DE2133741A1

DE2133741A1 - BATTERY CHARGER

Info

Publication number: DE2133741A1
Application number: DE2133741A
Authority: DE
Inventors: Lovro Dipl Ing Vukasovic
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-07
Filing date: 1971-07-07
Publication date: 1973-01-25

Description

Batterie ladegerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Batterieladegerät mit einem steuerbaren Haibleitergleichrichter (Thyristor) in jeder Verbindungsleitung der einen Polklemme mit der spannungsumschaltbaren Selandärseite eines netzgespeisten Transformators. Mit solchen spannungsumschaltbaren Batterieladegeräten können wahl' weise z.B. 6-Volt-Batterien bzw. 12-Volt-Batterien geladen werden. Es ist dabei vor dem Anschluß der zu ladenden Batterie an die Polklemme des wechselstrombetriebenen Ladegerätes stets zu überprüfen, ob die Ladespannung auf die Batterienennspannung eingestellt ist, ansonsten bei höher als die Batterienennspannung eingestellter Ladespannung eine Zerstörung der Batterie eintreten kann. Auch besteht bei einem polverkehrten Anschluß der Batterie an das Ladegerät eine Gefahr für die Batterie und bei einem Kurzschluß der Polklemmen die Möglichkeit der Uberlastung und Beschädigung des Ladegerätes, wenn nicht gesonderte Uberstromschutzschalter vorgesehen sind. Weiterhin muß bei den bekannten Ladegeräten der eingangs genannten Art der Ladevorgang überwacht werden, damit die aufgeladene Batterie von Hand entweder abgeschaltet oder nur mit verringertem Erhaltungsladestrom weitergeladen wird. Auch besteht bei Netzausfall der Nachteil einer unerwünscht starken Entladung der Batterie über das Ladegerät.Battery charger The invention relates to a battery charger with a controllable semiconductor rectifier (thyristor) in each connection line one pole terminal with the voltage-switchable selandary side of a mains-fed Transformer. With such voltage switchable battery chargers, choice can be made e.g. 6-volt batteries or 12-volt batteries can be charged. It is there before connecting the battery to be charged to the pole terminal of the AC powered one Always check whether the charging voltage has reached the nominal battery voltage otherwise set higher than the nominal battery voltage Charging voltage, the battery can be destroyed. There is also one Reversing the polarity of the battery to the charger poses a risk to the battery and in the event of a short circuit in the pole terminals, there is the possibility of overloading and damage of the charger, unless separate overcurrent protection switches are provided. Furthermore, in the case of the known chargers of the type mentioned at the beginning, the charging process must be carried out monitored so that the charged battery is either switched off manually or only continues to charge with a reduced trickle charge current. Also exists at Mains failure the disadvantage of an undesirably heavy discharge of the battery via the Charger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladung der Batterie nur dann zu ermöglichen, wenn bei richtiger Spannungseinstellung des Ladegerätes die Batterie mit richtiger Polung an die Polklemmen angeschlossen ist und den Ladevorgang bei vollaufgeladener Batterie zu beenden, eine Entladung der Batterie über das Ladegerät bei Netzausfall nur in sehr geringem Maße zuzulassen und sowohl bei Kurzschluß an den Polklemmen des Ladegerätes als auch bei dessen Leerlauf das Fließen'eines Ladestromes zu verhindern.The invention is based on the task of charging the battery only possible if with the correct voltage setting of the charger the battery is connected to the pole terminals with the correct polarity and the charging process at fully charged battery to end a discharge of the battery via the charger in the event of a power failure only to a very small extent and both in the event of a short circuit at the pole terminals of the charger as well as when the charger is idling To prevent a charging current from flowing.

Die gestellte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Steuerelektrode jedes Thyristors über eine erste Diode und-einen steuerbaren Halbleiterwiderstand (Transistor) mit der zweiten Polklemme verbunden ist und daß zwischen beiden Polklewmen eine zweite Diode gleicher Durchlaßrichtung wie die erste Diode in Reihe mit einer einstellbaren Widerstandsanordnung angeschlossen ist, von der ein eine Steuerspannung für den Transistor liefernder Teil durch einen spannungsabhängigen Halbleiterschalter überbrückbar ist. Das Ladegerät nach der Erfindung lädt also nur dann, wenn der vom Netz herrührenden Spannung eine ausreichende egenspannung der auf zu ladenden Batterie als Steuergröße für den Steuerkreis des Transistors gegenübersteht.The object set is achieved according to the invention in that the control electrode of each thyristor via a first diode and a controllable one Semiconductor resistor (transistor) is connected to the second pole terminal and that between the two Polklewmen a second diode in the same direction as the first Diode connected in series with an adjustable resistor arrangement, from the one supplying a control voltage for the transistor by a voltage-dependent part Semiconductor switch can be bridged. The charger according to the invention thus charges only if the voltage coming from the network has a sufficient voltage the battery to be charged as a control variable for the control circuit of the transistor facing.

Eine selbsttätige Umschaltung auf Erhaltungsladung ist auf einfache Weise dadurch möglich, daß parallel zu jedem Thyristor eine Diode in Reihe mit einem als tlberstromschutz dienenden Kaltleiterwiderstand geschalte"r; ist.An automatic switchover to trickle charging is easy Way possible by having a diode in series with a parallel to each thyristor PTC resistor used as overcurrent protection.

Der maximale Ladestrom kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß im Steuerkreis des Transistors ein weiterer Kaltleiterwiderstand vorgesehen ist, der der Temperatur des oder der Thyristoren ausgesetzt ist, so daß mit stromabhängig zunehmender Temperatur der Transistor abnehmende Steuerströme liefert, die eine zunehmend spätere, mit der Netzfrequenz periodische Zündung des oder der Thyristoren einleitet. Durch diese vertikale Steuerung wird der Ladestrom kontinuierlich bis zum halben Wert herabgeregelt und dann ganz unterbrochen. Nach Abkühlung der Thyristoren setzt der Ladevorgang erneut von selbst wieder ein.'Es kann auf diese Weise der Grenzstrom des Thyristors voll zum Laden ausgenutzt werden, und zwar unabhängig von Netzspannungsschwankungen Weitere Einzelheiten sind anhand eines schematisch dargestellten einfachen Ladegerätes in Einwegschaltung nachfolgend näher erläutert. Das dort Gesagte gilt sinngemäß auch für andere bekannte Schaltungen, z.B. für die vielfach benutzten Mittelpunktschaltungen.The maximum charging current can according to a further embodiment of the Invention can be achieved that in the control circuit of the transistor another PTC resistor is provided that corresponds to the temperature of the thyristor or thyristors is exposed, so that the transistor decreases as the temperature increases as a function of the current Provides control currents that are increasingly later, periodic with the mains frequency Initiates ignition of the thyristor or thyristors. This vertical control will the charging current is continuously reduced to half the value and then completely interrupted. After the thyristors have cooled down, the charging process starts again by itself can on this way the limit current of the thyristor is full for charging can be used, regardless of mains voltage fluctuations. Further details are based on a simple charger shown schematically in one-way circuit explained in more detail below. What was said there also applies analogously to other known ones Circuits, e.g. for the frequently used midpoint circuits.

Der primärseitig an Netzwechselspannung angeschlossene Transformator Tr ist mit dem einen Ende seiner Sekundärwicklung über einen Thyristor Th unmittelbar mit der Polklemme N des Ladegerätes verbunden. Mittels eines Spannungsumschalters US1 kann ein Abgriff a (z.B. 6 V) oder das andere Ende b (z.B.The transformer connected to the AC mains voltage on the primary side Tr is directly connected to one end of its secondary winding via a thyristor Th connected to the pole terminal N of the charger. By means of a voltage switch US1 can have one tap a (e.g. 6 V) or the other end b (e.g.

12 V) der Sekundärvicklung mit der Pclklemme P verbunden werden. Die zu badende Batterie B ist polrichtig mit ihrem Pluspol an die Polklemme P und mit ihrem Minuspol an die Polklemme N angeschloseen. Die Steuerelektrode des Thyristors Th ist über eine entsprechend angeschlossene Diode Dl und die Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors g mit der Polklemme P verbunden. In diesem Steuerkreis ist ein Begrenzungswiderstand R5 vorgesehen, dem eine Anzeigelampe L parallelgeschaltet ist, die nur beim eigentlichen Ladevorgang aufleuchtet und nach Beendigung der Ladung erlischt.12 V) of the secondary winding must be connected to terminal P. the Battery B to be bathed has the correct polarity with its positive pole on pole terminal P and with their negative pole connected to the pole terminal N. The control electrode of the thyristor Th is via a correspondingly connected diode Dl and the collector-emitter path of a transistor g connected to the pole terminal P. In this control circuit there is a Limiting resistor R5 is provided, to which an indicator lamp L is connected in parallel which only lights up during the actual charging process and after charging has ended goes out.

Die Basis des Transistors T ist vorteilhafterweise über einen Kaltleiterwidorstand KW2 zur Berücksichtigung der Temperatur des Thyristors Th zu dessen Steuerung an eine Widerstandsanordnung R1, R2, R3, R4 angeschlossen, die in Reihe mit einer in gleicher Weise wie die Diode Dl gepolten zweiten Diode D2 mit den Polklemmen N, P verbunden ist. Der Spannungsabfall am Widerstand R4 oder an einem gestrichelt dargestellten Abgriff dieses Widerstandes ist die Steuerspantuing für den Transistor.The base of the transistor T is advantageously via a PTC resistor KW2 to take into account the temperature of the thyristor Th to control it a resistor arrangement R1, R2, R3, R4 connected in series with an in the same way as the diode Dl polarized second diode D2 with the pole terminals N, P is connected. The voltage drop across resistor R4 or a dashed line The tapping of this resistor shown is the control voltage for the transistor.

Einem hohercn Spannungsabfall an Teilen R2, R3, R4 der Widerstandsanordnurlzr ist eine Vierschichtdiode D5 ausgesetzt, die im durchlässigen Zustand den Widerstand R4 überbrückt und dabei die Steuerspannung für den Transistor T zu Null macht, so daß durch Sperren des Transistors der Thyristor Th gesperrt und der Ladevorgang unterbrochen wird. Die Zündspannung für die Vierschichtdiode D5 ist bei entsprechender Stellung der Umschalter US1 und US-2 so eingestellt, daß bei einer erreichten Ladespamlung der Batterie von z.B. 6 oder 12 Volt die Zündung der Vierschichtdiode erfolgt und durch Wegfall der Transistorsteuerspannung de Thyristor Th sperrt.A high voltage drop at parts R2, R3, R4 of the resistor arrangement only a four-layer diode D5 is exposed, which in the permeable state the resistance R4 bridged and the control voltage for the transistor T makes to zero, so that by blocking the transistor, the thyristor Th is blocked and the charging process is interrupted. The ignition voltage for the four-layer diode D5 the switch US1 and US-2 is set in the appropriate position so that if the battery has reached a charge level of e.g. 6 or 12 volts, the ignition is switched off the four-layer diode takes place and by eliminating the transistor control voltage de thyristor Th locks.

Durch eine entsprechend bemessene Zenerdiode D4 im Steuerkreis des Transistors kann die Ansprechspannung des Basis-Emitterkreises des Transistors T genau auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß beim Schaltern der Umschalter US1, US2 auf Stellung b (12 Volt) und Anschluß einer 6-Volt-Batterie an den Polklemmen PN die Zenerspannung nicht erreicht wird, so daß der stromsperrende Transistor 2 den Thyristor Th sperrt. Mit geringerer Ansprechgenauigkeit kann ein fälschliches Batterieladen mit zu hoher Spannung auch ohne die Diode D4 ermöglicht- werden, wenn die Basis-Emitterspannung des Transistors T entsprechend gewählt ist. Die Ladekennlinie kann beispielsweise nach VDE 0510 eine W-Kennlinie sein.With an appropriately sized Zener diode D4 in the control circuit of the The transistor can control the response voltage of the base-emitter circuit of the transistor T. be set exactly to such a value that when switching the changeover switch US1, US2 in position b (12 volts) and connection of a 6-volt battery to the pole terminals PN the Zener voltage is not reached, so that the current-blocking transistor 2 blocks the thyristor Th. With a lower response accuracy, an incorrect Battery charging with excessively high voltage can also be made possible without the diode D4, if the base-emitter voltage of the transistor T is selected accordingly. The charging profile can be a W-characteristic according to VDE 0510, for example.

Bei Polklemmenkurzschluß ist am Widerstand R4 keine Spannung so daß auch in diesem Fall der Thyristor Th sperrt. Bei Anschluß einer 12-Volt-Batterie an das auf 6 Volt eingestellte Ladegerät zündet die Vierschichtdiode D5 und macht den Stellerkreis des Transistors ebenfalls spannungslos. Sobald der Thyristor Th sperrt, wird seine Überbrückung wirksam, d.h. über die Diode 13 und den Kaltleiterwiderstand KW1 fließt ein kleinerer Erlialtungsladestrom. Der Kaltleiterwiderstand KW1 wirkt auch als Überstromschutz, da er sich bei Kurzschluß durch den hohen Strom stark erwärmt und dabei eine Widerstandserhöhung erfährt.In the event of a shorted pole terminal, there is no voltage at resistor R4 so that also in this case the thyristor Th blocks. When connecting a 12 volt battery on the charger set to 6 volts, the four-layer diode D5 ignites and makes also de-energized the control circuit of the transistor. As soon as the thyristor Th blocks, its bridging becomes effective, i.e. via the diode 13 and the PTC resistor KW1 flows a smaller charging current. The PTC resistor KW1 is effective also as overcurrent protection, as it is strong in the event of a short circuit due to the high current heated and experiences an increase in resistance.

Bei Leerlauf des i"adegerätes tritt am Kaltleiterwiderstand KWl und der Diode D3 eine entsprechenu holme Leerlaufspanmlng auf, die die Viex.schichtdiode D5 sofort zündet und damit den Thyristor Th gesperrt hält. Durch den Kondensator K wird eine Verzögerung im Ansprechen des Transistors T erreicht, so daß dieser nicht ungewollt durchlässig wird.When the charger is idling, the PTC resistor KWl and the diode D3 a corresponding open circuit voltage that the Viex.schichtdiode D5 ignites immediately and with it the Thyristor Th keeps locked. By the capacitor K a delay in the response of the transistor T is achieved, so that this is not unintentionally permeable.

Die Widerstandsanordnung R1 bis R4 hält den Entladestrom der Batterie B bei Wegfall der Netzspannung klein.The resistor arrangement R1 to R4 holds the discharge current of the battery B small when the mains voltage fails.

Wenn bei einer Hittelpunkt- oder anderen Transformatorschaltung mehrere Thyristoren vorgesehen sind, so werden diese über gesonderte Dioden von einem Transistor angesteuert. Da die Kollektoren auf gleichem Potential liegen, können sie einen gemeinsamen Kühlkörper haben, der durch den Kaltleiterwiderstand KW2 im Steuerkreis des Transistors 2 temperaturüberwacht wird.If in a central point or other transformer circuit several Thyristors are provided, so they are connected to a transistor via separate diodes controlled. Since the collectors are at the same potential, they can one have a common heat sink created by the PTC resistor KW2 in the control circuit of the transistor 2 is temperature monitored.

Im übrigen is-t es beim Gegenstand der Erfindung auch noch möglich, alle Widerstände einer gleich großen Naximalbelastung auszusetzen.In addition, with the subject matter of the invention, it is also possible to expose all resistors to the same maximum load.

Die Lampe L leuchtet nur bei voller Ladung.The L lamp only lights up when the battery is fully charged.

Die Erfindung vergleicht also die Ladespannung mit der jeweiligen Batteriespannung nach Größe und Polarität und ermöglicht nur bei richtiger Polarität einen Ladestrom bis zum Erreichen der vollen Ba-;teriespannung, als dann selbsttätig die Umschaltung auf Erhaltungsladung erfolgt.The invention thus compares the charging voltage with the respective one Battery voltage according to size and polarity and only allows if the polarity is correct a charging current until the full battery voltage is reached, as then automatic the switchover to trickle charge takes place.

6 Patentansprüche 1 Figur6 claims 1 figure

Claims

Claims battery charger with a controllable semiconductor rectifier (Thyristor) in each connecting line of one pole terminal with the voltage switchable Secondary side of a mains-fed transformer, characterized in that the Control electrode of each thyristor (Th) via a first diode (D1) and a controllable one Semiconductor resistor (transistor T) is connected to the second pole terminal (P) and that between the two pole terminals (N, P) a second diode (D2) with the same forward direction like the first diode (D1) in series with an adjustable resistor arrangement (R1, R2, R3, R4) is connected, one of which is a control voltage for the transistor (g) -supplying part (R3, R4) through a voltage-dependent semiconductor switch (D5) can be bridged.

2. Charger according to claim 1, characterized in that the thyristor (Th) a diode (D3) in series with a PTC resistor serving as overcurrent protection (kr1) is connected in parallel.

3. Charger according to claim 1, characterized in that the transistor base via a PTC resistor exposed to the temperature of the thyristor (Th) (KW2) with the resistor arrangement (R1 to R4) and via a capacitor (K) with the second pole terminal (P) is connected.

4. Charger according to claim 1, characterized in that in the connection of the transistor (arc) to the control electrode of the thyristor (Th) a limiting resistor (R5) is provided with a parallel indicator lamp (L).

5. Charger according to claim 1, characterized in that the voltage-dependent Semiconductor switch (D5) a four-layer diode or the anti-parallel connection a diode with a zener diode.

6. Charger according to claim 1 or 3, characterized in that im Control circuit of the transistor (T) a Zener diode (D4) is inserted.

L e r s e i t e