DE2114100B2 - Ladegerät für Batterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladegerät für Batterien, insbesondere ein Schneidegerät für Kraftfahrzeugbatterien, mit einer Überwachungseinrichtung zur ίο Kontrolle der an den Klemmen der Batterie anliegenden Spannung und einer Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Batterieladestroms bei Erreichen einer bestimmten Spannung, insbesondere der sogenannten Gasungsspannung, welche einem Schwellwertschalter zugeführt wird, der in seinem ersten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle mit der Batterie verbindende Schaltlage steuert und in seinem zweiten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle von der Batterie trennende Schahlage

ίο steuert.

Ein Ladegerät der eingangs genannten Art ist aus, der US-PS 31 U 617 bekannt. Bei diesem ist eine Überwachungseinrichtung zur Kontrolle der an den Klemmen der Batterie anliegenden Ladespannung und eine Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Batterieladestromi bei Erreichen eines bestimmten Spannungswerts vorgesehen. Der wesentliche Teil der Überwachungseinrichtung besteht dabei aus einem Schwellwertschalter mit einer bistabilen Kippstufe, welche in ihrem ersten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle mit der Batterie verbindende Schaltlage und in ihrem zweiten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle von der Batterie trennende Schaltlage steuert.

Das Problem des Ladens leicht sulfatierter Batterien ist aus der Veröffentlichung »Blei und Stahlakkumulatorcn« von W i 11 e , 3. Auflage, 1967, S. 76 bekannt. Bei solchen Batterien steigt mit Anlegen des Ladestroms die Klemmenspannung stark an. Zur Überwindung der Ladegeschwindigkeiten wird dort ein mehrfaches Laden mit geringer Stromstärke unter Einschalten von Ruhepausen oder durch längeres Laden mit konstanter Spannung von 2,4 V/Zelle empfohlen.
Weiterhin ist beim Aufladen von Batterien zu beachten, daß beim Abschluß des Ladevorgangs mit Erreichen der sogenannten Gasungsspannung ein Ladezustand erreicht wird, bei dem durch Vorgänge innerhalb der Batterie Gas entwickelt wird. Diese Gasentwicklung ist unerwünscht und gefährlich und soll deshalb vermieden werden. Zur Vermeidung der Gasentwicklung erfolgt die zuvor geschilderte bekannte Überwachung und Unterbrechung des Ladevorgangs bei Erreichen einer vorgegebenen Spannung an der Batterie.
Bekannte Geräte z.B. nach der US-PS 31 11617, funktionieren nur bei einwandfreien Batterien. Bei leicht sulfatierten Batterien steigt jeden die Klemmenspannung mit einsetzendem Ladestrom rasch an, so daß die Spannungsüberwachungseinrichtung sofort abschaltet. Da dieses Ansteigen der Klemmenspannung bei schwach sulfatierten Batterien aber nur kurzzeitig ist und durch den Ladestrom ein Rückgang der Sulfatation eintritt, sinkt die Klemmenspannung nach kurzer Zeit bereits wieder auf einen ungefährlichen Wert ab, so daß die Ladung fortgesetzt werden könnte. Da je-

«5 doch durch den Schwellwertschalter der Ladestrom unterbrochen wurde, ist dies nicht möglich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Ladegerät so weiterzubilden, daß damit

• Laden sulfaiierter Batterien möglich ist; das Ladegerät soll zwar bei Erreichen der Gasungsspannung einer Batterie abschalten, doch bei einer erhöhten Spannung, die auf Grund einer leicht sulfonierten Batterie zu Beginn des Ladevorgangs kurzzeitig erreicht wird den Ladevorgang ununterbrochen fortsetzen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch eelöst, daß in einem ersten, mit dem Ladevorgang beginnenden Zeitbereich der Schwellwertschalter durch Anheben ύ-tc Schaltschwelle in seinem ersten Kippzustand gehalten wird. Hierdurch erreicht man, daß eine nur leicht sulfatierte Batterie durch Beseitigung der Sulfatierung in einen Zustand gebracht wird, in dem sie nach bekannten Ladekriterien bis auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen werden kann. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschieibung eines Atisführungsbeispielj und aus der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ladegeräts mit der da/ugehörigen Überwachungseinrichtung und

F i g· 2 ein Diagramm, aus dem die Vorgänge beim Laden verschiedener Batterien hervorgehen.

In F i g-1 ist schematisch eine Batterie 10 dargestellt, die über weiter nicht dargestellte Vcrbindungsleitungen an eine Ladestromquelle angeschlossen ist. In diesen Verbindungsleitungen ist eine Schalteinrichtung 11 vorgesehen, die einen Schaltkontakt 12 aufweist. Mit diesem Schaltkontakt 12 kann der Ladestrom zur Batterie 10 unterbrochen werden. An eine Plusklemme 13 der Batterie 10 ist eine erste Meßleitung 14 einer Überwachungseinrichtung 15 angeschlossen. Mit einer Minusklemme 16 der Batterie 10 ist eine zweite MeB- und Versorgungsleitung 17 der Überwachungseinrichtung 15 verbunden. Zwischen die Meßleitung 14 und die Meß- und Versorgungsleitung 17 ist ein Spannungsteiler geschaltet, der einen Festwiderstand 18 und einen einstellbaren Widerstand 19 aufweist. Mit dem Abgriff des Widerstands t9 ist über ein Siebglied aus einem Widerstand 20, einem Kondensator 21 und einem weiteren Widerstand 22 die Basis eines ersten Transistors 23 eines Schmitt-Triggers 24 verbunden. An die Basis des ersten Transistors ist eine einseitig mit der MeB- und Versorgungsleitung 17 verbundene Diode 25 angeschlossen, die bei falschem Anschluß dei Batterie 10 an die Leitungen 14 und 17 den Transistor 23 vor Zerstörung schützen soll. Im Kollektorzweig des Transistors 23 liegt ein temperaturabhängiger Widerstand 26, der einseitig mit einer Versorgungsleitung 14a verbunden ist. Weiterhin ist an den Kollektor des Transistors 23 ein Widerstand 27 angeschlossen, der mit der Basis eines zweiten Transistors 28 des Schmitt-Triggers 24 in Verbindung steht. An die Basis des zweiten Transistors 28 ist ein Kondensator 29 angeschlossen, der einseitig mit der Meß- und Versorgungsleitung 17 verbunden ist. Im Kollektorzweig des zweiten Transistors 28 ist die Acbeitswicklung 30 der Schalteinrichtung 11 angeordnet. Der Emitter des zweiten Transistors 28 ist mit dem Emitter des ersten Transistors 23 und einem gemeinsamen Emitterwiderstand 3i veibunden, der an die Minusleitung 17 angelegt ist. An den Verbindungspunki der Emitter der Transistoren 28 und 23 ist die Kathode einer Diode 32 angeschlossen, die über eine in Reihe geschaltete zweite Diode 33 mit der Anode eines Thyristors 34 verbunden ist. Die Anode des Thyristors ist gleichzeitig über einen Widerstand 39 mit der Plusleitung 14a verbunden, und die Kathode des Thyristors ist an die Minusleitung 17 angeschlossen. Die Steuerelektrode des Thyristors 34 ist über einen Widerstand 35 mit dem Ausgang eines Impulsgebers 36 verbunden, dessen Ausgang über eine Diode 38 gleichzeitig mit der Basis des zweiten Transistors 28 und einer Elektrode des Kondensators 29 verbunden ist.

Die Wirkungsweise dieser Schaltanordnung ist folgende: Wird eine Batterie, deren mechanische und elektrische Eigenschaften einwandfrei sind, die jedoch entladen ist, mit den Leitungen i4 und 17 mit der Überwachungsvorrichtung 15 verbunden, dann wird an dem Abgriff des Widerstands 19 eine Spannung anliegen, die kleiner ist als die Schwellwertspannung des Schinitt-Trigers 24. Der Impulsgeber 36 arbeitet so, daß er beispielsweise alle zehn Minuten, wie in F i g. 2 auf der Abszisse angedeutet ist, einen Impuls abgibt. Dieser Impuls tritt zum ersten Ma! zehn Minuten nach Beginn des Ladevorgangs auf. Bei Inbetriebnahme des Ladegeräts wird also der Thyristor 34 gelöscht sein, so daß über die Verbindungsleiiung J4,?, den Widerstand 39, die Dioden 33 und 32 und den Emitterwiderstand 31 ein Strom fließen wird, wobei dieser Strom dem ohnehin schon über den Emitterwiderstand 31 fließender Strom überlagert wird. Dadurch wird die Schaltschwelle des Schmitt-Triggers, wie in F i g. 2 angedeutet, auf einen hohen Wert angehoben. An dem Abgriff des Widerstands 19 liegt nun eine Spannung an. die kleiner ist als die Schwellspannung des Schmitt-Triggers 24. Der erste Transistor 23 befindet sich somit in seinem nichtleitenden Zustand, während sich der zweite Transistor 28 in seinem leitenden Zustand befindet, so daß über die Arbeitswicklung 30 der Schalteinrichtung 11 ein Strom fließt, der den Schaltkontakt 12 schließt, so daß die Batterie geladen werden kann. Nach zehn Minuten gibt der Impulsgeber 36 einen Impuls ab. der den Thyristor 34 zündet. Nach dem Zünden des Thyristors 34 liegt an dessen Anode ein gegenüber den Emittern der beiden Transistoren 23 und 28 negatives Potential an, so daß über die nunmehr gesperrten Dioden 32 und 33 kein Strom mehr fließen kann. Der Strom über den gemeinsamen Emitterwiderstand 31 wird dadurch kleiner und die Schaltschwelle auf den in F i g. 2 bei 41 angedeuteten Wert abgesenkt. Die Klemmenspannung an der Batterie 10 steigt infolge des Ladevorgangs langsam an; dabei sind die nach zwanzig bzw. dreißig und vierzig Minuten eintreffenden Impulse wirkungslos, da der Thyristor 34 bereits gezündet ist und der Transistor sich in seinem leitenden Zustand befindet, so daß die Impulse, die an seine Basis gelangen, keine Umsteuerung hervorrufen können. Wie in F i g. 2 bei dem mn bezeichneten Kurvenzug zu erkennen ist. wird nach et'A'a dreiundvierzig Minuten die Ladespannung den Schwellwert des Schmitt-Triggers erreichen. Damit kippt der erste Transistor 23 in seinen leitenden Zustand, wodurch der zweite Transistor 28 in seinen nichtleitenden Zustand kippt. Da der Kollektorstrom des zweiten Transistors 28 dadurch unterbrochen wird, fällt die Schalteinrichtung 11 ab, und der Schaltkontakt 12 öffnet, so daß der Ladestrom der Batterie 10 unterbrochen wird. Nunmehr wird die Klemmenspannung der Batterie 10 wieder leicht absinken, Nach fünfzig Minuten trifft erneut an der Basis des zweiten Transistors 28 ein positiver Impuls des Impulsgebers 36 ein, so daß der Transistor 28 in seinen leitenden Zustand gi-steuert wird. Dadurch wird der Schaltkontakt 12 wieder geschlossen und der Ladestrom beginnt erneut zu fließen, bis nach etwa sechzig Minuten, wie aus F i g. ersichtlich, wieder der Schwellwert erreicht ist, so daß der Schaltkontakt 12 den Ladestrom zur Batterie

unterbricht. Nach Abschalten des Ladestroms wird die Klemmenspannung der Batterie 10 wieder sinken, bis durch einen der nachfolgenden Impulse des Impulsgebers 36 der Schaltkontakt 12 wieder geschlossen wird. Dieses Spiel wiederholt sich so lange, bis das Ladegerät abgeschaltet wird.

In F i g. 2 ist mit strichpunktierten Linien der Ladevorgang bei einer leicht sulfatierten Batterie dargestellt. Nach Inbetriebnahme des Ladegeräts wird die Klemmenspannung an der Batterie 10 zunächst stark anwachsen. Dabei würde sie bereits nach wenigen Minuten die normale Schaltschwelle des Schmitt-Triggers 24 überschreiten. Da jedoch in den ersten zehn Minuten durch die beschriebene Schalteinrichtung die Schaltschwelle des Schmitt-Triggers 24 nach oben verschoben wurde, kann die Klemmenspannung weiter anwachsen; durch den Ladestrom wird die Sulfatation abgebaut, so daß nach wenigen Minuten die Klemmenspannung der Batterie 10, wie bei 39 angedeutet, wieder auf einen zulässigen Wert fällt. Mit zunehmender Ladezeit wird die Klemmenspannung wieder anwachsen und im Beispielsfall nach etwa fünfunddreißig Minuten den Schwellwert und damit die Gasungsspannung erreichen. Hier wird der Ladestrom durch Öffnen des Schaltkontakts 12 unterbrochen, wodurch die Klemmenspannung der Batterie 10 wieder geringfügig absinkt. Mit einem nach vierzig Minuten eintreffenden Impuls des Impulsgebers 36 wird der zweite Transistor 28 des Schmitt-Triggers 24 wieder in seinen leitenden Zustand gesteuert und dadurch der Schaltkontakt 12 wieder geschlossen, so daß der Ladestrom erneut zu fließen beginnt. Dadurch wird wieder ein Anwachsen der Klemmenspannung erreicht, so daß bei der Ga sungsspannung der Batterie, d. h. bei dem eingestellten Schwellwert des Schmitt-Triggers 24, der Ladevorgang wieder unterbrochen wird. Das Spiel wiederholt sich in der beschriebenen Weise, bis das Ladegerät abgeschaltet wird.
Weiterhin ist in F i g. 2 mit dem punktierten Kurvenzug 40 der Ladevorgang bei einer stark sulfatierten Batterie dargestellt, die für den Betrieb im Kraftfahrzeug nicht mehr geeignet ist. Nach Beginn des Ladevorgangs wird die Klemmenspannung sehr stark anwachsen und auf einem hohen Wert verharren. Beim ersten eintreffenden Impuls des Impulsgebers 36 wird der Schwellwert des Schmitt-Triggers 24 jedoch herabgesetzt, so daß der Ladevorgang unterbrochen wird. Nunmehr sinkt die Spannung an der Batterie wieder ab. und bei dem nächstfolgenden Impuls wird der Ladevor-

jo gang wieder aufgenommen. Durch den raschen Anstieg der Klemmenspannung wird jedoch kurze Zeit später der Ladevorgang wieder abgebrochen, und die Klemmenspannung der Batterie 10 sinkt erneut ab. Auch hier wiederholt sich dieses Spiel bis zur Abschaltung des Ladegeräts. Es ist aus der Figur ersichtlich, daß hier bei der defekten Batterie nur eine kurzzeitige Ladung eintreten kann, da kurze Zeit nach dem Beginn des Fließens des Ladestroms bereits die Gasungsspannung erreicht wird, so daß der Ladestrom unterbrochen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

PaientansprQche:

1. Ladegerät für Batterien, insbesondere Schneliladegerät für Kraftfahrzeugbatterien, mit einer Überwachungseinrichtung zur Kontrolle der an den Klemmen der Batterie anliegenden Spannung und einer Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Batterieladestroms bei Erreichen einer bestimmten Spannung, insbesondere der sogenannten Gasungsspannung, weiche einem Schwellwertschalter zugeführt wird, der in seinem ersten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle mit der Batterie verbindende Schaltlage steuert und in seinem zweiten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle von aer Batterie trennende Schaltlage steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten, mit dem Ladevorgang beginnenden Zeitbereich der Schwellwertschalter (24) durch Anheben der Schaltschwelle in Seinem ersten Kippzustand gehalten wird.

2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Überwachungseinrichtung (15) ein Impulsgeber (36) vorgesehen ist, der in festgelegten Zeitabständen Impulse abgibt, wobei der erste Impuls nach Beginn des Ladevorgangs die Absenkung der Schaltschwelle des Schwellwertschalters (24) auf ihren Normalwert auslöst.

3. Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

Sekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (24) ei Anwachsen der Klemmenspannung der Batterie |I0) über einen bestimmten Wert in seinen zweiten Kippzustand fällt, der nächstfolgende Impuls des Impulsgebers (36) den in seinem zweiten Kippzustand befindlichen Schwellwertschalter (24) in seinen ersten Kippzustand steuert.

4. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Klemmen (13, 16) der Batterie ein Spannungsteiler (18, 19) angeschlossen ist, dessen Abgriff über ein Siebglied (20, 21, 22) mit der Steuerelektrode eines ersten von zwei zu einem Schmitt-Trigger (24) gehörenden Transistors (23) verbunden ist.

5. Ladegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektrode des ersten Transistors (23) mit der Steuerelektrode des zweiten Transistors (28) verbunden ist und an einen temperaturabhängigen Widerstand (26) angeschlossen ist, der einerseits an eine erste gemeinsame Versorgungsleitung (14a) angeschlossen ist, mit der eine mit ihrer anderen Elektrode an einer zweiten gemeinsamen Versorgungsleitung (17) angeschlossene Zener-Diode (37) verbunden ist.

6. Ladegerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Impulsgebers (36) insbesondere über einen Widerstand (35) mit der Steuerelektrode eines zwischen den gemeinsamen Versorgungsleitungen liegenden Halbleiterschalters, insbesondere eines Thyristors (34), verbunden ist und über eine Diode (38) an die Steuerelektrode des zweiten Transistors (28) des Schmitt-Triggers (24) angeschlossen ist.

7. Ladegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des zweiten Transistors (28) über einen Widerstand (27) mit der Ausgangselektrode des ersten Transistors (23) in Verbindung steht und an einen einseitig mit der zweiten gemeinsamen Versorgungsleitung (17) verbundenen Kondensator (29) angeschlossen ist.