DE1933904A1

DE1933904A1 - Battery charger

Info

Publication number: DE1933904A1
Application number: DE19691933904
Authority: DE
Inventors: Olive Mcgregor
Original assignee: NV Tools Ltd
Current assignee: NV Tools Ltd
Priority date: 1969-07-03
Filing date: 1969-07-03
Publication date: 1971-01-07

Description

Batterieladegerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Batterieladegerät, und es ist Ziel der Erfindung, eine verbesserte Schaltung für ein solches Gerät anzugeben. Battery charger The invention relates to a battery charger, and it is an object of the invention to provide an improved circuit for such a device to specify.

Dabei verkörpert sich die Erfindung in einem Batterieladegerät, das eine steuerbare Halbleiteranordnung aufweist, die so geschaltet ist, daß nur dann ein nennenswerter Ladestrom an den Ausgangsklemmen der Schaltung an eine Batterie abgegeben wird, wenn zwischen diesen Ausgangsklemmen eine Spannung herrscht, die in einem Bereich von etwas unterhalb der Klemaenspannung der Batterie in völlig entladenem Zustand und etwas unterhalb der Klemmenspannung der gleichen BattErie in völlig aufgeladenem Zustand liegt, und daß der Ladestrom innerhalb dieses Bereiches im wesentlichen konstant ist. The invention is embodied in a battery charger that having a controllable semiconductor arrangement which is switched so that only then a significant charge current at the output terminals of the circuit to a battery is output when there is a voltage between these output terminals that in a range of slightly below the terminal voltage of the battery in fully discharged state and slightly below the terminal voltage of the same battery is fully charged and that the charging current is within this range is essentially constant.

Außerdem verkörpert sich die Erfindung in einer solchen Ladeschaltung, bei der die Halbleiteranordnung aus einem ersten Transistor besteht, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Serie mit der zu ladenden Batterie an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und dessen Basis so gesteuert wird, daß den Transistor nur dann ein nennenswerter Ladestrom durchfließt, wenn die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen der Schaltung innerhalb des oben erwähnten Bereichs liegt. In addition, the invention is embodied in such a charging circuit, in which the semiconductor arrangement consists of a first transistor, the emitter-collector path of which connected in series with the battery to be charged to a DC voltage source and whose base is controlled so that the transistor is only a noteworthy Charging current flows through when the voltage is between the output terminals of the circuit is within the above-mentioned range.

Weiterhin verkörpert sich die Erfindung in einer solchen Ladeschaltung, bei der die Basis des ersten Transistors an den Kollektor eines zweiten Transistors angeschlossen ist, der dem ersten Transistor nur bei einer innerhalb des oben erwähnten Bereichs liegenden Spannung zwischen den Ausgangsklemmen der Schaltung einen nennenswerten Basisstrom zuführt. Furthermore, the invention is embodied in such a charging circuit, where the base of the first transistor is connected to the collector of a second transistor connected to the first transistor only at one within the above mentioned The voltage between the output terminals of the circuit has a significant range Base current supplies.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr ein in der Zeichnung veranschaulichtes mögliches Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batterieladegerät näher beschrieben. Dabei sind in der Zeichnung: Fig. 1 eine Darstellung der Lade-Kennlinie für ein erfindungsgemäßes Batterieladegerät und Fig. 2 ein Schaltbild für den elektrischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Batterieladegerätes. To further explain the invention, a will now be shown in the drawing Illustrated possible embodiment for a battery charger according to the invention described in more detail. The drawing shows: FIG. 1 an illustration of the charging characteristic for a battery charger according to the invention and FIG. 2 is a circuit diagram for the electrical Structure of a battery charger according to the invention.

Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Batterieladegeräts ist in Fig. 1 die Beziehung zwischen dem Ladestrom und der Ausgangskle enspannung dargestellt, und die zugehörige Kurve zeigt, daß innerhalb eines kritischen Bereiches zwischen einem Punkt Y und einer kritischen AusgangsklXsensp nnung Vc der Ladestrom praktisch auf einem konstanten Wert Ic verbleibt. Oberhalb und unterhalb dieses Bereichs fällt der Ladestrom dagegen rasch auf einen Wert von praktisch Null ab. To illustrate the operation of the battery charger according to the invention is in Fig. 1 the relationship between the charging current and the output voltage shown, and the associated curve shows that within a critical range between a point Y and a critical output voltage Vc is the charging current practically remains at a constant value Ic. Above and below this range, on the other hand, the charging current quickly falls to a value of practical Zero off.

Zum Laden einer üblichen Bleibatterie wird die Ladekurve am Ausgang der Schaltung so eingestellt, daß der Ladevorgang etwas unterhalb der Klemmenspannung einer vollständig entladenen Bleibatterie beginnt und bis kurz unterhalb eines vorgegebdnen Abschaltpunktes bei einem vorgegebenen Ladestrom gehalten wird. The charging curve at the output is used to charge a standard lead-acid battery the circuit is set so that the charging process is slightly below the terminal voltage a fully discharged lead-acid battery begins and goes up to just below one Shutdown point is held at a predetermined charging current.

So beträgt beispielsweise die Leerlaufklemmenspannung einer vollständig entladenen Bleibatterie etwa 1,75 Volt pro Zelle, und dementsprechend liegt die Leerlaufklemmenspannung für eine vollständig entladene Bleibatterie aus sechs Zellen bei etwa 10,5 Volt. For example, the open circuit terminal voltage is one full discharged lead-acid battery is about 1.75 volts per cell, and accordingly the Open circuit terminal voltage for a fully discharged lead-acid battery of six cells at about 10.5 volts.

Zum Aufladen einer solchen Batterie mit einem Ladestrom von 3 Ampere wird das erfindungsgemäße Ladegerät so ausgelegt, daß der Ladestrom bis zu einer Ausgangsklemmen spannung von 6 Volt gleich Null ist und zwischen 9,5 Volt und einer Spannung von etwa 1 Volt unterhalb der erforderlichen endgültigen Klemmenspannung 3 Ampere beträgt. Die endgültige Kle lenspannung kann 13*5 Volt oder 13,8 Volt, d. h. 2,25 oder 2,3 Volt pro Zelle, betragen und läßt sich durch Kleinladung erreichen, wobei bei dieser Klemmenspannung nur mehr ein Restladestrom fließt. For charging such a battery with a charging current of 3 amps the charger according to the invention is designed so that the charging current up to one Output terminal voltage of 6 volts is zero and between 9.5 volts and one Voltage about 1 volt below the required final terminal voltage 3 amps. The final Kle lens voltage can be 13 * 5 volts or 13.8 volts, d. H. 2.25 or 2.3 volts per cell, and can be achieved by small charge, with this terminal voltage only a residual charge current flows.

Anzumerken bleibt, daß bei einer derartigen Lade-Kennlinie für den Fall eines Kurzschlusses zwischen den Ausgangsklemmen der Ausgangsstrom ebenfalls zu Null wird, wodurch eine ungewollte Beschädigung der Ladeschaltung vermieden bleibt. It should be noted that with such a charging characteristic for the In the event of a short circuit between the output terminals, so does the output current becomes zero, thereby avoiding unwanted damage to the charging circuit.

In Fig. 2 ist eine Schaltung veranschaulicht, die so aufgebaut ist, daß sie eine Ausgangskurve liefert, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Dabei kann der in Fig. 2 dargestellte Transistor TR1 ein Leistungstransistor entweder wie in Fig. 2 dargestellt vom pnp-Typ oder auch vom npn-Typ sein. Der Transistor TR1 wird durch unmittelbare Ankopplung an den Kollektor eines Transistors TR2 gesteuert, der seinerseits wie in Fig. 2 dargestellt ein npn-Transistor oder auch ein pnp-Transistor sein kann. Die Begrenzung für den Ausgangsstrom der Schaltung läßt sich mit Hilfe eines Potentiometers VR1 einstellen, das die Belastung an die Basis des Transistors TR2 weitergibt. Der Emitter des Transistors TR2 wird über ein Netzwerk gespeist, das aus einer Zenerdiode ZD1, einer Diode D1 und einem Widerstand R1 besteht. Dementsprechend wird der Transistor TR2 gleichzeitig an seiner Basis und seinem Emitter angesteuert und arbeitet als Verstärker mit geerdetem Emitter und geerdeter Basis. In Fig. 2, a circuit is illustrated which so built up is that it provides an output curve as shown in FIG. Included the transistor TR1 shown in FIG. 2 can either be a power transistor as shown in Fig. 2 of the pnp type or of the npn type. The transistor TR1 is controlled by direct coupling to the collector of a transistor TR2, which in turn, as shown in Fig. 2, an npn transistor or a pnp transistor can be. The limitation for the output current of the circuit can be adjusted with the help of Adjust a potentiometer VR1 that applies the load to the base of the transistor TR2 passes on. The emitter of the transistor TR2 is fed via a network, which consists of a Zener diode ZD1, a diode D1 and a resistor R1. Accordingly the transistor TR2 is driven simultaneously at its base and its emitter and works as an amplifier with a grounded emitter and grounded base.

Werden die Ausgangsklemmen kurzgeschlossen, d. h. beträgt die Ausgangsspannung Null, so bleibt der Kollektor des Transistors TR2 auf positivem Potential und entsprechend die Basis und der Emitter des Transistors TR1, und die Basis des Transistors TR2 erhält über das Potentiometer VR1 und einen Widerstand R2 ein negatives Potential. If the output terminals are short-circuited, i. H. is the output voltage Zero, the collector of the transistor TR2 remains at positive potential and accordingly the base and emitter of the transistor TR1, and the base of the transistor TR2 receives a negative potential via the potentiometer VR1 and a resistor R2.

Der Emitter des Transistors TR2 ist dadurch isoliert, und der Transistor TR1 erhält keinen Basisstrom zugef(lhrt, und die gesamte Eingangsgleichspannung stehtüb-erTransistor TR1.The emitter of the transistor TR2 is thereby isolated, and the transistor TR1 receives no base current and the entire DC input voltage stands over transistor TR1.

Wird an die Ausgangsklemmen eine variable Gleichspannung angelegt und allmählich erhöht, so ist so lange kein Stromfluß zu beobachten, bis die Klemmenspannung den Punkt erreicht, an dem die Zenerdiode ZD2 Strom zieht, und das ist der Punkt X in Fig. 1. Bei weiterem Anstieg der Ausgangsspannung nimmt der Strom rasch zu, bis die Zenerdiode ZD1 steuernd wirksam wird, d. h. bis zu einer Spannung, die der Spannung über die Zenerdioden ZD1 und ZD2 entspricht. A variable DC voltage is applied to the output terminals and gradually increases, no current flow can be observed until the terminal voltage reaches the point where the zener diode ZD2 draws current and that is the point X in Fig. 1. With a further increase in the output voltage, the current increases rapidly, until the zener diode ZD1 has a controlling effect, d. H. up to one Voltage that corresponds to the voltage across the Zener diodes ZD1 and ZD2.

Von nun an wird die Ausgangsspannung überwacht, und die gesamte über den Widerstand R1 abgegebene Belastung dient der Speisung des Emitters des Transistors TR2. Erreicht die Ausgangsklemmenspannung einen solchen Wert, daß das Emitterpotential des Transistors TR2 dessen Basispotential nahekommt, das durch das Potentiometer VR1 festgelegt wird, so vermindert sich die Speisung für die Basis des Transistors TR1. From now on the output voltage is monitored, and the entire over The load emitted by the resistor R1 is used to feed the emitter of the transistor TR2. When the output terminal voltage reaches such a value that the emitter potential of the transistor TR2 comes close to its base potential determined by the potentiometer VR1 is set, the supply to the base of the transistor is reduced TR1.

Auf diese Weise kommt es zu einer Verminderung des Ladestromes, sobald ein Punkt erreicht ist, bei dem die Ausgangsklemmenspannung der Ladeschaltung der Spannung der Batterie B entspricht, und es fließt nur mehr ein Reststrom, der die Klemmenspannung der Batterie B auf einem vorgegebenen konstanten Spannungswert hält. In this way there is a reduction in the charging current as soon as a point is reached at which the output terminal voltage of the charging circuit of the Voltage of the battery B corresponds, and there is only a residual current that flows Terminal voltage of the battery B holds at a predetermined constant voltage value.

Die mit der Zenerdiode ZD1 oder gegebenenfalls auch mit der Zenerdiode ZD2 in Serie geschaltete Diode Dl dient als Schutz gegen die Gefahr eines Anschlusses der Batterie B mit vertauschter Polaritt. In diesem Fall wird die Zenerdiode ZD2 leitend, und die volle inverse Spannung steht dann an dem Widerstand R2 und dem Potentiometer VR1, Die Diode D1 verhindert Jedoch einen Stromdurchgang, und dementsprechend gerät der Emitter des Transistors TR2 über den Widerstand R1 auf ein positives Potential und schaltet damit die Transistoren TR1 und TR2 ab. The one with the Zener diode ZD1 or possibly also with the Zener diode ZD2 series-connected diode Dl serves as protection against the risk of a connection of battery B with reversed polarity. In this case the Zener diode ZD2 conductive, and the full inverse voltage is then across the resistor R2 and the Potentiometer VR1, however, the diode D1 prevents the passage of current, and accordingly the emitter of the transistor TR2 gets to a positive potential via the resistor R1 and thus switches off the transistors TR1 and TR2.

Mit Hilfe der oben beschriebenen Schaltung lassen sich folgend Vorteile erzielen: 1.) etne Ladung erfolgt nur innerhalb eines kritisohen Ladeberotohsß 2o) innerhalb dieses am meisten benötigten Abschnitts steht ein nahezu konstanter Ladestrom zur Verfügung; 3.) die Schaltung läßt sich so auslegen, daß sie sich nahezu Jedem gewünschten Ladezyklus anpassen läßt; 4.) sobald die kritische Spannung angenähert erreicht ist, arbeitet die Schaltung mit einem hohen Wirkungsgrad; 5. ein Kurzschluß der Ausgangsklemmen bleibt ohne schädliche Folgen; 6.) ein Anschluß einer -Batterie mit vertauschter Polarität bleibt ohne schädliche Wirkung für die Batterie selbst oder für die Ladeschaltung, und 7.) die Schaltung zeichnet sich durch einen sparsamen Aufbau aus immer verfügbaren Einzelteilen aus. With the aid of the circuit described above, the following advantages can be achieved Achieve: 1.) A charge only takes place within a critical charging period 2o) within this most needed section there is an almost constant charging current to disposal; 3.) The circuit can be designed so that it can be used by almost everyone can be adjusted to the desired charging cycle; 4.) as soon as the critical voltage is approached is reached, the circuit works with a high degree of efficiency; 5. a short circuit the output terminal remains without harmful consequences; 6.) a connection of a battery reversed polarity has no harmful effect on the battery itself or for the charging circuit, and 7.) the circuit is characterized by an economical Construction from always available individual parts.

Claims

w Battery charger, not shown by a controllable Semiconductor arrangement which is connected in such a way that only then a significant charging current from its output terminals to a connected battery when the voltage flows between the output terminals within a range of just below the terminal voltage a completely discharged battery to just below the terminal voltage fully charged battery, and that the charging current approximates over this range remains constant.

2. Charger according to claim -1, characterized in that the semiconductor device consists of a first transistor whose emitter-collector path with the to charging battery is connected in series to a DC voltage source and its Base is controlled so that only then a significant charging current through the transistor flows when the voltage between the output terminals is within the range of just below the terminal voltage of a fully discharged battery to shortly is below the terminal voltage of a fully charged battery.

3. Charger according to claim 2, characterized in that the base of the first transistor is connected to the collector of a second transistor which is only within a terminal voltage range of the first transistor just below the terminal voltage of a fully discharged battery to shortly below the terminal voltage of a fully charged battery a notable one Base power supplies.

4. Charger according to claim 3, characterized in that the A first Ze-Zener diode is connected to the emitter of the second transistor, whereby the base current for the first transistor increases at an Xle; ren voltage above the terminal voltage of a fully charged battery is reduced.

5. Charger according to claim 4, characterized in that the A second Zener diode is connected to the base of the second transistor, whereby the base current for the first transistor is below a terminal voltage below the terminal voltage of a fully discharged battery is reduced.