DE2126528A1

DE2126528A1 - Aus dem Wechselstromnetz betreibbares Batterieladegerät

Info

Publication number: DE2126528A1
Application number: DE19712126528
Authority: DE
Inventors: Karl 1000 Berlin Ackermann
Original assignee: Robert Bosch Photokino GmbH
Current assignee: Robert Bosch Photokino GmbH
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1971-05-28
Publication date: 1972-12-14
Also published as: US3783365A

Description

Anlage zur Patentanmeldung 25. 5· 1971

R. Nr. 760 St / Pz

ROBERT BOSCH PHOTOKINO GMBH Stuttgart

Aus dem Wechselstromnetz betreibbares Batterieladegerät

Die Erfindung betrifft ein aus dem Wechselstromnetz betreibbares Batterieladegerät, bei dem die Batterie über eine Gleichrichteranordnung aufgeladen wird, und welches eine von der Spannung am Gleichrichterausgang abhängigen Spannung gesteuerte elektronische Schaltvorrichtung enthält, die den Ladestrom bei Vorliegen einer Spannung bestimmter, vorgegebener Größe selbsttätig unterbricht.

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Bei Geräten dieser Art ist die am Gleichrichterausgang liegende Batteriegleichspannung von einer Wechselspannungshalbwelle aus dem Gleichrichter überlagert. Die Größe dieser überlagerten Wechselspannung ist abhängig vom Ladestrom, dessen Stärke sich wiederum nach der jeweils vorliegenden Netzspannung richtet, welche bekanntlich starken Schwankungen unterliegt. Die elektronische Schaltvorrichtung des Ladegeräts ist so ausgelegt« daß sie auf eine Spannung bestimmter Größe, die der Sollspannung der Batterie entspricht, reagiert. Infolge der Überlagerung der Batteriespannung durch die Wechselspannungshalbwellen wird die Ansprechspannung für P die Schaltvorrichtung jedoch nicht allein von der Batteriegleichspannung, sondern von einem Mittelwert aus Batteriegleichspannung und überlagerter Wechselspannung gebildet, wobei der Anteil der Wechselspannung an diesem Mittelwert abhängig von der jeweils vorliegenden Netzspannung unterschiedlich groß ist. Infolgedessen konnte bisher bei Vorliegen von einen, hohen Ladestrom verursachenden Netzüberspannungen der Fall eintreten, daß die elektronische Schaltvorrichtung unmittelbar nach dem Einschalten des Ladegeräts ansprach und der Ladevorgang unterbrochen wurde, bevor die Batterie ihre Sollspannung auch nur annähernd erreicht hatte.

Um eine vorzeitige Unterbrechung des Ladevorgangs bei einem Batterieladegerät eingangs bezeichneter Art auf einfache und zuverlässige Weise zu verhindern, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Steuerspannung für die elektronische Schaltvorrichtung zwischen einem mit einem Pol der aufzuladenden Batterie verbundenen, in Sperr ich» tung betriebenen Gleichrichter und einem mit diesem in Reihe liegenden Kondensator abgenommen wird, welcher sich aus einer eine Bezugsspannung liefernden Gleichspannungsquelle über den Gleichrichter und die Batterie auf die Differanzspannung dieser Bezugsspannung und der Batteriegegenspannung auflädt.

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Eine derart ausgebildete Schaltung hat die Eigenschaft, daß sie die überlagerte Wechselspannung von der Batteriegleichspannung trennt. Die überlagerten Wechselspannungsspitzen werden durch den in Sperrichtung geschalteten Gleichrichter von dem die Differenzspannung führenden, mit dem Gleichrichter in Reihe liegenden Kondensator ferngehalten. Demzufolge steht an dem zwischen Gleichrichter und Kondensator liegenden Anschlußpunkt der elektronischen Schaltvorrichtung eine Spannung, die frei ist von der überlagerten Wechselspannung und deshalb größenmäßig der reinen Batteriegleichspannung zuzüglich dem Spannungsabfall am Gleichrichter entspricht. Aufgrund dessen ergeben sich auch bei stark schwankenden Netzspannungen exakte Abschaltungen bei voller Batterieladung. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Schaltung besteht darin, daß der angestrebte Effekt mit sehr geringem zusätzlichen Aufwand erreicht ist.

Eine besonders zweckmäßige Ausbildung der vorgeschlagenen Schaltung besteht darin, daß als die die Bezugsspannung liefernde Gleichspannungsquelle ein zu der Reihenschaltung aus Kondensator, Gleichrichter und Batterie parallel angeordneter, weiterer Kondensator dient, welcher über eine Diode an die Sekundärseite eines Netztransformators angeschlossen is;.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt die elektronische Schaltvorrichtung am Abgriff eines Spannungsteilers, dessen Anschlußpunkt zwischen dem Gleichrichter und dem mit ihm in Reihe geschalteten Kondensator liegt.

Damit die Differenzspannung stets proportional der Bezugsspannung folgen kann, ist dem in Reihe mit dem Gleichrichter liegenden Kondensator ein Parallelwiderstand zugeordnet, über den sich der Kondensator beim Absinken der Netzspannung entlädt.

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Ein AusfUhrungsbeispiel des Erfindungsgegenstands ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend erläutert.

Der mit Steckern 1, 2 an das Wechselstromnetz anschließbare Transformator 2 hat primärseitig eine Wicklung 4 und sekundärseitig eine doppelte Ausgangswicklung 5, deren Jede Hälfte jeweils für eine der beiden Halbwellen des Wechselstroms in Betracht kommt. Die beiden Ausgänge 6 und 7 der Doppelwicklung 5» welche im Punkt 8 miteinander verknüpft sind, enthalten je einen als Gleichrichter wirkenden Thyristor 9 bzw. 10, welche im eingeschalteten Zustand für die positiven Halbwellen des Wechselstromes durchlässig sind. Vom Punkt 8 führt eine positives Potential führende Leitung 11 zu einer Anschlußklemme für den Pluspol einer aufzuladenden Batterie Die negative Anschlußklemme für die Batterie 12 liegt am Mittelpunkt sanschluß der Doppelwicklung 5 (Leitung

Die Steuerelektroden 14 bzw. 15 der beiden Thyristoren 9* 10 sind mit je einer Leitung 16 bzw. 17 an den Pluspol eines Kondensators 18 angeschlossen, der dafür sorgt, daß die Thyristoren während der gesamten Aufladezeit der Batterie 12 in leitendem Zustand verbleiben. Jede Leitung enthält einen verhältnismäßig hochohmlgen Begrenzungswiderstand 19 bzw. 20 für den Steuerstrom der Thyristoren. Die Ladespannung des Kondensators 18 ist größer als die an den Kathoden der Thyristoren 9, 10 liegende Spannung der aufzuladenden Batterie 12. Der Kondensator 18 ist über Leitungen 21, 22 an eine sekundärseitige Wicklung 5a des Transformators j5 anger schlossen. Die zum Pluspol des Kondensators 18 führende Leitung 21 enthält eine Reihenschaltung aus einer Gleiohrichterdiode 23 und einer Anzeigelampe 24.

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An die Leitungen 21 und 22 ist ein Leitungsstück 25 angeschlossen, in welcher eine Reihenschaltung aus einer Diode 26, einem Widerstand 27 und einem Kondensator 28 angeordnet ist. Eine zwischen dem Widerstand 27 und dem Kondensator 28 angesöhlossene Leitung 29 verbindet das Leitungsstück 25 mit einer vom Punkt 8 abgehen- ' den Leitung 30. Die Leitung 29 enthält eine Reihenschaltung aus einem Gleichrichter (Diode 31) und einem Kondensator 32.

An die Leitung 29 und die Minuspotential führende Leitung 22 ist ein Spannungsteiler 33 angeschlossen. Der Anschlußpunkt 34 des Spannungsteilers an der Leitung 29 liegt zwischen der Diode 31 und dem Kondensator 32. Der Spannungsteiler 33 besteht aus zwei Festwiderständen 35> 36 und einem Potentiometer 37· Am Abgriff 38 des Potentiometers 37 liegt eine elektronische Schaltvorrichtung 39* die im Ausführungsbeispiel als normaler Schmitt-Trigger mit einem Eingangstransistor 40 und einem Ausgangstransistor 41 ausgeführt ist. Der Trigger 39 ist so ausgelegt, daß er anspricht und den Ladestrom für die Batterie 12 unterbricht, wenn die Basis des Eingangstransistors 40 mit einer zur Solladespannung der Batterie 12 proportionalen Spannung beaufschlagt wird. Wie bereits eingangs erwähnt, entspricht die am Ausgang der ßleichrichteranordnung, d. h. zwischen Punkt 8 und Leitung 22 vorhandene Spannung größenmäßig dem Mittelwert aus Batteriegleichspannung und der dieser überlagerten Wechselspannungshalbwelle. Bei Vorliegen von Netzüberspannungen ist der Anteil der überlagerten Wechselspannung an diesem Mittelwert verhältnismäßig groß. Dadurch kann es vorkommen, daß der am Spannungsteiler abgegriffene Spannungswert die Ansprechspannung der * elektronischen Schaltvorrichtung erreicht bzw. überschreitet, obwohl die Batterie noch nicht voll aufgeladen ist.

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Um dies zu verhindern, wird bei der vorgeschlagenen Schaltung die überlagerte Wechselspannung von der Batteriegleichspannung getrennt, sodaß nur noch die reine Batteriegleichspannung am Spannungsteiler 33 des Triggers 39 steht« Dies wird mit Hilfe der Teile 28, 31, 32 erreicht. Der bereits erwähnte Kondensator 28 lädt sich über die Diode 26 und den Widerstand 27 auf eine Spannung von beispielsweise 15 V auf. Der Kondensator 32 wird aus dieser Bezugsspannung über die Diode 31 auf die Differenzspannung der erwähnten Bezugsspannung und der Batteriegleichspannung aufgeladen. Aus der Stromflußrichtung der Diode 31 ergibt sich, daß die Größe der Aufladung des Kondensators ausschließlich durch die Batteriegleichspannung bestimmt wird. Pur die überlagerte Wechselspannung liegt die Diode in Sperrichtung sodaß diese Wechselspannung die Aufladung des Kondensators 32 nicht zu beeinflussen vermag. Am Punkt 34 steht somit eine Spannung, die größenmäSig der reinen Batteriegleichspannung zuzüglich des Spannungsabfalls an der Diode 31 entspricht. Dem Kondensator 32 ist ein Parallelwiderstand 50 zugeordnet, über den sich der Kondensator beim Absinken der Netzspannung entlädt.

Die den Abgriff 38 des Triggers 39 mit der Basis des Transistors 40 verbindende Leitung 42 enthält eine Zenerdiode 43. Außerdem ist an die Leitung 42 zwischen Diode 43 und Abgriff 38 ein Speicherkondensator 44 in Parallelschaltung zum Spannungsteiler 33 angeschlossen.

Der Kollektor des Ausgangstransistors 4l des Triggers 39 ist über eine einen Widerstand 45 enthaltende Leitung 46 mit der Basis eines weiteren Transistors 47 sowie über einen Widerstand 48 mit der negatives Potential führenden Leitung 22 verbunden. Die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 47 liegt in einer den Speieherkondensator 18 überbrückenden Leitung 49. Im auf gesteuerten Zustand des Transistors 47 entlädt sich der Kondensator l8 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors und bewirkt dadurch, daß die

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beiden Thyristoren 9, 10 vom leitenden in den nichtleitenden Zustand überwechseln.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Batterieladegeräts ist wie folgt:

Beim Einschalten der Netzspannung sind zunächst die Thyristoren 9* 10 gesperrt. Es fließt kein Ladestrom in die aufzuladende Batterie 12. Über die Diode 23 und die Lampe 24 lädt sich der Kondensator 18 auf eine bestimmte Spannung, die beispielsweise 15 V betragen kann, auf. Gleichzeitig wird auch der Kondensator 28 über die Diode 26 und den Widerstand 27 auf eine vorgegebene Oleichspannung aufgeladen. Die Aufladung des Kondensators 32 wird bestimmt durch die am Kondensator 28 stehende Bezugsspannung und durch die dieser Spannung entgegenstehende Batteriegleichspannung. Am Anschlußpunkt 34 des Spannungsteilers 33 steht daher eine Gleichspannung, die unabhängig ist von der der Batteriegleichspannung überlagerten Wechselspannung und deshalb der reinen Batteriegleichspannung plus dem Spannungsabfall an der Diode 31 entspricht.

Die Spannung des Kondensators 18 wird über die Strombegrenzungswiderstände 19, 20 den Steuerelektroden 14, 15 der Thyristoren 9, 10 zugeführt. Die Spannung an den Kathoden der Thyristoren entspricht der Batteriespannung von beispielsweise 7»5 V und liegt damit erheblich niedriger als die Kondensatorspannung. Da die angelegte Spannung an den Steuerelektroden 14, 15 der Thyristoren größer ist als die Batteriespannung fließt ein Steuerstrom über die Steuerelektroden, wodurch die Thyristoren 9* 10 in den leitenden Zustand geschaltet werden. Der Kondensator 18 arbeitet als Speicherkondensator und gewährleistet dadurch, daß die Thyristoren 9, 10 im leitenden Zustand verbleiben und schaltungstechnisch wie normale Dioden arbeiten, solange der Kondensator 18 aufgeladen ist.

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Die Batteriespannung steigt mit zunehmender Ladung und hat je naeh verwendetem Typ einen mehr oder weniger ausgeprägten Spannungsknick bei Volladung. Sobald die Batteriespannung und die hierzu proportionale Spannung am Kondensator 44 einen bestimmten Wert überschreitet, wird die Zenerdiode 4> leitend und löst den nachgeschalteten Trigger J59 aus. Die Ansprechspannung der Schaltung ist mittels des Potentiometers 27 einstellbar. Der Eingangstransistor 40 des ausgelösten Triggers wechselt vom gesperrten in den leitenden Zustand über, während gleichzeitig der Ausgangstransistor 4l vom leitenden Zustand in den Sperrzustand kippt. Dadurch steigt die Spannung am Kollektor dieses Transistors auf die Batterie· spannung an. Über die Widerstände 45 und 48 fließt ein entsprechender Strom, welcher bewirkt, daß der Transistor 47 leitend wild und der Kondensator 18 sich über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 47 entlädt. Als Folge der Kondensatorentladung wird die Spannung an den Steuerelektroden 14, 15 der Thyristoren 9 bzw, 10 negativer als die an ihren Kathoden anliegende Batteriespannung, was bedeutet, daß die Thyristoren 9, 10 in den Sperrzustand überwechseln. Damit 1st die Batterieladung beendet.

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Claims

Ansprüche

Aus dem Wechselstromnetz betreibbares Batterieladegerät, bei dem die Batterie über eine Gleichrichteranordnung aufgeladen wird, und welches eine von der Spannung am Gleichrichterausgang abhängigen Spannung gesteuerte, elektronische Schaltvor- » richtung enthält, die den Ladestrom bei Vorliegen einer Spannung bestimmter, vorgegebener Größe selbsttätig unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für die elektronische Schaltvorrichtung (39) zwischen einem mit einem Pol der aufzuladenden Batterie (12) verbundenen, in Sperrichtung betriebenen Gleichrichter (31) und einem mit diesem in Reihe liegenden Kondensator (32) abgenommen wird, welcher sich aus einer eine Bezugsspannung liefernden Gleichspannungsquelle über den Gleichrichter und die Batterie auf die Differenzspannung dieser Bezugsspannung und der Batteriegegenspannung auflädt.
2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, { daß als die die Bezugsspannung liefernde Gleichspannungsquelle ein zu der Reihenschaltung aus Kondensator (32), Gleichrichter (31) und Batterie (12) parallel angeordneter, weiterer Kondensator (28) dient, welcher über eine Diode (26) an die Sekundärseite eines Netztransformators (3) angeschlossen ist.

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3. Batter ie lade gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltvorrichtung (39) am Abgriff (38) eines Spannungsteilers (33) liegt, dessen Anschlußpunkt (34) zwischen dem Gleichrichter (3I) und dem mit ihr in Reihe geschalteten Kondensator,(32) liegt.
4. Batterieladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem in Reihe mit dem Gleichrichter (31) liegenden Kondensator (32) ein Paralleiwiderstand (50) zugeordnet ist; über den sich der Kondensator beim Absinken der Netzspannung entlädt.

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