DE2012283C3

DE2012283C3 - Ladeeinrichtung für eine Batterie

Info

Publication number: DE2012283C3
Application number: DE2012283A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Hermann 8000 Muenchen Meyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-03-14
Filing date: 1970-03-14
Publication date: 1974-03-14
Also published as: FR2084560A5; BE763914A; JPS5325935B1; DE2012283A1; DE2012283B2

Description

Die. Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung für

eine Batterie mit einer Ladespannungsquelle mit bei zunehmender Belastung geringer werdender Ausgangsspannung und mit einer Steuervorrichtung, die einen Transistor, ein im Kollektor-Emitter-Kreis dchselben befindliches Steuermittel und ein bei einer vorgegebenen Ladespannung die Batterie abschaltendes. durch das Steuermittel beeinflußbares Schaltelement aufweist.

Eine solche Ladeeinrichtung ist aus der deutschen Auslegeschrift 1203 362 bekannt. Eine aus einer

Reihenschaltung eines Transistors, einer Zenerdiode und eines Relais bestehende Steuerstrecke ist direkt parallel zur aufzuladenden Batterie geschaltet. Das durch das Relais betätigbare Schaltelement schaltet nach Erreichen der vorgegebenen Ladespannung sowohl die Batterie als auch die Steuerstrecke von der Ladespannungsquelle ab. Bis zum Erreichen der voraegebenen Ladespannung der Batterie kann, da die Durchbruchspannung der Zenerdiode noch nicht erreicht ist, noch kein ausreichender Strom durch das Relais fließen. Die bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß beim Erreichen rter vorgegebenen Ladespannung das Schaltelemc.it des Relais nicht plötzlich und sicher betätigt wird.

Es ist daher die Gefahr gegeben, daß der Betätigungszeitpunkt des Schaltelementes ungenau ist, daß

das Schaltelement, vorzugsweise ein Kontakt, flattert und daß weiterhin nach dem öffnen des Kontaktes die Batterie durch den Stromkreis belastet wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 463 181 ist eine Ladevorrichtung bekannt, die als Schalter einen Transistor aufweist, der durch zwei Transistorcn aufweisende Stcuerkreise beeinflußbar ist. Die Stcuerspannung des ersten Steuerkreises wird an einem im Ladekreis angeordneten Widersland abgegriffen. Der zweite Steuerkreis hat die Aufgabe, die an der aufzuladenden Batterie vorhandene Spannung mit einer Spannung zu vergleichen, die durch einen an der Ladespannungsquelle angeschlossenen Spannungsteiler gewonnen wird. Diese Vergleichsspnnnung wird durch eine Zenerdiode konstant gehalten. Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung, daß

. die Abschaltung der Butterig nicht schlagartig, sondem schleichend erfolgt und daß die Vorrichtung aufwendig ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Vermeidung der Nachteile der beiden bekannten Vorrichtungen einfach aufgebaut sein soll, in der möglichst wenige Bauteile enthalten sein sollen und die weiterhin sicher arbeiten soll. Des weiteren soll die erfindungsgemäße Ladevorrichtung zur Schneiladung der Batterie verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß

der Transistor in Reihe mit dem Steuermittel, ein aus einer bis mm Erreichen der vorgegebenen Ladespannung der Batterie ihre Durchbruchspannung erreichenden Zenerdioclü und einen Widerstand bestehender und einen Abgriff des Widerstandes mit der Basis des Transistors verbundener Spannungsteiler und die in Reihe mit dem Schaltelement liegende Batterie parallel zur Ladespannungsquelle angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung weist den Vorteil auf, daß die zur Durchsteuerung des Transistors nötige Spannung erst dann erreicht wird, wenn die Durchbruchspannung der Zenerdiode bereits erreicht ist, und zwar schon vor dem Erreichen der vorgegebenen Ladespannung. Während der Aufladung der Batterie ist die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors unterhalb der SchweMspannung, so daß der Transistor während der Ladephase gesperrt ist. Da während der Aufladung der Batterie der Spannungsteiler, bestehend aus der Zenerdiode und dem Widerstand, über das Schaliele- ao ment in direkter Weise parallel zur Batterie geschaltet ist, liegt an diesem Spannungsteiler stets die Batteriespannung an.

Wenn die als Schwellwertschalter arbeitende Zenerdiode nach Erreichen ihrer Durchbruchspan- »5 nung durchlässig wird und demzufolge am Widerstand des Spannungsteilers eine ausreichende Spannung abfallen kann, wird der Transistor durchgesteuert und das Steuermittel beeinflußt. Das Schaltelement wird betätigt und die Batterie von der Li.dcspanniingsquelle abgeschaltet. Die Hauptbelastung der Ladespannungsquelle ist somit aufgehoben. Infolge des dadurch plötzlich abnehmenden Ladestromes wird die Spannung am Steuermittel und dem Transistor sprunghaft erhöht. Demzufolge wird das Schaltelement beschleunigt betätigt. Nach der Abschaltung der Batterie bleiben das Steuermittel in Reihe nut dem Transistor und der Spannungsteiler parallel zur Ladespannungsquelle geschaltet. Gemäß einer weiteren Ausbildung ist das Schaltelement der Kontaktsatz eines elektromagnetischen Relais und dessen Steuermittel die Erregerwicklung.

Als Schaltelement kann aber auch ein durch ein thermisch arbeitendes Steuermittel beinflußbarer Kontaktsatz verwendet werden.

Als Kontaktsatz kann ein Umschalter verwendet werden, in dessen erster Schaltstellung die Batterie parallel zur Ladespannungsquelle und in dessen zweiter Schaltstellung die Batterie abgeschaltet und das Steuermittel direkt parallel zur Ladespannungsquelle geschaltet ist. In vorteilhafter Weise ist die Kollcktor-Emitlcr-Strecke des Transistors durch den Umschalter in semer zweiten Schaustellung überbrückt.

Gemäß weiterer Ausbildung weist die Ladespannungsquclle einen Transformator auf. dessen Ausgangswicklung mit einem Gleichrichter verbunden ist. Als Gleichrichter wird zweckmäßigerweise ein Gleichrichter in Brückenstellung verwendet. Der Inncnwiderstand des Transformators und des Gleich- βο richters ist üblicherweise so, daß die Ausgangsspannung der Ladespannungsquelle mit steigender Belastung derselben absinkt. Demzufolge muß die Lecrlaufspannung der Ladespannungsquelle größer als die vorgegebene Ladcspannung der Batterie sein. Dadurch, daß das Schaltelement durch die Rückkopplung des bei beginnender Abschaltung der Batterie auftretenden Spannungssprunges voll durchgeschaltet wird, benötigt man keine Glättungskondensatoren. Eine gewisse Welligkeit ist tragbar, ohne daß hierdurch Kontaktverschmelzungen auftreten können.

Als Lndespmnungsquelle kann auch eine Konstantspannungsquelle mit einem in Reihe dazu liegenden Widerstand verwendet werden.

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

Gemäß weiterer Ausbildung ist eine die Entladung der aufgeladenen Batterie verhindernde Sperrdiode vorgesehen, die entweder in der direkten Verbindung zwischen der Ladespannungsquelle und der Batterie oder aber in einem Überbrückupgskreis, der dem vom Umschalter in seiner ersten Schaustellung gebildeten Strompfad parallel ge »ehaltet ist, angeordnet ist.

In dem einen Fall verhindert c¹ e Diode bei abgeschalteter Ladespannungsquelle einen Stromfluß von der Batterie über die Steuereinrichtung, wenn die Batteriespannung größer als die Zenerspannung ist.

lüi 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.

Um den Benutzer der Ladeeinrichtung anzuzeigen, daß die Batterie aufgeladen ist, ist zweckmäßigerweise in dem Überbrückungskreis eine Anzeigelampe vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele beschreiben.

Die Figuren zeigen in schematischer Darstellung die Schaltungsanordnung der Ladeeinrichtung.

In der F i g. 1 ist mit 1 eine aufzuladende Batterie bezeichnet, die zweckmäßigere eise au^r. mehreren Batteriezellen besteht. Mit 2 und 3 sind die Anschlußstellen für die Batterie 1 bezeichnet. In der Anordnung nach der F i g. I enthält die Ladespannungsquelle einen Transformator 4, der an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen ist ;:.,J eine Eingangrwicklung 5 und eine Ausgangswick lungft aufweist, welche mit einer Gleichnchter-Ijrücke 7 verbunden ist. Parallel /ur Gleichrichterbrücke 7 sind ein Relais 8 und ein Transistor') in Reihe geschaltet, wobei das Relais 8 im Kolleklorkreis des Transistors 9 angeordnet isi. Die Basis des Transistors 9 ist mit dem Abgriff eines einstellbaren Widerstände¹' 10 verbunden, mit dem eine Zenerdiode Il in Reihe geschaltet ist. Die Reihenschaltung aus Widerstand K) und Zenerdiode 11 ist ebenfalls parallel zur Gleichrichtcrbrücke 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 hei abgeschalteter Netzspannung sich die Batterie 1 über die Steuereinrichtung 8 bis Il entlädt.

Der Emitter des Transistors 9 ist über den Kontakt 15 eines Umschalters 15, 16 mit der negativ aufladbaren Seite der Batterie 1 verbunden. Ober den Kontakt 16 des Umschalters 15, 16 ist die Kollektor-

Emitter-Strecke des Transistors 9 überbrückbar und demzufolge das Relais 8 direkt parallel zur Quelle 20 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 IS des Umschalters 15, 16. Die Funktionsweise der Ladeeinrichtung nach der Erfindung ist folgende.

Wird in nicht dargestellter Weise die Netzspannung eingeschaltet, so fließt der Ladestrom über:

Transformator 4. Brückengleichrichter 7, Sperrdiode 14. Batterie 1. Kontakt 15 des Umschalters 15, 16. Brückengleichrichter7 und Transformator 4.

Die Größe des Ladestroms ist durch die an der Ausgangswicklung 6 des Transformators 4 gegebene Leerlaufspannung sowie durch den Widerstand ties Tr.'iiisformators 4. des Brückengleichrichtcrs 7, der Sperrdiode 14 und der Batterie I gegeben.

Der anfänglich': Ladestrom ist so groß gewählt, daß er dem maximal zulässigen Ladestrom der Batterie 1 entspricht. Infolge der starken anfänglichen Belastung der Ladespannungsqucllc 20, 4. 7 ist die Spannung zwischen den Anschlußstellen 12 und 13 zunächst sehr gering. Da die an der Zenerdiode 11 vorhandene Spannung unterhalb des Spannungsdurehbruches liegt, fließt über die Basis des Transistors 9 kein Strom. Der Transistor 9 ist 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-Ladcspannung der Batterie 1 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 Kontakte; 16 des Umschalters 15.

16 ab, und der Übergangswiderstand wächst. Der Ladestromkreis für die Batterie 1 wird daher unterbrochen. Infolgedessen steigt die Spannung zwischen den Anschlußstellen 12 und 13 plötzlich an. Die er- :, höhte Spannung bewirkt eine sofortige Erhöhung des durch das Relais 8 fließenden Stiomes. Das hat zur Folge, daß der Kontaktarm des Umschalters 15. 16 mit Sicherheit schnell umlegt. Der Kontakt 16 wird geschlossen. Die Kollektor-Eiinitter-Streckc des ίο Transistors 9 ist nun über den Kontakt 16 kurzgeschlossen und das Relais 8 direkt parallel zum Btükkcngleichrichter 7 geschaltet.

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

Wird nun in nicht dargestellter Weise die Netzspannung abgeschaltet, so fällt der Anker des Relais 8 ab. Der Kontakt 15 des Umschalters 15, 16 wird erneut geschlossen. Durch die Diode 14 wird, wie schon oben beschrieben, die Entladung der Batterie 1 über die einzelnen Elemente 8 bis Il verhindert.

Bei der Ladeeinrichtung gemäß F i g. 2 sind alle den Einzelteilen gemäß Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Als Ladequel-Ic dient cmc Konstantspannungsquclle 22, deren Innenwiderstand nahezu Null ist. Um bei ansteigendem Strom an der Steuereinrichtung eine absinkende Spannung zu erhalten, ist ein Vorwiderstand 21 vorgesehen.

Eine Sperrdiode 19 ist in dem den Umschalter 15. 16 überbrückenden Stromkreis vorgesehen. Dieser Stromkreis ermöglicht eine geringfügige Nachladung der Batterie, wenn der Kontakt 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ladeeinrichtung für eine Batterie mit einer Ladespannungsquelle mit bei zunehmender BcIastung geringer werdender Ausgangsspannung und mit einer Steuervorrichtung, die einen Transistor, ein im Kollektor-Emitter-Kreis desselben befindliches Steuermittel und ein bei einer vorgegebenen Ladespannung die Batterie abschaltendes, durch das Steuermitte! beeinflußbares Schaltelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (9) in Reihe mit dem Steuermittel (8), ein aus einer bis zum Erreichen der vorgegebenen Ladespannung der Batterie (1) ihre Durchbruchspannung erreichenden Zenerdiode (II) und einem Widerstand (10) bestehender und über einen Abgriff des Widerstandes (10) mit der Baiis des Transistors (9) verbundener Spannungsteiler (10, 11) und die in Reihe mit dem Schaltelement liegende Batterie (1) parallel zur Ladespannungsquelle (20, 4, 7; 21, 22) angeordnet sind.

2. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement der Kontaktsatz eines elektromagnetischen Relais und das Steuermittel (8) dessen Erregerwicklung ist.

3. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement ein durch ein thermisch arbeitendes Steuermittel (8) beeinflußbarer Kontaktsatz ist.

4. Ladeeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktsatz ein Umschalter (15, 16) ist, in dessen erster Schaltstellung (15) die Batterie (1) parallel zur Lade-Spannungsquelle (20, 4, 7; 21. 22) und in dessen zweiter Schaltstcllung (16) die Batterie (1) abgeschaltet und das Steuermittel (8) direkt parallel zur Ladespannungsquelle (20, 4, 7; 21, 22) geschaltet ist.

5. Ladeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Umschalters (15, 16) in dessen zweiter Schaltstellung (16) die KoI-lektor-Emitter-Slreckc des Transistors (9) überbrückbar ist.

6. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüchc 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladespannungsquellc (20, 4,7) einen einen Inmnwiderstand geeigneter Große aufweisenden Transformator (4) eniliält, dessen Ausgangswicklung (6) mit einem Gleichrichter (7) verbunden ist (F ig. 1).

7. Ladeeinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladtspannungsquelle (21, 22) eine Konstantspannungsquelle (22) mit einem in Reihe dazu liegenden Widerstand (21) ist (Fig. 2).

8. Ladeeinrichtung nach einem der An-Sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (11) und der mit ihr in Reihe geschaltete, vorzugsweise einstellbare Widerstand (HO) so bemessen sind, daß der Transistor (9) bei Erreichen der vorgegebenen Ladeschlußspannung der Batterie (1) aufgesteuert wird.

9. Ladeeinrichtung nach einem der An-Sprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrglcichricliier (14; 19) vorgesehen ist, der entweder in der direkten Verbindung zwischen der Ladespannungsquelle (20, 4, 7; 21, 22) und der Batterie (1) oder in einem iiberbrücktingskreis angeordnet ist, der dem vom Umschalter (15, 16) in seiner ersten Schaltstellung (15) gebildeten Strompfad parallel geschaltet ist.

10. Ladeeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Überbrückungskreis eine Anzeigelampe (18) vorgesehen ist.