DE2114100C3 - Ladegerät für Batterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladegerät für Batterien, insbesondere ein Schnelladegerät für Kraftfahrzeugbatterien, mit einer Überwachungseinrichtung zur

ίο Kontrolle der an den Klemmen der Batterie anliegen den Spannung und einer Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Batterieladesiroms bei Erreichen einer bestimmten Spannung, insbesondere der sogenannten Gasungsspannung, weiche einem Schwellwertschalter

zugeführt wird, der in se'nem 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 Schaltlage

steuert.

Ein Ladegerät der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 31 11 öl 7 bekannt. Bei diesem ist eine Überwachungseinrichtung zur Kontrolle der an den Klem men der Batterie anliegenden Ladespannung und eine Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Bauerielade Stroms bei Erreichen eines bestimmten Spannungs werts vorgesehen. u^pr wesentliche Teil der Überwachungseinrichtung C^..ciit dabei aus ein^m Schwellwertschalter mit einer Listar-ilen Kippstufe, welche in ihrem ersten Kippzusland die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle mit der Batterie verbindende Schaltlage und in ihrem /weiten Kippzjstand die Scha'ieinrichtung in eine die Ladestromquelle von der Buticrie 'rennende Schdltlage steuert.

Das Prcb'em des Ladens leicht sulfatierter Batterien ist aus der Veröffentlichung »Blei und Stahlakkumulatoren« 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 untpr 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 abschallet. Da dieses Ansteigen der Klemmenspannung bei schwach sulfaiierten ßatierien 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 jedoch 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

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

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelbst, daß in einem ersten, mit dem Ladevorgang beginnenden Zeitbereich der Schwellwertschalter durch Anheben der Schaltschwelle in se-nem ersten Kippzustand gehaiten wird. Hierdurch erreicht man, daß eine nur leicht suIfatiTte Batterie durch Beseitigung der Sulfatierung in einen Zustand gebracht wird, in dem ste nach bekannten Ladekriterien bis auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen werden kann. We;. -r» vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergebf , --bindung mit den Unteransprüchen aus ri- · ,iden

Beschreibung eines Ausführungsbe,ρ- ,us der

Zeichnung. Es zeigt

Fig.! ein Schaltbild eines Ladegeräts mit der dazugehörigen Überwachungseinrichtung und

F 1 s 2 ein Diagramm, aus dem die Vorgänge beim Laden verschiedener Batterien hervorgehen.

In F i g. I ist schematisch eine Batterie 10 dargestellt, die über weite^r nicht dargestellte Verbindungsleiti igen an eine l.adestromquelle angeschlossen ist. Ir. diesen Verbindungsleitungen ist eine Schalteinrichtung 11 vorgesehen, die einen Schaltkontakt 12 aufweist Mit diesem Schaltkontakt 12 kann der Ladestrom /u· Batterie 10 unterbrochen werden. An eine Plusklemme 13 Jer Batterie 10 ist eine erste Meßleitung !4 einer l'herwj chungseinrichtung 15 ange^cchlossen. Mit einer Minusklemme lfe der Batterie 10 ist eine /weite Meß und Versorgungsleitung 17 der I'berwachungseinrieht'.ij; 15 verbunden /wischen d:e MeUleitung 14 und u\c Meß- und Versorgungsleitung 17 . >t ein Spannungstei ItT geschaltet, der einen Festwiderstand 18 und einen einstellbaren Widerstand 19 aufweist. Mit dem Abgriff des Widerstands 19 ist über ein Siebglied aus einem Widerstand 20. einem Kondensator 21 und einem weiteren Widt.'stand 22 die Basis eines ersten Transistors 25 eines Schmitt-Triggers 24 verbunden. An die Basis des ersten Transistors ist eine einseitig mit der Meß- und Versorgungsleitung 17 verbundene Diode 25 angeschlossen, die bei falschem Anschluß der Batterie 10 an die Leitungen 14 und S7 den Transistor 2Ϊ or Zerstörung schützen soll Im Kollektorzweig des Transistors 23 liegt ein temf eraturabiiangiger Widci stand 26. der einseitig mit einer Versorgungsleitung 14j verbunden ist Weiterhin ist an den Kollektor des Transistors 23 ein Widerstand 27 angeschlossen, der mit der Basis eines /weilen Transistors 28 des Schmi't-Triggers 24 in Verbindung steht An die Basis des /weiten Transistors 28 ist em Kondensator 29 angeschlossen, der einseitig mit der Meß· und Versorgungsleitung 17 verbunden ist Im Knllektor/weig des /weiten Transistors 28 ist die Arbeitswicklung JO der Schalleinrichtung Il angeord ne' Der F.mitier des /weiten Transistors 28 ist mit dem Emitter des ersten Transistors 21 und einem gemeinsj men f-mitterwiderstand Jl verbunden der ar die Mi nuslciiunp J7 angelegt ¹St An den VerbinJnn^vfvr»!«' der Emitter der Transistoren 28 und 23 ist die K.iihmK-einer Diode 32 angeschlossen, die über eine m Reiht goschaltrli· 'VKMic Outili» H mit rlpr Anml·· .··»··« ^ ristors 34 verbunden ist Die Anode les fhvriMcv ■>■ ' gleich/eit:fi über einen vVidersund 54 nut der Pü.sii· lung \4j ierhunden und cii ' Kjthcide des Ihvrisio". 14 ist an ilie Minusleilung 17 jn .esihlossi η Du- S<r ,. · elektrode des Thyristo-s 34 ist über einen Widerstand 35 mit dem Ausgang eines Impulsgebers 36 verbunden, dessen Ausgang über eine Diode 38 gleichzeitig η it 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 isi, mit den Leitungen 14 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 Schmitt-Trigers 24. Der Impulsgeber 36 arbeitet 50. daß er beispielsweise alle zehn Minuten, wie in F i g. 2 auf der Abszisse angedeutet isi einen Impuls abgibt. Dieser Impuls tritt zum ersten Mal zehn Minuten nach Beginn des Ladevorgangs auf. Bei Inbetriebnahme des Ladegeräts wird llso der Thyristor 34 gelöscht sein, so daß über die Verbindungsleitung 14a, den Widerstand 39, die Dioden 33 und 32 und den Emitterwiderstand 31 ein Strom fließen wird, wobei dieser Strom dem ohnehin schon über den Emiuervviderstand 31 f'^;eß:ndcr Strom überlagert wird. Dadurch wird die £?'■-»!(schwelle des Schmitt-f riggers, wie in F 1 g. 2 angei -uu 1. auf einen hohen V. en angehoben. An dem Abgriff acs Widerstands 19 liegt nun eine Spannung an, die kleiner ist «tls die Schwellspannung des Schmitt-Trigg·. ^r: 24. Der erste Transistor 23 befindet sich somit in leinem nichtleitenden Zustand, wahrend sich der zweite Transistor 28 iti seinem leitenden Zustand befinde!, se daß über die Arbeitswicklung 30 der Schalteinrichtung 11 ein Strom fließt, der der. Schaltkontakt 12 schließt, so d.iß die Batterie geladen werden kann. Nach zehn Minuten gibt der Impulsgeber 36 einen Impuls ab. der den Thyristor 34 /under 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. [>"· Klemmenspannung an der Batterie 10 steigt infolge des Ladevorgangs langsam an; dabei sind die nach /wanzig bzw dreißig und vierzig Minuten eintreffenden Impulse wirkungslos, da der Thyristor 34 bereits ge/ündet ist und der Transistor 28 sich in seinem leitenden Zustand befindet, so daQ die Impulse, die an seine Basis gelangen, keine Umsteuerung hervorrufen können. Wie in F i g. 2 bei dem mit 38 bezeichneten Kurven/ug /u erkennen ist. wird nach etwa dreiundvier/ig Minuten die Ladespannung den .Schwellwert des Schmitt-Triggers erreichen. Damit kippt der erste Transistor 23 in seinen leitenden Zustand, wodurch der /weite Transistor 28 in seinen nich:leitet.d;n Zustand kippt Da der Kollektorstrom des /weiten Transis.ors 28 dadurch unterbrochen wird, fallt die Schalteinrichtung Π ah und eier Schaiikontakt 12 öffnet. s<> daß der Ladestrom der Batterie 10 unterbrochen wird Nunmehr wird die Klemmenspannung der Batterie 10 λ ader leicht absenken. Nach fünfzig

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unterbricht. Nach Abschalten des Ladestroms wird die Klemmenspannung der Batterie 10 wieder sinken, bis durch einen der nachfolgenden Impulse des impulsgebers 36 tier 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 Klsmmenspannung 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 Gasungsspannung 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 d^m 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 Ladevorgang wieder aufgenommen. Durch den raschen Anstieg der Klemmenspannung wird jedoch kurze Zeit später der LMevorgang 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 Ladu°g 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)

1. Patentansprüche:

   ■ 1. Ladegerät für Batterien, insbesondere Schnellladegerät für Kraftfahrzeugbauerien. 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, welche einem Schwellwertschaltei zugeführt wird, der in seinem ersten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquellc mit der Batterie verbindende Schaltlage steuert und in seinem zweiten Kippzustand die Schalteinrichtung in eine die Ladestromquelle von der 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 Kippzusund gehalten wird.
2. 2. Ladegerät n:,ih Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Überwachungseinrichtung (15) ein Impulsgeber (36) vorgesehen ist. der in ft gelegten Zeitabstanden Impulse abgibt, wobei der erste Impuls nach Beginn des Ladevorgangs die Absenkung der Schaltschwelle des Schwellwertschalter (24) auf ihre > Normalwert auslöst.
3. 3. Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (24) bei Anwachsen G^r Klemmenspannung der Batterie (10) über einen bestimmten Wert in seinen zweiten Kippzustand fällt, der nach tfolget Je Impuls des Impulsgeber (36) den in seinem ; weiten Kippzu stand befindlichen Schwel!wertschaIts r (24) in seinen ersten Kippzustand st( uert.
4. 4. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß an die Klemmen (i3. 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. 5. Ladeg* it 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. 6. Ladegerät nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichne», daß der Λ isgang 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. 7. Ladegerät nach Ansprüche, 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.