DE2012283A1

DE2012283A1 - Ladeeinrichtung für Batterien

Info

Publication number: DE2012283A1
Application number: DE19702012283
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-03-14
Filing date: 1970-03-14
Publication date: 1971-09-30
Also published as: JPS5325935B1; FR2084560A5; BE763914A; DE2012283C3; DE2012283B2

Description

Dipl.-Ing. Hermann Meyer _{ΛΛ<1ΑΑΑΛ} 12« März 1970

Harthauserstr. 60 ·

Ladeeinrichtung für Batterien

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung für Batterien mit einer Ladespannungsquelle und einer Steuereinrichtung, die ein bei einer vorgegebenen Ladespannung den Ladevorgang beendendes Schaltelement aufweist· .

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine solche Ladeeinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut sein soll, in der möglichst wenige Bauelemente vorhanden sein sollen und die weiterhin sicher arbeiten soll. Außerdem soll die Ladeeinrichtung zur Sehnelladung der Batterien verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Ladequelle, deren Ausgangsspannung abhängig ist von ihrer Belastung, sowie die Steuereinrichtung über das Schaltelement direkt parallel zur aufzuladenden Batterie schaltbar sind, daß das Schaltelement durch ein im Ausgangskreis eines

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elektronischen Verstärkerelementes befindliches Steuermittel betätigbar ist, daß die Steuerelektrode des Verstärkerelementes mit einem Abgriff eines aus einer Zenerdiode und einem Widerstand bestehenden Spannungsteiler verbunden ist und daß bei Erreichen der Soll-Ladespannung der Batterie durch das Steuermittel die Betätigung des Sohaltelementes zur Abschaltung der Batterie eingeleitet und infolge der dann plötzlich ansteigenden Spannung der Ladequelle sprunghaft durchgeführt wird.

Eine solche Ladeeinrichtung weist den Vorteil auf, daß beim Anschließen einer aufzuladenden Batterie zunächst ein zur Kapazität der Batterie relativ großer Ladestrom fließt, dessen Größe abhängig ist von der gegenüber der Soll-Ladespannung der Batterie genügend groß gewählten Leerlaufspannung der Ladequelle sowie von dem Innenwiderstand der Ladequelle und dem Innenwiderstand der Batterie. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer relativ schnellen Aufladung der Batterie. Erreicht nun die Ladespannung der aufzuladenden Batterie ihren Sollwert, so ist auch die Durchbruchspannung der· Zenerdiode erreicht. Es kann also ein zum Aufsteuern des Verstärkerelementes ausreichender Steuerstrom fließen..Demzufolge wird die Betätigung des Schaltelementes eingeleitet und die Abschaltung der Batterie vorgenommen. Durch die Abschaltung der Batterie wird die Hauptbelastung der Ladequelle aufgehoben.

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Die Spannung an den Ausgangsklemmen der ladequelle steigt daher plötzlich, an, so daß das Steuermittel von einem plötzlich erhöhten Strom durchflossen wird. Hierdurch ist eine sichere und schnelle Betätigung des Schaltelementes gewährleistet. .

Gemäß einer weiteren Ausbildung ist das Schaltelement ein durch ein als Steuermittel verwendbares Relais betätigbarer Kontakt.

Als Schaltelement kann aber auch ein durch ein thermisch arbeitendes Steuermittel beeinflußbarer Kontakt verwendet werden*

Zweckmäßigerweise ist das Verstärkerlement mit dem Steuermittel sowie der aus Zenerdiode und Widerstand bestehende Spannungsteiler parallel zur ladequelle geschaltet.

Als Schaltelement kann natürlich auch ein Umschalter verwendet werden, mittels dessen einen Kontakt die Batterie abschaltbar und mittels dessen anderen Kontakt das Steuermittel direkt parallel zur Ladequelle schaltbar ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise das Verstärkerelement überbrückt.

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Gemäß weiterer Ausbildung weist die Ladequelle einen Transformator auf, dessen Ausgangswicklung mit einem Gleichrichter, vorzugsweise mit einem Brückengleichrichter, verbunden ist. Der Innenwiderstand des Transformators und des Brückengleichrichters ist so bemessen, daß die Ausgangsspannung der Ladequelle mit steigender Belastung derselben absinkt. Demzufolge muß die Leerlaufspannung der Ladequelle größer als die Soll-Ladespannung der Batterie sein. Dadurch, daß durch die Rückkopplung des bei beginnender Abschaltung der Batterie auftretenden Spannungssprunges das Schaltelement voll durchgeschaltet wird, benötigt man keine Glättungskondensatoren. Eine gewisse Welligkeit ist tragbar, ohne daß hierdurch Kontaktverschmelzungen auftreten können.

Als Ladequelle kann auch eine Konstantgleichspannungsquelle verwendet werden, der ein Vorwiderstand geeigneter Größe nachgeschaltet ist.

Gemäß einer weiteren Ausbildung sind die Zenerdiode und der mit ihr in Reihe geschaltete, vorzugsweise einstellbare Widerstand so bemessen, daß das Verstärkerelement bei Erreichen der Soll-Ladespannung der Batterie aufgesteuert wird.

Zweckmäßigerweise wird als Verstärkerelement ein Transistor verwendet, wobei in seinem Kollektorkreis das Relais angeordnet

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ist. Die Basis des Transistors ist mit dem verstellbar ausgebildeten ¥iderstand verbunden, der wiederum über die Zenerdiode mit dem dem Kollektor des Transistors abgewandten Seite des Relais in Verbindung steht. . .

Gemäß weiterer Ausbildung ist eine die Entladung der aufgeladenen Batterie-verhindernde Sperrdiode vorgesehen, die entweder in dem direkten Verbindungszweig zwischen der Ladequelle und der Batterie oder aber in einem das Schaltelement überbrückenden Stromkreis angeordnet ist.

In dem einen !"all verhindert die Diode bei abgeschalteter ladequelle dann einen Stromfluß von der Batterie über die Steuereinrichtung, wenn die Batteriespannung größer als die Zenerspannung ist.

Im anderen Fall, wenn die Diode im überbrückenden Stromkreis angeordnet ist, gewährleistet sie einen sicheren Abfall des Ankers des Relais, wenn die ladequelle abgeschaltet ist. Die Diode braucht im Gegensatz zum vorher beschriebenen Fall nur für den Überbrückungsstrom ausgelegt zu werden. Der Überbrückungsstromkreis dient auch als Nachladestromkreis.

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TJm dem Benutzer der Ladeeinrichtung anzuzeigen, daß die Batterie aufgeladen ist, ist zweckmäßigerweise in dem ttberbrückungskreis eine Anzeigelampe vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.

Die ligur zeigt in schematischer Darstellung die Schaltungsanordnung der Ladeeinrichtung.

Mit 1 ist eine aufzuladende Batterie bezeichnet, die zweckmäßigerweise aus mehreren Batteriezellen besteht. Mit 2 und 3 sind die Anschlußstellen für die Batterie 1 bezeichnet. Ein Wechselspannungstransformator 4·, der an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen ist, weist eine Eingangswicklung 5 und eine Ausgangswicklung 6 auf, welche mit einem Brückengleichrichter 7 verbunden ist. Parallel zum Brückengleichrichter sind ein Relais 8 und ein Transistor 9 in Reihe geschaltet, wobei das Relais 8 im Kollektorkreis des Transistors 9 angeordnet ist. Die Basis des Transistors 9 ist mit dem⁴Abgriff eines einstellbaren Widerstandes 10 verbunden, mit dem eine

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Zenerdiode 11 in Reihe geschaltet ist. Die Reihenschaltung aus Widerstand .10 und Zenerdiode 11 ist ebenfalls parallel zum Brückengleichrichter 7 angeordnet.

Mit 12 und 13 sind die Anschlußstellen der Ladespannungsquelle 20, 4, 7 bezeichnet. Eine Diode 14.soll verhindern, daß bei aufgeladener Batterie 1 und bei abgeschalteter Netzspannung sich die Batterie 1 über die Steuereinrichtung 8 bis 11 entlädt.

Der Emitter des Transistors 9 ist über den Kontakt 15 eines Umschalters 15» 16 mit der negativ aufladbaren Seite der Batterie 1 verbunden. Über den Kontakt 16 des Umschalters 15, 16 ist die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 9 überbrückbar und demzufolge das Relais 8 direkt parallel zum Relais 8 schaltbar. Mit 17 ist eine parallel zum Relais 8 angeordnete Diode bezeichnet, die zur Beseitigung von Spannungsspitzen am 'Relais 8 dient. Mit 18 ist eine Anzeigelampe bezeichnet. Die Anzeigelampe 18 überbrückt den Kontakt 15 des Umsehalters 15, 16.

Die Punktionswelse der Ladeeinrichtung nach der Erfindung ist nun folgende.

Wird lit nicht dargestellter: Weise die Netzspannung eingeschalt tet, so fließt der Ladestrom titoer:

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■ Transformator 4, Brüokengleichrichter 7, Sperrdiode 14, Batterie 1, Kontakt 15 des Umschalters 15, 16, Brückengleichrichter 7 und Transformator 4.

Die Größe des Ladestroms ist durch die an der Ausgangswicklung 6 des Transformators 4 gegebene Ieerlaufspannung sowie durch den Widerstand des Transformators 4, des Brückengleichrichters 7> der Sperrdiode 14 und der Batterie 1 gegeben ist.

Der anfängliche Ladestrom ist so groß gewählt, daß er dem maximal zulässigen Ladestrom der Batterie 1 entspricht. Infolge der starken anfänglichen Belastung der Ladespannungs-

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quelle/4, 7 ist die Spannung zwischen den Anschlußstellen 12 und 13 zunächst sehr gering. Da die an der Zenerdiode 11 vorhandene Spannung unterhalb des Spannungsdurchbruches liegt, fließt über die Basis des Transistors 9 kein Strom. Der Transistor 9 iet demzufolge gesperrt und das Relais 8 nicht erregt.

Bei der weiteren Aufladung der Batterie 1 steigt an ihr die Spannung langsam an. Demzufolge steigt auch die Spannung an den Reihenschaltungen bestehend aus dem Relais 8 und dem Transistor 9 sowie aus der Zenerdiode 11 und dem Widerstand 10 an. Kurz vor Erreichen der Soll-Ladespannung der Batterie

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wird die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 11 erreicht, so daß nun über den Spannungsteiler 10, 11 ein Strom fließen kann. Demzufolge steigt das Potential an der Basis des Transistors 9 zu positiven Werten hin. Der Transistor 9 wird aufgesteuert. Das Relais 8 wird demzufolge vom Strom durchflossen. Mit wachsendem Strom nimmt der Kontaktdruck des Kontaktes 16 des Umschalters 15, t6 ab und der Übergangswiderstand wächst. Der ladestromkreis für die Batterie 1 wird daher unterbrochen. Infolgedessen steigt die Spannung zwkschen den Anschlußstellen 12 und 13 plötzlich an; Die erhöhte Spannung bewirkt eine sofortige. Erhöhung des durch das Relais 8 fließenden. Stromes. Das hat zur 3?olge_f daß der Kontaktarm des Umschalters 15, 16 mit Sicherheit Schnell umlegt. Der Kontakt 16 wird geschlossen. Die KoIiektor-Emitter-Strecke des Transistors 9 ist nun über den Kontakt 16 kurzgeschlossen und das Relais 8 direkt parallel zum Brückengleichrichter 7 geschaltet.

Weiterhin leuchtet nach dem Öffnen des Kontaktes 15 des Umschalters 15, 16 die Anzeigelampe. 18 auf.

Wird nun in nicht dargestellter Weise die^^Uetzspfiinnung. abgeschaltet, so fällt der Anker des^; Relais 8 ab* De? Kontakt 15 des Umschalters 15> 16 wird erneut geBChXosaen. Durch die Diode H wird, wie schön oben besenrieben* die Etitiadung der Batterie 1 über die einzelnen Elemente 8 bis 11 verhindert,

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Bei der ladeeinrichtung gemäß Pig. 2 sind alle den Einzelteilen gemäß Hg. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Als Ladequelle dient eine Konstantspannungsquelle 22, deren Innenwiderstand nahezu Null ist. Um bei ansteigendem Strom an der Steuereinrichtung eine absinkende Spannung zu erhalten, ist ein Vorwiderstand 21 vorgesehen.

Die Sperrdiode 19 ist in dem den Umschalter 15, 16 überbrückenden Stromkreis vorgesehen. Dieser Stromkreis ermöglicht eine geringfügige Nachladung der Batterie, wenn der Eontakt 15 des Umschalters 15» 16 geöffnet ist. Die Diode 19 gewährleistet, daß das Relais 8 nach dem Abschalten der Ladequelle 22 mit Sicherheit abfällt.

Solche Ladeeinrichtungen eignen sich z. B. in vorteilhafter Weise für Elektronenblitzgeräte, wobei zweckmäßigerweise dann die einzelnen Bauteile der Steuereinrichtung sowie die - aufzuladende Batterie in dem Gehäuse des Elektronenblitzgerätes untergebracht sind.

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Claims

Dipl.-Ing. Hermann Meyer 12. März 1970

München 90 lO

Harthauserstr. 60 -

Pat e ntansprüche

ρ.)Ladeeinrichtung für Batterien -mit einer Ladespannungsquelle und einer Steuereinrichtung, die ein "bei einer vorgegebenen Ladespannung den Ladevorgang beendendes Schaltelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladequelle (20, 4, 7),deren Ausgangsspannung abhängig ist von ihrer Belastung, sowie die Steuereinrichtung über das Schaltelement (15, 16) direkt parallel zur aufzuladenden Batterie (1) schaltbar sind, daß das Schaltelement (15, 16) durch ein im Ausgangskreis eines elektronischen Verstärkerelementes (9) befindliches Steuermittel (8) beeinflußbar ist, daß die Steuerelektrode des Verstärkerlementes (9) mit einem Abgriff eines aus einer Zenerdiode (11) und einem Widerstand (10) bestehenden Spannungsteiler verbunden ist, und daß bei Erreichen der Soll-Ladespannung der Batterie (1) durch das Steuermittel di-e Betätigung des Schaltelementes zur Abschaltung der Batterie (1) eingeleitet und infolge der dann plötzlich ansteigenden Spannung der Ladequelle (20, 4, 7) sprunghaft durchgeführt wird.

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2. Ladeeinrichtung für Batterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein durch ein als Steuermittel verwendbares Relais (8) betätigbarer Kontakt ist.
3. Ladeeinrichtung für Batterien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein durch ein thermisch arbeitendes Steuermittel beeinflußbarer Kon-

ψ takt ist.
4. Ladeeinrichtung für Batterien nach einem der Ansprüche

1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Yerstärkerelement (9) mit dem Steuermittel (8) sowie der aus Zenerdiode (11) und Widerstand (10) bestehender Spannungsteiler parallel zur Ladequelle (20, 4, 7) geschaltet sind.
5. Ladeeinrichtung für Batterien nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein Umschalter (5, 6) ist, mittels dessen einen Kontakt (15) die Batterie abschaltbar und mittels dessen anderen Kontakt (16) das Steuermittel (8) direkt parallel zur Ladequelle (20, 4, 7) schaltbar ist.
6. Ladeeinrichtung für Batterien nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladequelle einen Transformator (4) aufweist, dessen Ausgangswioklung (6)

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mit einem Gleichrichter (7), vorzugsweise einem Brückengleichrichter, verbunden ist und daß der Innenwiderstand des Transformators (4) und des Brückengleichrichters (7) so bemessen ist, daß die Ausgangsspannung der Ladequelle mit steigender Belastung derselben absinkt.
7. Ladeeinrichtung für Batterien nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladequelle eine Konstantspannungsquelle (22) ist, der ein Vorwiderstand (21) nachgeschaltet ist. -
8. Ladeeinrichtung für Batterien nach einem der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (11) und der mit ihr in Reihe geschaltete, vorzugsweise einstellbare Widerstand (10) so bemessen sind, daß das Verstärkerelement (9) bei Erreichen der Soll-Ladespannung der Batterie (1) aufgesteuert wird.
9. Ladeeinrichtung für Batterien nach einem der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerelement ein Transistor (9) ist, in dessem Kollektorkreis das Relais (8) angeordnet ist und dessen Basis mit dem verstellbar ausgebildeten Widerstand (10) verbunden ist, der wiederum über die Zenerdiode (11) mit dem dem Kollektor des Transistors (9) abgewandten Seite des Relais (8) in Verbindung steht.

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10. Ladeeinrichtung für Batterien nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Umschalters (15» 16) die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors (9) überbrückbar ist.
11. Ladeeinrichtung für Batterien nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrgleichrichter (H). vorgesehen ist, der entweder in dem direkten Verbindungszweig zwischen Ladequelle (20, 4, 7) und Batterie (1) oder in einem den Buhekontakt (15) des Umschalters (15, 16) überbrückender Stromkreis angeordnet ist.
12. Ladeeinrichtung für Batterien nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Überbrückungskreis außerdem eine Anzeigelampe (18) vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Lee r s e i t e