DE2200935A1 - Ladegeraet fuer Akkumulatoren - Google Patents

Description

Reg.-Nr.CHL 55 6233 Kelkheim,, den 5.1.1972

Legg (Industries) Limited, Merridale Street, Wolverhampton, Staffs. Y/V3 ORB

Ladegerät für Akkumulatoren

Gegenstand der Erfindung ist ein Ladegerät für Akkumulatoren, welches eine Schaltungsanordnung zur zeitweiligen Unterbrechung des Ladestromes enthält, wobei die Dauer der Ladepausen abhängig ist vom Abfall der Batteriespannung während der Ladepausen und welches eine Einrichtung zum Vergleichen der Dauer zweier aufeinanderfolgender Ladepausen enthält.

Eine Anordnung dieser Art ist in der deutschen Offenlegungsschrift 1 909 727 beschrieben. Die dort angegebene Ladeschaltung enthält eine Einrichtung zum zeitweiligen Unterbrechen des Ladestromes für bestimmte Zeiträume, deren Dauer abhängig ist vom Abfall der Batteriespannung während der Ladepausen, sowie eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von einer Funktion der Dauer der Ladepausen den Ladestrom endgültig . unterbricht oder abändert, um die Ladung zu beenden oder einen Teil der Ladung zu beenden. In einer besonderen Anordnung wird die Ladung bzw. eine Phase der Ladung dann beendet, wenn das Verhältnis der Dauer eine Ladepause zu der einer vorhergehenden Ladepause unter einen vorbestimmten Vferf fällt. In der in der Offenlegungsschrift 1 909 727 besonders beschriebenen Schaltungsanordnung wird dieser Vergleich durch einen reversiblen Timer durchgeführt, welcher ein Motor ist, der in eine Richtung langsamer läuft als in die andere Richtung.

209830/0791

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung au schaffen, welche keinen Motor benötigt, der in der Lage sein muß, mit unterschiedliehen Geschwindigkeiten zu laufen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelÖ3t, daß zur Bestimmung der Dauer der Ladepausen ein Kondensator vorgesehen ist, welcher mit Schaltkreisen zu seiner abwechselnden Ladung und Entladung während aufeinanderfolgender Ladepausen von einem vorbestimmten Ladezustand aus versehen ist und daß eine weitere Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die anzeigt, wenn der Kondensator diesen Ladezustand nicht erreicht und die Beendigung zumindest einer Phase der Ladung bewirkt.

Die Grenzladung des Kondensators, von der ausgegangen wird, kann eine niedrige Ladung sein, vorzugsweise jedoch ein hoher Ladezustand. Die Beendigung der Ladung erfolgt dann, wenn der Kondensator, der in einer Ladepause teilweise entladen wurde, während der nächsten Ladepause nicht wieder zum selben Ladezustand zurückgeladen wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß, wenn der Kondensator seine Ladung nicht mehr einwandfrei aufrecht erhält, die Ladung der Batterie eher abgeschlossen wird, anstatt daß sie immer weiter geladen wird. Diese Betriebsweise ist somit sicherer und Insbesondere kann der Akkumulator nicht geschädigt werden.

Der Kondensator wird geladen und entladen durch mindestens eine Konstantstromquelle, vorzugsweise dient dieselbe Konstantstromquelle zur Ladung und Entladung. ' ..

Zusätzlich kann die Vorrichtung einen Maximalzeitschalter ent-, halten, durch den die Ladung dann beendet wird, wenn die Dauer einer Ladepauae ein vorbestimmteo Maximum überschreitet, unabhängig von dem Verhältnis zwischen den Dauern zweier aufeinanderfolgender Ladepausen. Der Maximalzeitschalter kann ge-

209330/0791

steuert werden vom Kondensator, wenn dessen Ladung unterhalb eines bestimmten Minimums abgesunken ist. Die Spannung des Kondensators wird zweckmäßigerweise über einen stabilisierten Spannungsvergleicher ermittelt, welcher zwei Transistorstufen enthält, deren eine Seite vom Kondensator gespeist wird, der mit der Konstantstromquelle verbunden ist, die einen Transistor enthält, während die andere Seite gespeist wird von einem Schaltkreis, der einen ähnlichen Transistor enthält, welcher mit einer Konstantspannungsquelle in Verbindung steht.

Vorzugsweise enthält die Vorrichtung einen Ladeschalter, welcher den Ladestrom nach Beendigung einer Reihe von Ladeperioden abschaltet und der den Ladestrom einschaltet und die Ladepause beendet, wenn die Leerlaufspannung des Akkumulators unter einem vorbestimmten Wert fällt.

Die Vorrichtung enthält weiterhin einen bistabilen Schalter, der so angeordnet ist, daß er seinen einen Zustand bei ungeradezahligen Ladepausen und den anderen Zustand bei geradzahligen Ladepausen einnimmt. Dieser, bistabile Schalter enthält einen Thyristor parallel zu einem Transistor, welche beide in Reihe mit einem Relais liegen, das einen Wechselkontakt besitzt, welcher so geschaltet ist, daß er ein Eingangssignal zur Steuerelektrode des Thyristors schaltet, so daß das Signal den Thyristor zündet, bzw. zur Basis des Transistors, so daß der Thyristor kurzgeschlossen wird und sperrt.

Der bistabile Schaltkreis kann über Signale eines Ladezeitgebers am Ende jeder zeitbegrenzten Ladeperiode gesteuert werden, wobei aufeinanderfolgende Signale dazu dienen, ihn in entgegengesetzte Richtungen zu Behalten, während der Ladeschalter selbst über Signale vom .Ladezeitgeber gesteuert ,wird, die ihn immer in dieselbe Richtung schalten, wobei Signale, die ihn in die entgegengesetzte* Richtung schalten vom Spannungsvergleicher abge-

209830/0791

geben werden. Der Spannungsvergleicher enthält vorzugsweise einen Schmitt-Trigger.

Der bistabile Schaltkreis kann so angeordnet sein, daß der Kondensator an ein Konstantstromnetawerk angeschlossen wird und so in eine Richtung geladen oder entladen wird von seiner Grenzladung aus während ungeradzahliger Ladepausen und in die entgegengesetzte Richtung während geradzahliger Ladepausen.

Der Ladeschalter ist so angeordnet, daß der Lade- bzw. Entladestromkreis des Kondensators während der Ladeperioden abgeschaltet wird, wenn der Ladezustand des Kondensators zurückgeht, jedoch nicht, während Ladeperioden in denen sich der Ladezustand des Kondensators dieser Grenzladung nähert.

Der Ladeschalter steuert eine Einrichtung, die eine Phase der Ladung beendet, so daß eine Beendigung nur während einer Ladeperiode auftreten kann. Zusätzlich wird diese Einrichtung überwacht durch einen Schalter, beispielsweise einen Thyristor, der so angeordnet ist, daß er durch den Ladezeitgeber am Ende der ersten Ladeperiode eingeschaltet wird, wobei verhindert wird, daß er während dieser ersten Perlode arbeitet, jedoch in jeder weiteren Ladeperiode die darauf folgt.

Der Ladezeitgeber kann einen Unijunction-Transistor enthalten, dessen Eingang mit einem Wlderstands-Kondensatornetzwert gekoppelt ist.

Das Ende: einer Phase der Ladung kann durch einen Stromkreis kontrolliert werden, der ein erstes Verriegelungsrelais enthält, welches über die Wechselstromversorgung gespeist wird und einen Haltekontakt besitzt und ein weiteres Verritgelungorelais, welches gespeist wird vom Akkumulator und einen Haitekontakl parallel zu dem des ersten Verriegelungorelais besitzt.

209830/0791

Die Beendigung der ersten Phase ist vorzugsweise der Beginn einer zweiten Phase, während welcher wie in der ersten Phase ein Ladestrom für festgelegte Perioden fließt. Am Ende dieser Perioden wird er abgeschaltet und die Ladepause endet, wenn die Leerlaufspannung der Batterie unter einen vorbestimmten Wert fällt. Der durchschnittliche Ladestrom liegt dabei wesentlich niedriger als in der ersten Phase. Während der zweiten Phase iet die Zeit einer einzelnen Ladeperiode vorzugsweise geringer als in der ersten Phase und wird über denselben Zeitgeber gesteuert, wobei der Wert eines Bauteils im Widerstands-Kondensatornetzwerk geändert wird. Zusätzlich kann die Spannungehöhe niedriger sein als in der ersten Phase und dieee Spannung wird kontrolliert vom gleichen Batteriespannungswächter, wobei ebenfalls ein Bauelement im Spannungsüberwachungsstromkreis geändert wird.

Die Anordnung kann in einem Relais versehen sein, über welches die Wechselstromversorgung nur dann eingeschaltet wird» wenn eine Batterie mit den LadeklemmsB verbunden ist» Zusätzlich kann es einen Einschaltverzögerungeetromkreis enthalten,, um das Einschalten der Wechselstromversorgung zu verzögern^ damit die Ladeklemme vollständig befestigt werden kann, bevor der Ladevorgang beginnt.

Schaltungsanordnung^ gemäß der Erfindung können den verschiedenartigsten Aufbau besitzen. Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung anhand der Figuren A₅ B und C, welche den Geaamtstromkreis darstellen, beschrieben. Vpr der Erläuterung dieser Schaltungsanordnung im einzelnen wird die Arbeitsweise kurz beschrieben.

Die Ladung verläuft in zwei Phasen, von denen die erste bzw. Phaoe 1, die Hauptladung liefert, womit sich die vorliegende Erfindung im wesentlichen beschäftigt, und Phase 2 eine Ladungc-

209830/0791

erhaltung ist, die über unbegrenzte Zeiträume aufrechterhalten werden kann.

Während der Phase 1 wird der Ladestrom in vorbestimmten Perloden eingeschaltet, beispielsweise jeweils 15 Minuten lang und am Ende jedes dieser Zeiträume wird abgeschaltet und die Leerlaufepannung der Batterie wird über einen Spannungswächter überwacht. Wenn diese Spannung einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 2,3 V pro Zelle erreicht (Blei-Akkumulator), wird der Ladestrom wieder eingeschaltet. In der Zwischenzeit wird die Dauer aufeinanderfolgender Ladepausen mittels eines Zeitvergleichstromkreises verglichen, d.h. jedes ungradzahlige Intervall' wird mit dem darauf folgenden geradzahligen Intervall verglichen. Wenn die Dauer der Ladepausen im wesentlichen konstant bleibt, zeigt dies an, daß die Batterie im wesentlichen voll geladen ist, so daß Phase 1 der Ladung beendet wird und auf Phase 2 geschaltet wird, die sich dann unbegrenzt lange fortsetzen kann.

Während der ersten Ladeperiode vor der ersten Stromunterbrechung wird ein Kondensator mit geringen Verlusten, z.B. ein PoIykarbonat-Kondensator auf eine bestimmte Spannung aufgeladen, begrenzt beispielsweise durch eine Zenerdiode und diese Spannung wird konstant gehalten, während der ersten und während aller ungradzahligen Ladepausen wird der Kondensator mit einer bestimmten Geschwindigkeit, beispielsweise mit konstantem Strom entladen und wird dann während der nächsten Ladeperiode abgetrennt. Während der zweiten und allen geradzahligen Ladepauaen wird der Kondensator wieder mit einer bestimmten Geschwindigkeit aufgeladen, die aber geringer ist als die Entladegeschwindigkeit und zwar um einen konstanten Faktor, um beispielsweise X#. Wenn die Dauer einer geradzahligen Ladepause die Dauer einer ungeradsahligen Ladepaüse nicht um wenigstens überstsigt, kehrt die Kondenaatorspannung auf den Wert zu-

209830/0791

-7- - 22Q0935

rück, der vorher durch die Zenerdiode bestimmt wurde. Dies wird durch einen Spannungswächter überwacht, der ein Signal abgibt, so daß die Batterieladung fortgesetzt wird. Wenn kein solches Signal gegeben wird, wird die Ladung der Batterie beendet oder das Ladegerät wird auf Erhaltungsladung (Phase 2) umgeschaltet.

Im folgenden ist die Schaltungsanordnung im einzelnen näher beschrieben.

Der Hauptladestromkreis in Figur B kann die übliche Form be-rsitzen, enthält Wechselstromanschlußklemmen 10 und 11, die über den Kontakt 12/1 eines Hauptschalters 12 mit der Primärwicklung 15 eines Transformators verbunden sind, dessen Sekundärwicklung 16 mit dem Eingang eines Brückengleichrichters 17 verbunden ist. Der Ausgang dieses Gleichrichters 17 ist mit dem Ladeausgangsklemmen. 19 und 20 für die Batterie 21 verbunden.

Die Anordnung enthält 5 Relais, davon ist eines das Versorgungsrelaie 22 (Figur B), das immer dann anspricht, wenn eine Batterie an die Batterieklemmen angeschlossen wird. Ein Laderelais 23 (Figur 10) wird betätigt, wenn Batterieladestrom geliefert werden soll. Ein Schaltrelais 24 wird angesteuert von einem bistabilen Schaltkreis während ungeradzahliger Ladepausen, jedoch nicht während geradzahliger Ladepausen. Ein erstes VerriegelungsrelaiB 25 (Figur C) der Phase 2 wird angesteuert und hält sich selbst sobald Phase 2 der Ladung begonnen wird. Ein zweites Verriegelungsrelais 26 (Figur C) der Phasp 2 wird gleichzeitig mit dem ersten Relais 25 angesteuert, um einen Haltestromkreis für das letztere zu bilden, wenn die Wechselstromspei sung zeitweise abgeschaltet werden sollte. Dadurch wird gesichert, daß dann, wenn wieder eingeschaltet wird, das Ladegerät in Phase 2 und nicht in Phase 1 weiterlädt.

Das Versorgungsrelais 22 ist über Diode 29 und Widerstand 30 an die Klemmen 19 und 20 geschaltet und wird immer dann be-

209830/0791

tätigt, wenn eine Batterie mit diesen Klemmen verbunden ist. Die Wechselstromversorgung (Anschlußklemmen 10 und 11) ist mit der Primärwicklung 5 eines Transformator 4 verbunden, welcher die Steuerstromkreise speist. Dieser hat eine Sekundärwicklung 6, die mit einer roten Anzeigelampe 33 verbunden ist und über Kontakte 22/1 und 25/1 mit einer grünen oder gelben Lampe 34 oder 35 und mit dem Eingang des Brückengleichrichters Dessen Ausgang 185 ist über Widerstand 38 und Glättungskondensator 39 mit den Klemmen 40 und 41 verbunden, welche die positive und negative Anschlußklemme für den Einschaltverzögerungsschaltkreis 45» die Batteriespannunβsüberwachung 55, den Ladezeitgeber 85, die bistabile Schaltung 105 und den Phase 2 .Verriegelungsstromkreis 114 (dargestellt in Fig. C des Diagramms) sind. Der Ausgang 185 des Brückengleichrichters 7 (Fig. B) ist über Diode 128 Widerstand 129 parallel zum Glättungskondensator 130 (Fig. A) gelegt und die Klemmen des letzten sind über Widerstand 131 mit Zenerdiode 132 verbunden, welche über ihre Anschlüsse 132 und 41 eine spannungsstabilisierte Versorgung für den Maximalζeitschalter 137, den Zeitvergleichsstromkreis 147, den Spannungsüberwachungsschaltkreis 160 und einen logischen Schaltkreis für das Umschalten in Phase 2 bildet (Fig. A).

Im Batteriespannungswächterstromkreis 55» (Fig. C) ist das Laderelais 23, welches durch Diode 56 überbrückt ist, über einen Ladetransistor 57, einen Einschaltverzögerungstransistor 46 und einen Widerstand 47 an die Versorgungsklemmen 40 und 41 geschaltet.

Der Einschaltverzögerungsstromkreis 45 (Fig. C) enthält ein Widerstandkondensatornetzwerk 48/49 an den Versorgungsklemmcn 40 und 41, deren Verbindungostelle über die Zenerdiode 50 mit der Basis de3 Transistors 46 verbunden ist. Es wird so eine Anfangsverzögerung von einigen Sekunden erreicht, wenn das lade-

209830/0791

gerät eingeschaltet wird durch das Einsetzen einer Batterie. Es kann so kein Ladestrom eingeschaltet werden bevor die elektrische Verbindung vollständig ist. Der Transistor 46 leitet nicht bis Kondensator 49 auf über Widerstand 48 auf eine die Spannung der Zenerdiode 50 überschreitende Spannung aufgeladen ist.

Der Spannungswächterstromkreis 45, (Fig. C) enthält einen Schmitt-Trigger mit Transistoren 58 und 59, die einen gemeinsamen Emitterwiderstand 60 und 61 besitzen, dessen Teil parallel zum Relaiskontakt 25/2 liegt, um den Spannungspegel in Phase 2 zu ändern. Der Kollektor von Transistor 59 ist über Widerstand 62 mit der positiven Versorgungsklemme 40 und über Widerstand 63 mit der Basis des Ladetransiatora 57 verbunden, dessen Emitter mit der positiven Versorgungskleuime 40 verbunden ist.

Wenn der Transistor 59 leitet, leitet auch Tranaistor 57 und nach der Anfangsverzögerung spricht das Laderelais 23 an. Die Basis von Transistor 59 ist über Widerstand 64 mit der negativen Versorgungskleuime 41 und über Widerstand 65 mit dem Kollektor

58

von Transistor verbunden, der über Kondensator 66 an der negativen Versorgungsklemme 41 und über Widerstände 67, 68 und 69 an der positiven Versorgungsklemme 40 liegt. Die Verbindung der Widerstände 67 und 68 ist über temperaturkompensierende Dioden 70 und 71 und Zenerdioden 72 und 73 mit der negativen Ver-Borgungsklemme 41 verbunden; die Verbindung der Widerstände 68 und 69 über eine Zenerdiode 74 mit der negativen Versorgungsklemme 41. Die Basis von Transistor 58 liegt über Widerstände 75 und 76, wobei der letztere verstellbar ist, an Klemme 41 und über Widerstand 77, Widerstand 31, die Verbindungsstelle 186, sowie die Diode 29 (Pig. B) an der positiven Batterieklemme

Die Basis von Trannistor 59 liegt normalerweise an konstanter Spannung, stabilisiert durch die Zenerdioden 72, 73, 74 und die

209830/0791

Dioden 70 und 71, während die Basis von Transistor 58 auf einer Spannung liegt, die abhängig ist von der positiven Batterieklemme 19. Die Emitter der beiden Transistoren sind verbunden. Das Potentiometer 76 ist so eingestellt, daß solange die Batteriespannung höher liegt als 2,3 V pro Zelle (Blei-Akkumulator) der Transistor 58 leitet und Transistor 59 sperrt. Wenn die Spannung unter diesen Wert fällt, sperrt Transistor 58 und Transistor 59 wird leitend, so daß das Laderelais 23 anspricht.

Die Werte der Widerstände 60 und 61 sind so gewählt, daß wenn der letztere über Kontakt 25/2 in Phase 2 kurzgeschlossen wird, die Spannung bei der das Laderelais eingeschaltet wird, von 2,3 V pro Zelle, auf ca. 2,2 V pro Zelle heruntergesetzt wird.

Die Werte der Widerstände sind so gewählt, daß ein weiter Spannungsbereich in beide Richtungen überstrichen werden kann. Während das Laderelais nur angeschaltet wird bei einer Batteriespannung unterhalb von 2,3 V pro Zelle, fällt es nur dann ab, wenn die Batteriespannung über 3,2 V pro Zelle liegt. Das Ladegerät kann daher, wenn die Batterie nicht mit ihm verbunden ist, Spitzenspannungen von mehr als 3,2 V pro Zelle liefern und erst dann wird das Laderelais abgeschaltet.

Im Normalfall wird das Laderelais jedoch abgeschaltet über den Ladezeitgeber, der die Zenerdioden 72 und 73 kurzzeitig kurzschließt und die Eingangsspannung stark herabsetzt.

Der Ladezeitgeberstromkreis 85, (Fig. C) enthält einen Unijunctiontransistor 86, der gesteuert wird über ein Widerstand-Kondensat or-Netzwerk. Ditses Netzwerk besteht aus den Widerständen 87, 88, 89, 90 und 91 und den Kondensatoren 92 und 93, deren Verbindungspunkt mit dem Emitter des Unijunction- transistors 96 verbunden ist. Dessen positive Basis ist über

209830/0791

Widerstand 94 mit der positiven Versorgungsklemme 40 verbunden und die negative BaBis ist über Widerstand 95 mit der negativen Versorgungsklemme 41 verbunden. Die negative Basis ist der Ausgangsanschluß für drei Ausgänge, die im folgenden näher erläutert werden.

Die Widerstände 87, 88 und 89 sind über Relaiskontakt 25/3 des Phase 2, ersten Verriegelungsrelais 25 überbrückt um die Dauer jeder Batterieladeperiode von beispielsweise 15 Minuten in Phase 1 auf beispielsweise 5 Minuten in Phase 2 zu ändern. Die Kondensatoren 92 und 93 sind über Widerstand in Reihe mit dem Kontakt 23/2 des Laderelais 23 überbrückt, um die Ladezeitgeberkondensatoren durch Entladung in Bereitschaft für eine andere Zeitgeberoperation zu halten, wenn das Laderelais abfällt, d.h. während der Ladepausen.

Ein Ausgang des Ladezeitgebers 85 ist mit dem Batteriespannunggswächter 55 verbunden. Die negative Basis des Unijunctiontransistors 86 ist über Widerstand 97 mit der Basis des Transistors 98 verbunden, parallel zu den Zenerdioden 72 und -73. Wenn Batteriestrom für eine bestimmte Zeit, beispielsweise für 15 Minuten geflossen ist, sind die Kondensatoren 92 und 93 bis auf eine Spannung aufgeladen, die genügt, um den Unijunctiontransistor 86 zu zünden. Es fließt dann ein Stromstoß, Tran-' sistor 98 leitet, die Zenerdioden 72 und 73 werden kurzgeschlossen und die Arbeitsspannung des Schmitt-Triggers wird wie oben erläutert herabgesetzt. Dadurch sperrt Transistor 59» Transistor 58 leitet, welcher den Schmitt-Trigger auf seinen Anfangszustand zurückschaltet und das Laderelais 23 fällt ab.

Vom Unijunctiontransistor 86 wird ein zweiter Ausgang zum bistabilen Schaltkreis 105 abgezweigt. Dieser bistabile Schaltkreis 105 (Fig C) schaltet jeweils um,, wenn der Unijunctiontransistor 8$ leitet. Die negative Basis des Transistors 86 ist weiterhin über Widerstand 99 mit einem Zweiwege^-Relais-

209830/0791

kontakt 24/1 verbunden, wobei ein Kontakt mit der Steuerelektrode von Thyristor 106 verbunden ist, der über Wider-Btand 107 an der negativen Anschlußklemme 41 liegt. Der andere Kontakt ist zur Basis des Transistors 108 geführt, der über Widerstand 109 mit der negativen Versorgungsklemme 41 verbunden ist. Der Thyristor liegt parallel zu dem Transistor 108 und beide liegen in Reihe mit dem Umschaltrelais 24> das durch Diode 110 überbrückt ist und mit dem Widerstand 111, parallel zu den Versorgungsklemmen 40 und 41.

Wenn Kontakt 24/1 mit der Thyristor-Steuerelektrode verbunden ist, in der dargestellten Stellung, zündet ein Impuls vom Unijunctiontransistor 86 den Thyristor 106 und das Umschaltrelais 24 spricht an. Kontakt 24/1 schaltet auf die Basis von Transistor 108 um. Thyristor 106 leitet weiter und das Umschaltrelais 24 bleibt in der ganzen folgenden Zeit der Lade« pause und der Ladeperiode im gleichen Zustand.

Ein Ausgangspuls tritt erst dann wieder auf, wenn der Unijunctiontransistor wieder zündet, zu Beginn der nächsten Ladepause.

Wenn Kontakt 24/1 mit Transistor 108 verbunden ist, macht ein Stromimpuls diesen Transistor leitfähig und scfließt den Thyristor kurz, welcher da er kein Steuersignal erhält, dann aufhört zu leiten, wenn seine Spannung abfällt und auch nicht wieder neu leitet, bevor Transistor 108 wieder sperrt. Das Umechaltrelais 24 spricht daher bei der ersten ufcd allen folgenden ungeradzahligen Ladepausen an und in der Ladeperiode die diesen folgt, jedoch nicht im zweiten und in folgenden geradzahligen Ladepausen und in den Ladeperioden, die diesen folgen.

209830/0791

Der Zeitvergleicher-Stromkreis 147 (Fig. A) enthält Kondensator 148, der abwechselnd geladen und entladen wird, über den Konstantstromtransistor 149. Dessen Basis ist mit der negativen Versorgungsklemme 41 über Zenerdiode 150 und über Widerstände 151 und 152 mit der positiven Versorgungsklmme 133 verbunden. Sein Emitter lie.gt über Widerstand 153 und 154 an der negativen Klemme 41· Dies ergibt eine Konstantstromquelle bekannter Art, in der der Strom so gesteuert wird, daß die Spannung an den Emitterwiderständen 153 und 154 gegen die Spannung der Zenerdiode 150 stabilisiert wird.

Eine Klemme des Kondensators 86 ist mit Kontakt 24/2 verbunden über den sie entweder mit der positiven Eingangsklemme 133 oder über einen Kontakt 23/3 mit dem Kollektor des Konstantstromtransistors 149 verbunden ist. Das andere Ende des Kondensators 148 ist über Kontakt 24/3 entweder mit der negativen Versorgungsklemme 41 oder mit dem Kollektor des Konstantstromtransistors 149 verbunden«, Wenn die Kontakte in der in der Figur dargestellten Stellung sinä^ wird der Kondensator mit Konstantstrom geladen bis auf die Spannung der Zenerdiode 132 minus der Zenerdiode 150. Wenn das Umschaltrelais 124 anspricht und die Kontakte 24/2 und 24/3 umschalten, entlädt sich Kondensator 148 wieder mit Konstantetrom bis auf die Spannung der Zenerdiode 150.

Widerstand 154 ist über Kontakt 24/4 d©s Umschaltrelais 24 überbrückt, so daß la ungeradzahligen Ladepausea* wenn dieses Beiais anspricht und Kontakt 24/4 geschlossen ist» der Entladestrom des Kondensators 148 geringfügig größer ist als der Ladestrom in geradzahligen Ladepausen. Daraus ergibt sich die benötigte Differenz von X# zum Vergleich der Dauern von aufeinanderfolgenden Ladepausen.

Beim ersten Anschließen der Batterie 21 sind die Kontakte in der dargestellten Stellung, Kondensator 148 lädt sich während

209830/0791

-H-

der ersten Ladeperiode auf die maximale Spannung auf, welche der Differenz zwischen den Spannungen der Zenerdiode 132 und 150 entspricht, und bleibt dort stehen.

In der ersten Ladepause spricht Umschaltrelais 24 an und der Kondensator entlädt sich. Während jeder Ladeperiode spricht das Laderelais 23 an und Kontakt 23/3 öffnet sich. Dabei setzt sich das Laden des Kondensators fort, welches dann fortdauern kann, wenn eine Ladeperiode vorliegt, die auf eine geradzahlige Ladepause folgt. Der Entladestromkreis wird jedoch dann geöffnet, um die Entladung des Kondensators zu verhindern, wenn eine Ladeperiode vorliegt, die einer ungeradzahligen Ladepause folgt.

Der untere Anschluß von Kondensator 148 bildet den Ausgang zu dem Kondensatorspannungswächter-Stromkreis 160, für den Zeitvergleichs-Schaltkreis 147.

Der Kondensatorspannungsüberwachungsstromkreis 160, (Fig. a) ist ein hochohmiger Stromkreis, der zwei Paare von Transistoren 161, 162, 163 und 164 enthält, wobei die Emitter eines Transistors jeweils mit der Basis des anderen verbunden sind und ihre Kollektoren zusammengeschaltet sind und die Emitter der zwei Paare von Transistoren einen gemeinsamen Emitterwiderstand 165 besitzen. Die Kollektoren der Transistoren 163 und 164 sind direkt mit der positiven Versorgungsklemme 133 verbunden, währen die der Transistoren 161 und 162 mit dieser Klemme über Widerstand 166 verbunden Bind.

Die Basis von Transistor 164 ist mit der unteren Klemme des Kondensators 148 verbunden. Die Basis des Transistors 161 ist über Transistor 167 und Widerstand 168 mit der negativen ■Versorgungsklemme 41 verbunden. DLe Basis von Transistor 167 liegt an der Verbindung der Widerstände 152 und 151. Kondensator

209830/0791

liegt zwischen Basis und Kollektor des Transistors 161.

Der logische Schaltkreis 175, der das Umschalten in Phase 2 "bewirkt (Fig. A), enthält einen Transistor 176, dessen Basis mit den Kollektoren der Transistoren 161 und 162 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 176 ist mit der positiven Versorgungsklemme 153 verbunden, sein Kollektor liegt über Widerstand 177 an der negativen Versorgungskiemme 41 und liegt über Widerstand 178 an der Basis des Transistors 179. Dessen Emitter ist mit der positiven .Versorgungsklemme 133 und sein Kollektor über Kontakt 23/4, eine Diode 180 und einen Widerstand 115» sowie die Verbindung 187 mit der Basis des Transistors 116 im Verriegelungsstromkreis 114 (Fig.* C) verbunden.

Wenn die Transistoren 163 und 164 leiten, sperren die Transistoren 161 und 162, Transistor 176 sperrt auch und Transistor 179 leitet, wenn Kontakt 23/4 geschlossen ist und liefert ein positives Signal zu Transistor 116 im Verriegelungsstromkreis der Phase 2. Wie oben angedeutet, ist zu Beginn der ersten Ladepause Kondensator 148 in seinem voll geladenen Anfangszustand und seine obere Klemme liegt an der positiven Versorgungsspannung (etwa +20 V) und ee^n unteres Ende an der Spannung der Zenerdlode 150 (ca. 3 V).

Der rechte Eingang 164 des Vergleichere liegt auf der letzten Spannung, während der linke an einer etwas positiveren Spannung liegt, entsprechend dem Spannungsabfall am Widerstand 151» beispielsweise 0,1 V. Während der ersten Ladepause und der folgenden ungeradzahligen Ladepausen spricht das Umschaltrelais 24 an und der veränderliche Eingang 164 des Vergleichers wird über Kontakt 24/3 an die negative Versorgungsklemme gelegt, so daß er sperrt und kein Signal zum Verriegelungsstromkreis der Phase 2 liefert.

209830/0791

Der Kondensator entlädt eich mit konstantem Strom. In der folgenden Ladeperiode öffnet Kontakt 23/3 und weitere Entladung wird verhindert. In der zweiten Ladepause und den folgenden geradzahligen Ladepausen fällt Umschaltrelais 24 ab. Der Kondensator ist dann teilweise entladen, so daß
sein unteres Ende bzw. der rechte Eingang des Vergleichers näher an der positiven Speisespannung liegt als in dem ursprünglichen vollgeladenen Zustand, so daß die rechte Hälfte des Vergleicherstromkreises leitet und Transistor 179 dann leiten würde, wenn nicht Kontakt 23/4 des Laderelais geöffnet wäre.

Während dieser zweiten oder jeder geradzahligen Ladepause lädt sich der Kondensator stetig auf seinen Ursprungszu- ^ stand auf und wenn die Dauer der geradzahligen Ladepause die der vorhergehenden ungeradzahligen Ladepause um X% oder mehr übersteigt, wird eein unteres Ende und der rechte Eingang des Vergleichers negativer als der linke Eingang, so daß Transistor 179 sperrt, bevor die Ladepause beendet wird. Wenn die nächste Ladeperiode beginnt und Kontakt 23/4 schließt, ist dann Immer noch kein Signal für den Verriegelungsstromkreis der Phase 2 vorhanden.

Wenn die Dauer einer geradzahligen Ladepause nicht um mehr als XJl größer ist ale die einer vorhergehenden ungeradzahligen Ladepauee, ist Kondensator 148 nicht genügend aufgeladen um die rechte Hälfte 163_f 164 des Vergleichers 160 abzuschalten am Ende des Zeitraumes, wenn der Batteriespannungsanzeiger das Ansprechen des Laderelais 23 und das Schließen des Kontaktes 23/4 veranlaßt. Transistor 179 würde dann leiten, wobei Kontakt 23/4 geschlossen ist und der logische Umschaltstromkreis 175 der Phase 2 würde ein Signal durch die Diode 180 zum VerriegelungsStromkreis 114 abgeben, damit !'hase 2 beginnen kann.'

209830/0791

Zu Beginn einer geradzahligen Ladepause muß Kontakt 23/4 öffnen, bevor die Kontakte 24/2 und 24/3 achließen, damit Phase 2 nicht zu früh beginnt. Dies wird dadurch erreicht, daß beide Relais vom Ladezeitgeber Unijunctiontransistor 86 angesteuert werden, da Kontakt 23/4 zu Beginn seiner Bewegung öffnet, während die Kontakte 24/2 und 24/3 erst zu Ende ihre Bewegung schließen.

Im Verriegeiungsatromkreis 114 (Fig. C) ist das erste Verriegelungsrelais 25 in Reihe mit dem Widerstand 117» dem Transistor 116 und dem Widerstand 118 über die Versorgungsklemmen 40 und 41 geschaltet.

Der Kollektor von Transistor 116 ist über Diode"119 und Halte kontakt 25/4 des ersten Verriegelungsrelais 25 geschaltet, so daß, wenn das Relais anspricht, es seinen eigenen Haltestromkreis schließt.

Der Emitter von Transistor 116 liegt über eine Diode 120 an der Verbindung von Widerstand 121 und Thyristor 122, der an den Klemmen 40 und 41 liegt. Die Steuerelektrode von Thyristor 122 ist über Widerstand 100 mit der negativen Basis des Unijunctiontransistors 86 des Ladezeitgebers verbunden. Widerstand 118 läßt nicht genügend Strom durch, um Relais 25 zum Ansprechen zu bringen, so daß dieses nur anspricht, wenn Thyristor 122 leitet. Der Thyristor 122 wird durch einen Puls vom Unijunctiontransiotor 86 des Ladezeitgebers am Ende der ersten Ladeperiode gezündet und leitet weiter üb£r Widerstand 121. ..'..-.

Es ist aber auch, möglich, daß die Versorgung zeitweise unterbrochen wird. In diesem Fall wird der Haltestromkreis des Kontaktes 25/4 unterbrochen und wenn die Versorgung wifti.erkehrt,

209830/0791

würde das Ladegerät auf Phase 1 zurückkehren, anstatt in Phaoe 2 weiterzuladen. Dementsprechend ist das zweite Verriegelungsrelaia 26 vorgesehen und über Leiter 188, Diode und Widerstand 30 (Fig. B) mit der positiven Klemme Ί9 der Batterie 21 und über Diode 123 (Flg. C) mit dem Kontakt 25/4 verbunden, der vom Haltekontakt 26/1 des zweiten Verriegelungsrelaio 26 überbrückt ist. Sobald der Haltekontakt 25/4 wieder schließt, spricht Relais 26 über die Batterie 21 an und schließt den Haltekontakt 26/1. Wenn dann die Wechselstromversorgung zeitweise unterbrochen wird, bleibt Relais 26 von der Batterie versorgt und der Haltestromkreis für das Relais 25 wird aufrechterhalten, das dann anspricht, sobald der Wechselstrom wiederkehrt.

Dementsprechend führen der ZeitvergleichsBtromkreis 147 und sein Spannungsüberwachungsstromkreis 160 zum Ansprechen der Relais 25 und 26, wenn eine Ladepause nicht wesentlich größer ist als die vorhergehende.

Es ist zu bemerken, daß das Umschalten nach Phase 2 davon abhängt, daß eine geradzahlige Ladepause ungenügend lang ist, um den Kondensator 143 zum gewählten Ladezustand zu laden. Wenn die Ladepausen ao lange werden, daß eine ungerade ausreicht, den Kondensator bis zu seiner unteren Grenze zu entladen, dann kann die folgende geradzahlige, selbst wenn sie nicht länger ist als die vorhergehende ungeradzahlige, ausreichen, um den Kondensator wieder aufzuladen, bis zur gewählten oberen Grenze und der dargestellte Stromkreis würde Phase 2 nie einschalten.

Als Vorsichtsmaßnahme dagegen ist der Maximalzeitschalter (Fig. A) vorgesehen. Dieser enthält eine Zenerdiode 138, die in Reihe geschaltet ist mit einem Widerstand 139 über die Ver-Borgungsklemmen 133 und 41. Ihre Verbindung ist mit dem Emitter des Transistors 140 verbunden, dessen Basis am Emitter von

209830/0791

!Transistor 141 liegt, während die Kollektoren beider Tran»-. sistoren über Diode 181 (Pig. A) mit der negativen Seite der Diode 180, welche den Ausgang der Phase 2 Logikochaltung 170 ist, verbunden sind.

Die Basis von Transistor 141 ißt über Diode 142 mit dein oberen Ende des Kondensators 148 verbunden. Wenn zu irgend einer Zeit das obere Ende des Kondensators 148 negativer wird als eine bestimmte Spannung, die durch die Zenerdiode 138 festgelegt ist, leiten die Transistoren 141 und 14-0 und geben ein Signal au Transistor 116 des Vcrriegelungsstromkreises-114 und Phase 2 wird .in Gang gesetzt, d.h. wenn zu irgend einer Zeit eine Lade-..pause so lange dauert, daß Kondensator 148 über einen bestimmten Punkt hinaus entladen wurde, dann greift der Ma7J.mal~ zeitschalter ein und gibt ein Signal zum Verriegelungsstromkreis 114, um Phase 2 in Gang zu setzen.

- Patentansprüche -

209830/079 1

Claims (1)

1. Reg.-Nr. CHL 55 6233 Kelkheim, den 5.1.1972

   Patentansprüche

   Ladegerät für Akkumulatoren, welches eine Schaltungsanordnung zur zeitweiligen Unterbrechung des Ladestromes enthält, wobei die Dauer der Ladepausen abhängig ist vom Abfall der Batteriespannung während der Ladepausen und welches eine Einrichtung zum Vergleichen der Dauer zweier aufeinanderfolgender Ladepausen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Dauer der tadepausen ein Kondensator (148) vorgesehen ist, welcher mit Schaltkreisen zu seiner abwechselnden Ladung und Entladung während aufeinanderfolgender Ladepausen von einem vorbestimmten Ladezustand aus versehen ist und daß eine weitere Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die anzeigt, wenn der Kondensator (148) diesen Ladezustand nicht erreicht und die Beendigung zumindest einer Phase der Ladung bewirkt.

   2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzladung des Kondensators (148) eine hohe Ladung ist und daß eine Phase der Ladung beendet wird, sobald der Kondensator (148) der während einer Ladepause teilweise entladen wurde, während der nächsten Ladepauße nicht auf den gleichen Ladezustand zurückkehrt.

   3. Ladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ladung und Entladung des Kondensators (148) mindestens eine Konstantstromquelle (149) vorgesehen ist.

   4. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen des Kondensators (1<18) mit einer Umschaltvorrichtung

   209630/0791

   (24> 23) versehen sind, die verschiedene Schaltstellungen in abwechselnden Ladepausen einnimmt, wobei der erste Kontakt (24/2) der ersten Klemme und der sweite Kontakt (24/3) der zweiten Klemme mit ersten und aweiten Versorgungsklemmen (133, 41) verbunden sind, während der zweite Kontakt (24/2) der.ersten Klemme und der erste Kontakt (24/3) der zweiten Klemme über die Konstantstromquelle (149) mit der zweiten Versorgungsklemme (41) verbunden sind und daß die Verbindung des zweiten Kontaktes (24/2) der ersten Klemme zur Konstantstromquelle (149) einen Kontakt (23/3) enthält, der während der Ladezelt geöffnet ist.

   5. Ladegerät nach einem oder mehreren.der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß es einen Maximalzeltschalter

   .(137) enthält, der eine Phase der Ladung beendet,, wenn die Dauer einer Ladepause einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet.

   6. Ladegerät nach den Ansprüchen 2. und 5_P dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalzeitschalter (137) vom Kondensator (148) ansteuerbar ist, wenn dessen Ladezustand einen bestimmten Wert unterschreitet,

   7. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Spannung des Kondensators (148) ein Spannungsvergleicher (16O) vorgesehen ist, welcher ein Paar von Emitter gekoppelten Transistorstufen (161, 162, 163, I64) enthält, wobei eine Seite vom Kondensator (148) gespeist wird„ der mit einer Konstantstromquelle, die einen Transistor (149) enthält, verbunden ist, während die andere Seite über einen Stromkreis gespeist wird, der einen Iranoiatqr (167)» verbunden mit einer Konstantspannungsquelle enthält.

   209830/0791

   O, Ladegerät nach οLnem oder mehreren der Ansprüche I - 7, dadurch gekennzeichnet;, daß öle eLnen Ladeschalter (85) enthäLt, über den der Ladestrom am Ende der Ladeperioden abgeschaltet wird und der die Ladepausen beendet, wenn die Leerlaufspannung der BatterLe unter einen bestimmten Wert fälLt,

   9. Ladegerät nach eLnem' oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß βLe einen bistabilen Schalter

   (105) enthält, der eine Lage während der ungeradzahligen Ladepausen und den anderen Zustand während geradzahliger Ladepausen annimmt.

   10. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schalter (105) einen Thyristor (106) parallel mit einem Transistor (108) enthält, die beide in Reihe mit einem Relais (24) geschaltet sind, welches eirtfnKontakt (24/1) besitzt, über den entweder die Steuerelektrode des Thyristors (106)ein Eingangssignal erhält, welches zur Zündung des Thyristors

   (106) führt oder die Basis des Transistors (108), eo daß der Transistor (I08) den Thyristor (106) kuraschließt und damit sperrt.

   11. Ladegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schaltkreis (105) gesteuert wird über Signale vom Ladezeitgeber (t35) am PJnde jeder Ladeperiode, wobei aufeinanderfolgende Signale dazu dienen, ihn in entgegengesetzte Zustände zu schalten, und daß der Ladeschalter gesteuert wird über Signale vom Ladezeitgeber (85)» die ihn ständig in die gleiche Richtung schalten, wobei dazwischenliegende Signale über einen Spannungsvergleicher (45) geliefert werden, die ihn in die entgegengesetzte Richtung schalten

   209830/0791

   12. Ladegerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvergleicher (45) ein Schmitt-Trigger (58, 54) ist.

   13. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schaltkreis (105), so geschaltet ist, daß der Kondensator (148) an eine Konstante tr omquelle (149) angeschlossen ist und während ungeradzahliger Ladepausen in eine Richtung geladen oder entladen wird und in die andere Richtung geladen oder entladen wird, wenn geradzahlige Ladepausen vorliegen.

   14. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschalter (23, 23/3) so angeordnet ist, daß der Kondensator (148) nicht geladen oder entladen wird während der Ladeperioden, in denen seine Spannung abnimmt, jedoch geladen oder entladen wird während der Ladeperioden/in denen sein-Ladezustand sich einem "bestimmten vorgegebenen Wert annähert.

   15. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschalter einen Schalter zur Beendigung einer Phase der Ladung betätigt.

   16. Ladegerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Thyristor (122) ist, der vom Ladezeitgeber (85) bei Beendigung nur der ersten Ladeperiode einschaltbar ist. '

   17. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezeitgeber (85) einen Unijunction-Transistor (86) enthält.

   203830/0791

   18. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung einer Phase der Ladung steuerbar ist über einen Verriegelungsstromkreis, welcher ein Verriegelungsrelais (25) enthält, das an der Wechselspannung liegt und einen Haltekontakt (25/4) besitzt, sowie ein zweites Verriegelungsrelais 26, welches von der Batterie gespeist ist und einen Haltekontakt parallel zu dem des ersten Relais (25) besitzt.

   19. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung der ersten Ladephase der Beginn einer zweiten Ladephase ist/in der der Ladestrom ebenfalls zeitweilig unterbrochen wird und die Dauer der Ladepausen vom Abfallen der Batteriespannung in diesen Pausen abhängt, wobei der Mittelwert dee Ladestroms wesentlich geringer ist als in der ersten Phase.

   20. Ladegerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer einer Ladeperiode in der zweiten Ladephase kürzer ist als in der ersten Phase und daß in der zweiten Ladephase im Ladezeitgeber ein Bauteil überbrückt ist.

   21. Ladegerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Ladephase die Spannung geringer ist als in der ersten Ladephase und daß im Batteriespannungswächter ein Bauteil überbrückt ist.

   22. Ladegerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais (22) vorgesehen ist, über welches die Wechselspannungsversorgung nur bei angeschlossener Batterie einschaltbar ist.

   209830/0791

   23. Ladegerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einschaltverzögcrujigsschaltkreis (4-5) vorgesehen ist.

   20983 0/0791

   Leerseite