespeist ist, und den Transistor T,, dessen Basis von einer einstellbaren Hegulierspannung IL beaufschlagt wird, die vom Spannungsteiler abgenommen wird. Die Widerstände Rp- und R^ sind parallelgesdaaltet; der Widerstand R-,-χ wird über den Emitter-Kollektor-Strompfad eines Transistors T< gespeist, der leitend ist oder sperrt, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

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\ H H "■''

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Die selbsttätige Vorrichtung aum andern des üpannungsniveaus bei Beendigung des Ladevorgangs hat im wesentlichen den einstellbaren Widerstand IL , den Siliciumtransistor T₀ und die Germanium-Diode D₁. Der Transistor T^ wird über einen Stromkreis gespeist, der die Emitter-Basis-Diode des Transistors T, enthält, einen Widerstand H₇ sowie eine Lampe L, zu der gegebenenfalls ein Widerstand IL -> in Nebenschluß liegt. Die Diode D-, ist" über einen Widerstand E, gespeist.

Die -Basis b-, des Transistors 'L· ist über einen Widerstand IL· mit dem negativen Ausgang des Gleichrichters und über einen M widerstand R_c mit dem Kollektor des Transistors T₇ verbunden.

Die Diode D^, die zwischen das Ladegerät und die Batterie geschaltet ist, soll nach Beendigung der Ladung jede Abgabe der Batterie in die Elemente des Ladegerätes verhindern.

Je nachdem, ob eier Widers land H-,- ßin- oder ausgeschaltet ist, oder mit aimeren «orten, je nachdem ob der Transistor r., leitend oder gesperrt ist, erreicht die iiegaiierunröspaunung Up einen Wert U. oder W_n, die zwei unterschiedliche Polarisierungsiiiveauö für den fransistor ^_x definieren. Der Zustand des i'raiidiytors υ, selbst ift ein Funktion des Custandes des Transistors '£„. M v/enn nämlich der Transistor ϊ\ leitend ist, v/ird der aus der gieiciistromgespeisten Ernitter-Basis-Diode des Transistors T., äem Widerstand Ii₇, der Lampe L und dem 'Emitter-Kollektor-Strompfad des Transistors To bestehende Stromkreis von Strom durchflossen. Der Transistor T, ist derart ausgelegt, daß ein Spannungsabfall aufgrund des Durchflusses dieses Stroms über die Emitter-Basis-Verbindung dieses Transistors ausreicht, um letzteren in

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den leitenden oder gesättigten Zustand überzuführen. Ist dagegen der Transistor Tp gesperrt, wird die Polarisierung des Transistors T* aufgehoben, und der Transistor T, geht seinerseits in den gesperrten Zustand über. Das Polarisationsniveau des Transistors T, hängt letztlich also davon ab, ob der Transistor Tp leitend oder gesperrt ist.

Die Ladungsvorrichtung arbeitet wie folgt:

Der von Tr, Rd,und C-, gelieferte, gefilterte und gleichgerichtete Strom lädt die Batterie über den Widerstand R₁ und den Transistor T-j auf. An den Klemmen der Batterie liegt dabei j die Spannung Ug.

Der Transistor T₉ wird zwischen Emitter und Basis durch

TJ

eine Spannung Un + U^ polarisiert; R-, ist dabei der Spannungsabfall in einem Teil des Widerstands R₁ aufgrund des Durchflusse

TJ '

des Ladestroms, und D., ist der Spannungsabfall in der Germanium· ; Diode D-,.

Dieser Transistor Tp kann derart ausgelegt sein, daß er leitend ist, sobald seine Polarisierung einen bestimmten Wert erreicht oder diesen übersteigt, beispielsweise 0,6 V, und daß er im entgegengesetzten Fall - wie oben erwähnt - sperrt.

• Der in die Batterie eingespeiste Ladestrom ist eine Funktion des Zustandes des Haupttransistors T.,.

Der scheinbare Widerstand dieses Transistors hängt von der Polarisierungsspannung ab, die zwischen seinem Emitter und seiner Basis liegt, d.h. von der Differenz zwischen der während des Ladens veränderlichen, an den Klemmen der Batterie auftretenden Spannung Ug und der an die BesLs b-, dieees Transistors ange-

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legten Spannung. Letztere hängt wiederum vom Zustand des Transistors T^ ab. Dieser ist polarisiert, und zwar durch eine zwij sehen seinem Emitter und seiner Basis liegende Spannung f (Ufr + U₁-) - U_x,. Darin ist U₁₇ die durch die Zener-Diode Z ge-

I Δ J it L ·

! gebene konstante Spannung, Uy der Spannungsabfall der Emitter-I Basis-Verbindung dieses Transistors und U_R die oben definierte Regulierungsspannung.

Der Wert der Regulierungsspannung Un hängt einerseits von ! Ug ab und andererseits davon, ob der Widerstand R-, Strom führt, j d.h. also vom Zustand des Transistors T*, der seinerseits - wie : oben beschrieben - vom Zustand des Transistors T₂ abhängt.

! Dabei lassen sich bei den Ladevorgängen folgende Phasen j unterscheiden:

S 1. Während der ersten Phase (entladene Batterie) ist die

Spannung IL₃ niedrig und folglich sind U₇ + U₁- ^ U_n. Der Tran- ϊ sistor -Τ, ist dann gesperrt, und der Transistor T-j ist über den , Widerstand R₂ stark polarisiert. Sein scheinbarer Widerstand \ ist dann sehr gering. Die Ladung findet dann mit einer nahezu j ^: konstanten Stromstärke I _ statt, die der Maximalleistung des !

: max I

⁴ Ladegerätes entspricht, wie oben bereits definiert ist. ]

j ■■ " -Λ-Vfü - ■■..,"■■

I Da die Stromstärke I höher als I_x, ist, ist der Tran- :, - max J?

sistor T₂ und damit auch der Transistor T. leitend.

2. Die an den Batterieklemmen liegende Spannung Ug nimmt progressiv zu. Die Stärke I des Ladestroms beginnt sich also aufgrund der Zunahme des inneren Widerstandes der Batterie zu vermindern, bleibt jedoch höher als L·,. Die TraiÄstoren T₂

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und T, bleiben also leitend. Der Widerstand B-.-, steht unter Strom,

und die Regul.ierungsspannung U^ erreicht den oben definierten ,

Wert U-J. Ändert die oben beschriebene Ungleichung ihren Sinn, ,

ist also Ug + U-jXU.,, wird der Transistor T^ zunehmend polari* '

siert und läßt einen Strom durch, der die. Polarisierung des \

Transistors T₁ vermindert. Der scheinbare Widerstand des Tran- I

sistors nimmt zn und die ladung nimmt folglich mit begrenzter (.

Spannung V = V^ ihren Fortgang; diese Spannung ist nahezu kon- !'

stant und hängt von der gewählten Zener-Diode und der Re- j

gulierungsspannung U^ = U-, ab. j

3. Die Sürke I des Ladestroms nimmt witerhin ab und erreicht ; endlich den kritischen Wert I™. Der Transistor Tp sperrt und macht damit den Transistor T* nicht leitend; dadurch wird der Widerstand RVz des Spannungsteilers aus dem Metz genommen. Die Regulierungsspannung U^ erreicht dann den zweiten wert Up. Da- '

■ durch nimmt die'Polarisierung des Transistors T^ plötzlich zu; _: folglich wird in Viechseiwirkung die Polarisierung des Tran- ^! sistors Τ-, verringert und somit dessen scheinbarer Widerstand

• erhöht. Die ladung nimmt folglich mit noch niedrigerer, be- ; grenzter Spannung V= Yo ihren Fortgang. Diese Spannung ist eine^:

Funktion der gewählten Zener-Diode und des neuen Wertes der ,

ι- " ■ '

{ Regulierungsspannung Un = Up. I

Die Stärke des Ladestroms ist dann .außerordentlich gering),

reicht aber noch aus, um die Batterie im voll aufgeladenen Zustand zu halten, weil die langsame Entladung während ,des Lagerns aufgrund stellenweiser chemischer und elektrochemischer Wirkungen ausgeglichen wird. Dieser Strom ist jedoch nicht so stark, daß sich eine Überladung, und eine Gasentwicklung an den Elektroden ergibt.

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Beim Unterspannungsetzen sind sowohl der Transistor T„ als auch der Transistor T, im gesperrten Zustand und die ladung beginnt folglich auf dem Wartungsspannungsniveau.

Durch den über den Widerstand R-i fließenden Ladestrom, wird schließlich der Transistor Tp polarisiert und im leitenden Zustand gehalten.

■ Sobald der Transistor To polarisiert ist, durchfließt j ein Strom die Diode in Richtung Emitter-Basis des Transistor T.,j der ebenfalls polarisiert ist; der Widerstand R₁* wird wieder in den Spannungsteiler einbezogen und das Ladegerät geht zum ersten Spannungsniveau über, das der normalen Ladungsspannung der Batterie entspricht, ■ _ _

Das Erlöschen der in den Stromkreis des Transistors T₀

. . 2 ι

eingeschalteten Kontrollampe L zeigt an, daß die Ladung beendet j ist. Der parallel zur Kontrollampe L geschaltete Widerstand R,.-, gewährleistet die Zuverlässigkeit des Systems, selbst wenn diese' Lampe ausfällt. · . ;

Durch die Verwendung eines· oder mehrerer Widerstände vom GTK-Typ kann der manchmal beträchtliche Einfluß der Temperaturschwankungen auf die Betriebscharakteristiken der Transistoren sowie auf die Batteriekapazität ausgeglichen werden. . '·,

So ist in jedem Fall eine vollständige Aufladung der J Batterie erhalten, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Überladungshöchstgrenze überschritten oder aber die optimale Ladung j nicht erreicht wird.

Die Schaltung gemaii Fig. 14 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 13 im wesentlichen dadurch, daß der Haupt-

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transistor nicht aus einem einzigen Element besteht, das eine große Stromverstärkung aufweisen müßte, sondemaus einem zusammengesetzten Transistor T-. ·- T₁-J dieser ist durch Vereinigen eines Transistors T-. mit mittlerer Verstärkung und eines- Transistors T₁- geringer Leistung erhalten, die miteinander in Darlington¹ scher Schaltung verbunden sind. Der Widerstand R-,ρ gleicht den Umkehrstrom aus, der sich im Transistor T-. bei hohen Temperaturen ergeben würde. Diese Abwandlung ist wirtschaftlich noch vorteilhafter.

Die Schaltung gemäß Fig. 15 ist eine Abwandlung der zwei vorhergehenden Schaltungen. Dabei sind der Spannungsteiler R₁-R-J_; Rr, Ht,' Rn, GTN und der Stromkreis R-m-Z der Zener-Diode nicht

γ,

n, GTN und der Stromkreis R-m

mit dem Emitter des Haupt transistors T-. verbunden, sondern mit dem Verbindungspunkt des Emitters des Transistors Tc und der Basis des Transistors T...

Diese Abwandlung hat den Vorteil, daß j ede,Abgabe der

Batterie in die Elemente des Ladegerätes nach Beendigung des

Ladevorgangs verhindert ist und folglich das Diode-Ventil Dp weggelassen werden kann.

Die Fig. 16, 17 und 18 sind abgewandelte Schaltungen gemäß der Erfindung, die denjenigen gemäß den Fig. 13, 14, 15 entsprechen; der einzige Unterschied liegt darin, daß die pnp-Transistoren gemäß den Fig. 13 bis 15 durch npn-Transistoren ersetzt sind, und umgekehrt.

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Claims

- 29 - " ; Patentansprüche:

1. Elektrochemischer Generator, beispielsweise Akkumulatorenbatterie oder wiederaufladbare Zelle·, mit einer programm!erjten Ladevorrichtung, die von einer Quelle für gefilterten und
gleichgerichteten Wechselstrom gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stromquelle zwei zueinander parallele Stromkreise angeschlossen sind, von denen der erste den elektro-. j chemischen Generator über den Emitter-Kollektor-Strompfad eines j ersten Transistors speist und der zweite den Emitter-Kollektor- j

! Strompfad eines zweiten Transistors enthält, daß der erste Tran-; I ' j

sistor durch eine Spannung polarisiert wird, die während des

Ladens einerseits als Funktion der veränderlichen, an den Klemmen des elektrochemischen Generators abgenommenen und an seinen

j Emitter angelegten Spannung veränderlich ist, und andererseits" ';

j als Funktion einer ebenfalls veränderlichen Vergleichsspannung,

-die an einem Punkt eines parallel zum ersten Stromkreis ge- i schalteten Stromkreises abgenommen und an seine Basis angelegt

,wird, und der dadurch einen scheinbaren Widerstand aufweist, der\

; während des Ladens veränderlich ist, daß der zweite Transistor
zwischen seinem Emitter und seiner Basis durch eine Spannung

j polarisiert wird, die eine Funktion der Stärke des Ladestroms is|. und von dem einen extremen Betriebszustand zimanderen überwechselt, wenn diese Stromstärke unter einen bestimmten, kritischen Wert
abfällt, und daß eine Zwischenverbindungsvorrichtung derart eingeschaltet ist, daß das tiberwechseln des zweiten Transistors als j Wechselwirkung durch plötzliches Verändern der an der Basis des
ersten Transistors liegenden Vergleichsspannung das Überwechseln des ersten Transistors in einen Zustand bewirkt, in dem sein
scheinbarer Widerstand sehr hoch oder unendlich ist.

Neue Unterlagen (Art. / § ι At* 2 Nr. ι Sat«3dtiXndTuiwp-.v.a.a. i_Q«₇₁ "30-

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ^: daß der Stromkreis, von dem die Vergleichsspannung abgenommen wird, aus, dem zweiten Stromkreis besteht, d.h. dem den Emitter- ' jKollektor-Strompfad des zweiten Transistors enthaltenden -Stromkreis . ^;

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stromkreis mindestens einen in Serie mit dem Emitter-Kollektor-Strompfad des zweiten Transistors geschalteten Vi i der stand enthält. ;

4. Vorrichtung nach Anspruch-3, dadurch gekennzeichnet, .daß der zweite Stromkreis eine in Serie mit dem Widerstand ge- L

schaltete Zener-Diode enthält. . :

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, j daß die Vergleichsspannung an einem Zv/ischenpunkt des in Serie ^;mit der Zener-Diode geschalteten Widerstands abgenommen ist

I(Fig. 3,4)V :

.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 'daß der zweite Stromkreis eine parallel mit mindestens einem Teil' jdes Widerstandes geschaltete Zener-Diode enthält (Fig. 5,6). ;

7. Vorrichtung nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet,: daß die Vergleichsspannung an einem Verbindungspunkt des parallel

;mit der Zener-Diode geschalteten Teils des Widerstands abgenommen ist (Fig. 4,5t6).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß der Stromkreis, an dem die Vergleichsspannung abgenommen ist, aus einem dritten Stromkreis besteht, der den Emitter-Kollektor-Strompfad eines dritten Transistors mit veränderlichen Polari-

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I -31- - :■■;-

sierung enthält, sowie eine Zener-Diode, die mit der Emitterseitf ι
des Transistors verbunden und über einen Widerstand gespeist ist. und daß.die an der Basis des ersten Transistors liegende Spannung ' an einem Punkt des dritten Stromkreises entnommen wird, der auf der Kollektorseite des dritten Transistors liegt (Fig. 7).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor während des Ladevorgangs durch eine Spannung polarisiert wird, die einerseits als Funktion der durch die &ener-J)iode gegebenen und an seinen Emitter angelegten Spannung veränderlich ist und andererseits als Funktion einer

i einstellbaren Eegulierungsspannung, die an einem mit den Klemmen des elektrochemischen. Generators verbundenen Spannungsteiler abgenommen und an seine Basis angelegt wird, wodurch er gesperrt bleibt, während die an den Klemmen des elektrochemischen Generators liegende Spannung niedrig bleibt und: eine maximale Polarif sierung des ersten Transistors und ein anschließendes zunehmendes Entsperren erlaubt und die an der BsßLs des ersteh Transistors ^! liegende Spannung verändert wird (Fig. 7). ' j

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, ' daß der Spannungsteiler aus einer Einheit aus Widerständen be- I steht, von denen mindestens einer ein Widerstand mit negativem |

j Temperaturkoeffizient ist (Fig. 7)·. !

11. Vorrichtung nach Anspruch 9' oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler mindestens zwei parallel geschaltete Abzweigungen hat, die jeweils mindestens einen Widerstand enthalten, wobei eine der Abzweigungen den Emitter-Kollektor-Strompfad eines vierten Transistors enthält, der inAbhängigkeit von seinem leitenden oder gesperrten Zustand den oder die Widerstände der Abzweigung unter oder außer Strom.setzt

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und das Niveau der an der Basis des dritten Transistors liegendenRegulierungsspannung und in Wechselwirkung die an der Basis des ersten Transistors liegende Vergleichsspannung plötzlich ändert (Fig. 13).'

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der vierte Transistor derart miteinander verbunden sind, daß durch das Überwechseln des zweiten Transistors von dem einen extremen Betriebszustand in den anderen der vierte Transistor überwechselt und folglich der scheinbare Widerstand w des ersten Transistors plötzlich verändert wird (Fig. 13).

Ί"3· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenverbindung zwischen dem zweiten und dem vierten Transistor durch Schließen des zweiten Stromkreises über den Emitter-Basis-Strompfad des vierten Transistors bewirkt wird, und daß der Strompfad eine gleichstromgespeiste Diode bildet (Fig. 13).

14. Vor richtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter und die Basis des zweiten Transistors jeweils mit den beiden Enden eines in Serie mit dem ersten Stromkreis, geschalteten Widerstands verbunden sind/ und daß die· Polarisierungsspannung des Transistors zumindest teilweise, "aus dem durch den Durchfluß des Ladestroms über den Widerstand bewirkten Spannungsabfall besteht (Fig. 3).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einstellbar ist (Fig. 3).

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15» dadurch gekennzeichnet,- daßsie einen Hilfsstromkreis aufweist, der vom ersten Stromkreis abgezweigt ist und eine in Serie mit einem -■'■■

■-"■■-■■■" , ■ ■ -33- ^:

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Widerstand geschaltete Diode aufweist, und daß der Spannungsabfall über diese Diode, der zusammen mit dem Spannungsabfall auf-' grund des Durchflusses des Ladestromes durch mindestens einen Teil des in dem ersten Stromkreis liegenden Widerstandes zum ; Polarisieren des zweiten-Transistors dient (Fig. 4).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,; daß die Diode einen negativen Temperaturkoeffizienten hat. j

18. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, da- I durch gekennzeichnet, daß der erste Transistor aus einem zusammengesetzten Transistor besteht, der aus zwei Transistoren

\ gebildet ist, nämlich einem Transistor mit mittlerer Stromver- ; Stärkung und einem Transistor geringer Leistung, die miteinander! durch eine Darlington¹sehe Schaltung verbunden sind (Fig. 8,9,11« 12,14,15,17,18).

i ■ ■

19. Vorrichtung nach Anspruch 0 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler und der Ladestromkreis der .Zener-Diode durch den Transistor geringer Leistung der Darling- ^: [ ton¹sehen Schaltung gespeist sind. ]

i 20. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, da-¹ durch gekennzeichnet, daß der zweite Stromkreis eine Kontrolllampe aufweist, die in Serie mit einem Widerstand geschaltet ist (Fig. 6 bis 18).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschluß zur Kontrollampe ein Widerstand liegt (Fig.7 bis 18).

22. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator zwischen Emitter und Kollektor des zweiten Transietors parallel geschaltet ist (Fig.3 Ms 12). _M

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23. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des ersten Transistors nit einem der. Pole der Stromquelle über einen Widerstand verbunden ist und selbst nach dem Sperren des Transistors einen schwachen Wartungsstrom "fließen läßt (Fig. 7_t 10). ;

24. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, da- _: durch gekennzeichnet, daß in Nebenschluß zu Emitter und Kollektor des ersten Transistors ein Widerstand liegt, der selbst nach dem Sperren des Transistors einen schwachen Wartungsstrom fließen läßt.

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