DE2200935B2 - Ladegerät für einen elektrischen Akkumulator - Google Patents

Description

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Gegenstand der Erfindung ist ein Ladegerät für einen elektrischen Akkumulator mit einer Anordnung zum zeitweiligen Unterbrechen des Ladestromes, mit der die Dauer jeder Ladepause durch das Absinken der Batterieklemmenspannung auf einen vorgegebenen Wert während der Ladepause festgelegt ist und welches eine Schaltungsanordnung enthält, die durch Vergleich der Dauer zweier aufeinanderfolgender Ladepausen den Ladestromkreis abschalten oder zu einem weiteren Ladeabschnitt umschalten kann.

Ein solches Ladegerät ist bekannt durch die DT-OS 09 727. Bei diesem bekannten Ladegerät wird dieser Vergleich über einen reversierbaren Zeitgeber durchgeführt, welcher ein Motor ist, der in eine Richtung langsamer läuft als in die andere Richtung.

Aus der DT-OS 19 37 282 ist eine Schaltungsanordnung zur Ladung von Akkumulatoren mit pulsierendem Strom bekannt. In dieser Anordnung ist ein Akkumulator über einen Schalttransistor mit einem Kondensator parallel geschaltet. Während der Ladepausen wird der Kondensator mit den Polklemmen des Akkumulators verbunden. Sobald der Kondensator eine vorgegebene Spannung erreicht, wird über eine spannungsempfindliche Schaltungsanordnung der Ladestrom des Akkumulators verringert oder die Ladung beendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lade-Anordnung zu schaffen, in der ein mit unter schiedlichen Drehzahlen zu betreibender Motor nicht erforderlich ist

Die Aufgabe wird gelöst durch einen die Dauer der Ladepause erfassenden Zeitvergleicher mit einem Kondensator, der zur abwechselnden Ladung und Entladung während aufeinanderfolgender Ladepausen von einem vorbestimmten Ladezustand aus umschaltbar ist und durch eine weitere Schaltungsanordnung, die ein die Abschaltung oder Umschaltung auslösendes Signal abgibt, wenn der Kondensator am Ende der jeweils zweiten Ladepause den Ladezustand, der bei Begann der ersten vorhanden war, nicht wieder erreicht.

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 in einer jeweils ersten Ladepause entladen und in der darauffolgenden zweiten geladen werden kann, und daß von der Schaltungsanordnung dann ein Signal abgegeben wird, sobald der Kondensator, der während der ersten Lidepause teilweise entladen wurde, während der zweiten Ladepause nicht auf den gleichen Ladezustand zurückkehrt. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß, wenn der Kondensator seine Ladung nicht mehr einwandfrei aufrechterhält, die Ladung der Batterie eher abgeschlossen wird, anstatt daß sie immer weiter geladen wird. Diese Beireibsweise ist somit sicherer, und insbesondere kann der Akkumulator nicht geschädigt werden.

Zur Ladung und Entladung des Kondensators ist eine Konstantstromquelle vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, zur Ladung und Entladung des Kondensators zwei getrennte Konstantstromquellen anzuwenden. Zusätzlich kann die Vorrichtung einen Maximalzeitschalter enthalten, durch den die Ladung oder ein Abschnitt der Ladung dann beendet wird, wenn die Dauer einer Ladepause einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet, unabhängig von dem Verhältnis zwischen dem Dauern zweier aufeinanderfolgender Ladepausen. Der Maximalzeitschalter kann gesteuert werden vom Kondensator, wenn dessen Ladung unter ein bestimmtes Minimum abgesunken ist

Zur Überwachung der Spannung des Kondensators ist ein Differenzverstärker als Kondensatorspannungsvergleicher vorgesehen, welcher aus je zwei Transistoren aufgebaute Darlingtonschaltungen enthält und bei welchem eine Seite von dem Kondensator gespeist wird, der mit der Konstantstromquelle verbunden ist, während die andere Seite von einem Stromkreis gespeist wird, der einen Transistor, verbunden mit einer Konstantspannungsquelle, enthält

Vorzugsweise enthält die Vorrichtung einen Ladezeitgeber, über den der Ladeschalter am Ende der Ladeperioden betätigt wird und die Ladung beendet.. Der Ladeschalter, insbesondere ein Laderelais, dient weiterhin zur Einschaltung des Ladestroms.

Die Vorrichtung enthält weiterhin einen bistabilen Schalter, der eine Lage während der ungeradzahligen Ladepausen und die andere Lage während der geradzahligen Ladepausen einnimmt Dieser bistabile Schalter enthält einen Thyristor parallel zu einem Transistor, welche beide in Reihe mit einem Relais geschaltet sind, das einen Kontakt besitzt, über den entweder die

Steuerelektrode des Thyristors ein Eingangssignal erhält, welches zur Zündung des Thyristors führt, oder die Basis des Transistors, so daß der Transistor den Thyristor kurzschließt und damit sperrt.

Der bistabile Schaltkreis kann über Signale eines Ladezeitgebers am Ende jeder zeitbegrenzten Ladeperiode gesteuert werden, wobei aufeinanderfolgende Signale dazu dienen, ihn in jeweils entgegengesetzte Richtungen zu schalten, während das Laderelais selbst über Signale vom Ladezeitgeber gesteuert wird, die es immer in dieselbe Richtung schalten, wobei Signale, die es in die entgegengesetzte Richtung schalten, vom Batterie-Spannungsvergleicher abgegeben werden. Der Batterie-Spannungsvergleicher enthält vorzugsweise einen Schmitt-Trigger.

Der Zeitvergleicher ist so aufgebaut, daß der Kondensator an eine Konstantstromquelle angeschlossen ist und während geradzahliger Ladenausen geladen werden kann und während ungeradzahliger Ladepausen entladen werden kann.

Ein Kontakt des Ladeschalters bzw. des Ladereläis ist so angeordnet, daß der Kondensator nach seiner Entladung in einer ungeradzahligen Ladepause bei Erregung des Laderelais nicht weiter zu entladen ist.

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

Die Beendigung eines Abschnitts der Ladung ist über einen Verriegelungsstromkreis steuerbar, welcher ein erstes Verriegelungsrelais enthält, das an einer nur von der Wechselspannung abhängigen Spannung liegt und einen Haltekontakt besitzt, sowie ein zweites an der Batteriespannung liegendes Verriegelungsrelais, welches einen Haltekontakt parallel zu dem Haltekontakt des ersten Verriegelungsrelais angeordnet besitzt.

Die Beendigung des ersten Ladeabschnitts ist der Beginn des zweiten Ladeabschnitts, in dem der Ladestrom ebenfalls zeitweilig unterbrochen wird und die Dauer der Ladepausen vom Abfallen der Batteriespannung in diesen Pausen abhängt, und in dem der Mittelwert des Ladestroms wesentlich geringer ist als in dem ersten Abschnitt Während des zweiten Ladeabschnitts ist die Zeit einer einzelnen Ladeperiode vorzugsweise geringer als im ersten Ladeabschnitt und wird über denselben Ladezeitgeber gesteuert, wobei die Zeitkonstante des ÄC-Gliedes des Ladezeitgebers durch Verringerung des Widerstandes reduziert wird.

Zusätzlich kann der Einschaltpegel des Batteriespannungsvergleichers durch Verringerung des Emitterwiderstandes des Schmitt-Triggers reduziert werden.

Die Anordnung kann mit einem Relais versehen sein, über welches die Wechselspannung nur einschaltbar ist, wenn eine Batterie mit den Ladeklemmen verbunden ist Zusätzlich kann das Laderelais in Reihe mit einem Einschaltverzdgerungs-Stromkreis geschaltet sein, um das Einschalten der Wechselspannung zu verzögern, damit die Ladeklemme vollständig befestigt werden kann, bevor der Ladevorgang beginnt

Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung können den verschiedenartigsten Aufbau besitzen. Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung an Hand der F i g. A, B, C welche den Gesamtstromkreis darstellen, beschrieben. Vor der Erläuterung dieser Schaltungsanordnung im einzelnen wird die Arbeitsweise kurz beschrieben.

Die Ladung verläuft in zwei Ladeabschnitten, von denen der Ladeabschnitt 1 die Hauptladung liefert, womit sich die vorliegende Erfindung im wesentlichen beschäftigt und wobei der Ladeabschnitt 2 eine Ladungserhaltung ist, die über unbegrenzte Zeiträume aufrechterhalten werden kann.
Während des Ladeabschnitts 1 wird der Ladestrom für festgelegte Perioden eingeschaltet, beispielsweise jeweils 15 Minuten lang, und am Ende jedes dieser Zeiträume wird abgeschaltet, und die Leerlaufspannung der Batterie wird über einen Batteriespannungs-Vergleicher überwacht. Wenn diese Spannung auf einen

ίο vorbestimmten Wert abgesunken ist und beispielsweise 2,3 V pro Zelle erreicht (Bleiakkumulator), wird der Ladestrom wieder eingeschaltet. In der Zwischenzeit wird die Dauer aufeinanderfolgender Ladepausen mittels eines Zeitvergleichsstromkreises verglichen, d. h., jedes ungeradzahlige Intervall wird mit dem darauffolgenden geradzahligen Intervall verglichen. Wenn die Dauer der Ladepausen im wesentlichen konstant bleibt, zeigt dies an, daß die Batterie voll geladen ist, so daß Ladeabschnitt 1 beendet wird und auf Ladeabschnitt 2 geschaltet wird, der sich dann unbegrenzt lange fortsetzen kann.

Während der ersten Ladeperiode vor der ersten Stromunterbrechung wird ein Kondensator mit geringen Verlusten, z. B. ein Polykarbonat-Kondensator, auf eine bestimmte Spannung aufgeladen, begrenzt beispielsweise durch eine Zenerdiode, und diese Spannung wird konstant gehalten. Während der ersten und während aller ungeradzahligen Ladepausen wird der Kondensator mit einer bestimmten Geschwindigkeit entladen. beispielsweise mit konstantem Strom, und wird dann während der nächsten Ladeperiode abgetrennt. Während der zweiten und allen geradzahligen Ladepausen 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°k. Wenn die Dauer einer geradzahligen Ladepause die Dauer einer ungeradzahligen Ladepause nicht um wenigstens Λ% übersteigt, kehrt die Kondensatorspannung auf den Wert zurück, der vorher durch die Zenerdiode bestimmt wurde. Dies wird durch einen Kondensator-Spannungsvergleicher 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 Ladeabschnitt 2 umgeschaltet

Im folgenden ist die Schaltungsanordnung im einzelnen näher beschrieben.
Der Hauptladestromkreis in F i g. B kann die übliche Form besitzen, 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 mil dem Eingang eines Brückengleichrichters 17 verbunder ist Der Ausgang dieses Gleichrichters 17 ist mit der Ladeausgangsklemmen 19 und 20 für die Batterie 21 verbunden.

Die Anordnung enthält 5 Relais, davon ist eines da Versorgungsrelais 22 (Fig.B), das immer dann an spricht wenn eine Batterie an die Batterieklemmen an geschlossen wird. Ein Ladeschalter 23 (F i g. C) wird be tätigt wenn Batterieladestrom geliefert werden sol Eine Umschaltvorrichtung 24 wird von einem bistabile Schaltkreis während ungeradzahliger Ladepausen er gesteuert, jedoch nicht während geradzahliger Ladt pausen. Ein erstes Verriegelungsrelais 25 (F i g. C) de Ladeabschnitts 2 wird angesteuert und hält sich selbs sobald 1 .adeabschnitt 2 begonnen wird. Ein zweite

(ο

Verriegelungsrelais 26 (F i g. C) des Ladeabschnitts 2 wird gleichzeitig mit dem ersten Verriegelungsrelais 25 angesteuert, um einen Haltestromkreis für das letztere zu bilden, wenn die Wechselspannung 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 Ladeausgangsklemmen 19 und 20 geschaltet und wird immer dann betätigt, wenn eine Batterie mit diesen Klemmen verbunden ist. Die Wechselstromversorgung (Anschlußklemmen 10 und 11) ist mit der Primärwicklung 5 eines Transformators 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 7. 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 Einschaltverzögerungskreis 45, den Batteriespannungsvergleicher 55, den Ladezeitgeber 85, den bistabilen Schalter 105 und den 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 (F i g. A) gelegt, und die Klemmen des letzteren sind über Widerstand 131 mit Zenerdiode 132 verbunden, welche über die erste Versorgungsklemme 133 und über die zweite Versorgungsklemme 41 eine stabilisierte Gleichspannungsversorgung für den Maximalzeitschalter 137, den Zeitvergleicher 147, den Kondensatorspannungsvergleicher 160 und einen logischen Schaltkreis 175 für das Umschalten in Ladeabschnitt 2 bildet (F i g. A).

Im Batteriespannungsvergleicher 55 (F i g. C) ist der Ladeschalter 23, welcher durch Diode 56 überbrückt ist, über einen Ladestransistor 57, einen Einschaltverzögerungs-Transistor 46 und einen Widerstand 47 an die Versorgungsklemmen 40 und 41 geschaltet.

Der Einschaltverzögerungskreis 45 (F i g. C) enthält ein RC-GWed 48/49 an den Versorgungsklemmen 40 und 41, dessen Kondensator 49 über die Zenerdiode 50 mit der Basis des Einschaltverzögerungs-Transistors 46 verbunden ist. Es wird so eine Anfangsverzögerung von einigen Sekunden erreicht, wenn das Ladegerät durch das Einsetzen einer Batterie eingeschaltet wird. Es kann so kein Ladestrom eingeschaltet werden, bevor die elektrische Verbindung vollständig ist. Transistor 46 leitet nicht, bis Kondensator 49 über Widerstand 48 auf eine die Spannung der Zenerdiode 50 überschreitende Spannung aufgeladen ist

Der Batteriespannungsvergleicher 55 (F i g. C) enthält einen Schmitt-Trigger mit Transistoren 58 und 59, die einen gemeinsamen Emitterwiderstand 60 und 61 besitzen, dessen Teil 61 parallel zum Relaiskontakt 25/2 Hegt um den Einschaltpegel in Phase 2 zu ändern. Der Kollektor von Transistor 59 ist über Widerstand 62 mit der ersten Versorgungsklemme 40 und über Widerstand 63 mit der Basis des Ladetransistors 57 verbunden, dessen Emitter mit der ersten Versorgungsklemme 40 verbunden ist

Wenn der Transistor 59 leitet leitet auch Lade-Transistor 57. und nach der Anfangsverzögerung spricht der Ladeschalter 23 an. Die Basis von Transistor 59 ist über Widerstand 64 mit der zweiten Versorgungsklemme 41 und über Widerstand 65 mit dem Kollektor von Transistor 58 verbunden, der über Kondensator 66 an der zweiten Versorgungsklemme 41 und über die 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 zweiten Versorgungsklemme 41 hergestellt; die Verbindung der Widerstände 68 und 69 geschieht über eine Zenerdiode 74 mit der zweiten Versorgungsklemme 41. Die Basis

ίο von Transistor 58 liegt über Widerstände 75 und 76, wobei der letztere verstellbar ist. an der zweiten Versorgungsklemme 41 und über Widerstand 77, Widerstand 31, Verbindungsstelle 186 sowie Diode 29 (F i g. B) an der positiven Batterieklemme 19.

Die Basis von Transistor 59 liegt normalerweise an konstanter Spannung, stabilisiert durch die Zenerdioden 72, 73, 74 und die 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 der Ladeschalter 23 anspricht.

Die Werte der Emitter-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 etwa 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 (F i g. C) enthält einen Unijunction-Transistor 86, der über ein /?C-Glied gesteuert wird. Dieses /?C-Glied besteht aus den Widerständen 87, 88, 89.90 und 91 und den Kondensatoren 92 und 93, deren Verbindungspunkt mit dem Emitter des Unijunction-Transistors verbunden ist. Dessen positive Basis ist über Widerstand 94 mit deT positiven Versorgungsklemme 40 verbunden, und die negative Basis ist über Widerstand 95 mit der negativen Versorgungsklemme 41 verbunden. Die negative Basis ist der Ausgangsanschluß für drei Ausgänge, die im folgenden erläutert werden.

Die Widerstände 87, 88 und 89 sind über Relaiskon takt 25/3 des ersten Verriegelungsrelais 25 überbrücki um die Dauer jeder Batterieladeperiode von beispiels weise 15 Minuten in Ladeabschnitt 1 auf beispielsweisi 5 Minuten in Ladeabschnitt 2 zu ändern. Die Konden satoren 92 und 93 sind über Widerstand % in Reihe mi dem Kontakt 23/2 des Laderelais 23 überbrückt um di Ladezeitgeberkondensatoren durch Entladung in Be reitschaft für eine andere Zeitgeberoperation zu haltei wenn das Laderelais abfällt d. h. während der Ladepav sen.
Der Ausgang de? Ladezeitgebers 85 ist mit dem Ba

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teriespannungsvergleicher 55 verbunden. Die negative Basis des Unijunction-Transistors 86 ist über Widerstand 97 mit der Basis des Transistors 98 verbunden, der parallel zu den Zenerdioden 72 und 73 geschaltet ist. Wenn Batteriestrom für eine bestimmte Zeit, beispielsweise für 15 Minuten geflossen ist, sind die Kondensatoren 92 und 93 auf eine Spannung aufgeladen, die genügt, um den Unijunction-Transistor 86 zu zünden. Es fließt dann ein Stromstoß, Transistor 98 leitet, die Zenerdioden 72 und 73 werden kurzgeschlossen, und die Arbeitsspannung des Schmitt-Triggers wird wie oben erläutert herabgesetzt. Dadurch sperrt Trans^icior 59, Transistor 58 leitet, welcher den Schmitt-Trigger auf seinen Anfangszustand zurückschaltet, und der Ladeschalter 23 fällt ab.

Vom Unijunction-Transistor 86 wird ein zweiter Ausgang zum bistabilen Schalter 105 abgezweigt. Dieser bistabile Schalter 105 (Fi g. C) schaltet jeweils um, wenn der Unijunction-Transistor 86 leitet. Die negative Basis des Unijunction-Transistors 86 ist weiterhin über Widerstand 99 mit einem Umschaltrelaiskontakt 24/1 verbunden, wobei ein Kontakt mit der Steuerelektrode von Thyristor 106 verbunden ist. der über Widerstand

107 an der zweiten Versorgungsklemme 41 liegt. Der andere Kontakt ist zur Basis des Transistors 108 geführt, der über Widerstand 109 mit der zweiten Versorgungsklemme 41 verbunden ist. Der Thyristor 106 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 (F i g. C), zündet ein Impuls vom Unijunction-Transistor 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 Ladepause und der Ladeperiode im gleichen Zustand.

Ein Ausgangspuls tritt erst dann wieder auf. wenn der Unijunction-Transistor wieder zündet zu Beginn der nächsten Ladepause.

Ist nun Kontakt 24/1 mit der Basis des Transistors

108 verbunden, wird der Transistor durch einen Stromimpuls in den leitenden Zustand gebracht. Auf diese Weise wird der Thyristor 106 kurzgeschlossen. Der Thyristor bleibt während der Impulsdauer im gesperrten Zustand, da er kein Steuersignal über Kontakt 24/1 erhalten kann. Nach Ende des Stromimpulses sperrt auch Transistor ICS, und Thyristor 106 ist über Kontakt 24/1 wieder ansteuerbar. Das Umschaltrelais 24 spricht daher bei der ersten und allen folgenden ungeradzahligen Ladepausen an und in der Ladeperiode, die diesen folgt, jedoch nicht in der zweiten und in den folgenden geradzahligen Ladepausen und in den Ladeperioden, die diesen folgen.

Der Zeitvergleicher 147 (F i g. A) enthält Kondensator 148, der abwechselnd geladen und entladen wird, über den Transistor der Konstantstromquelle 149. Dessen Basis ist mit der zweiten Versorgungsklemme 41 über Zenerdiode 150 und über Widerstände 151 und 152 mit der ersten Versorgungsklemme 133 verbunden. Sein Emitter liegt über Widerstand 153 und 154 an der zweiten Versorgungsklemme 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 148 ist mit Kontaki 24/2 verbunden, über den sie entweder mit der ersten Versorgungsklemme 133 oder über einen Kontakt 23/3 mit dem Kollektor des Transistors der Konstantstromquelle 149 verbunden ist. Das andere Ende des Kondensators 148 ist über Kontakt 24/3 entweder mit der zweiten Versorgungsklemme 41 oder mit dem Kollektor des Transistors der Konstantstromquelle 149 verbunden. Wenn die Kontakte in der in der Figur darge-

ίο stellten Stellung sind, wird der Kondensator mit Konstantstrom geladen bis auf die Spannung der Zenerdiode 132 minus der Spannung der Zenerdiode 150. Wenn das Umschaltrelais 24 anspricht und die Kontakte 24/2 und 24/3 umschalten, entlädt sich Kondensator 148 wieder mit Konstantstrom bis auf die Spannung der Zenerdiode 150.

Widerstand 154 ist über Kontakt 24/4 des Umschaltrelais 24 überbrückt, so daß in ungeradzahligen Ladepausen, wenn dieses Relais anspricht und Kontakt 24/4 geschlossen ist, der Entladestrom des Kondensators 148 geringfügig größer ist als der Ladestrom in ungeradzahligen Ladepausen. Daraus ergibt sich die benötigte Differenz von X⁰M zum Vergleich der aufeinanderfolgenden Ladepausen.

Beim ersten Anschließen der Batterie 21 sind die Kontakte in der dargestellten Stellung; Kondensatoi 148 lädt sich während der ersten Ladeperiode auf die maximale Spannung auf, welche der Differenz zwischen den Spannungen der Zenerdiode 132 und 15C entspricht, und behält diese Spannung.

In der ersten Ladepause spricht Umschaltrelais 24 an, und der Kondensator entlädt sich. Während jeder Ladeperiode spricht das Laderelais 23 an, und Kontaki 23/3 öffnet sich. Dabei setzt sich das Laden des Kon densators fort, welches dann fortdauern kann, wenr eine Ladeperiode vorliegt, die auf eine geradzahlige Ladepause folgt. Der Entladestromkreis wird jedocri dann geöffnet, um. die Entladung des Kondensators zi verhindern, wenn eine Ladeperiode beginnt, die einei

ungeradzahligen Ladepause folgt.

Der untere Anschluß von Kondensator 148 bildei den Ausgang zu dem Kondensatorspannungsverglei· eher 160. an den der Zeitvergleicher 147 angeschlosser ist.

Der Kondensatorspannungsvergleicher 160 (F i g. A ist ein Differenzverstärker mit hochohmigem Eingang der zwei Darlington-Paare mit den Transistoren 161 162. 163, 164 enthält, wobei die Emitter der Transislo ren 162.163 einen gemeinsamen Emitterwiderstand 165 haben. Die Kollektoren der Transistoren 163 und 164 sind direkt mit der ersten Versorgungsklemme 133 ver bunden. während die Kollektoren der Transistoren 161 und 162 mit dieser Klemme über Widerstand 166 ver bunden sind.

Die Basis von Transistor 164 ist mit der unterer Klemme des Kondensators 148 verbunden. Die Bash des Transistors 161 ist über Transistor 167 und Wider stand 168 mit der zweiten Versorgungsklemme 41 ver bunden. Die Basis von Transistor 167 liegt an der Ver

bindung der Widerstände 152 und 151. Kondensatoi 169 liegt zwischen Basis und Kollektor des Transistor; 161.

Der logische Schaltkreis 175. der das Umschalten irr Ladeabschnitt 2 bewirkt (F i g. A). enthält einen Transi stör 176, dessen Basis mit den Kollektoren der Transi stören 161 und 162 verbunden ist Der Emitter de: Transistors 176 ist mit der ersten Versorgungsklemme 133 verbunden, sein Kollektor liegt über Widerstanc

177 an der negativen Versorgungsklemme 41 und liegt über Widerstand 178 an der Basis des Transistors 179. Dessen Emitter ist mit der ersten 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(Fi g. 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 des Ladeabschnitts 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 sein unteres Ende an der Spannung der Zenerdiode 150 (etwa 3 V).

Der mit der Basis des Transistors 164 verbundene rechte Eingang des Spannungsvergleichers 160 liegt auf der letztgenannten Spannung, während der mit der Basis des Transistors 161 verbundene linke Eingang des Spannungsvergleichers 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 am Transistor 164 liegende veränderliche Eingang des Vergleichers wird über Kontakt 24/3 an die negative Versorgungsklemme gelegt, so daß er sperrt und kein Signal zum Verriegelungsstromkreis des Ladeabschnitts 2 liefert.

Der Kondensator entlädt sich 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 Kondensatorspannungsvergleichers näher an der postiven Speisepannung liegt als in dem ursprünglichen vollgeladenen Zustand, so daß die rechte Hälfte des Spannungsvergleichers leitet und Transistor 179 dann leiten würden, wenn nicht Kontakt 23/4 des Laderelais geöffnet wäre.

Während dieser zweiten oder jeder geradzahligen Ladepause lädt sich der Kondensator stetig auf seinen Ursprungszustand auf, und wenn die Dauer der geradzahligen Ladepause die der vorhergehenden ungeradzahligen Ladepause um X⁰Zo oder mehr übersteigt, wird sein 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 X⁰Zo größer ist als die einer vorhergehenden ungeradzahligen Ladepause, ist Kondensator 148 nicht genügend aufgeladen, um die aus den Transistoren 163, 164 bestehende rechte Hälfte des Spannungsvergleichers 160 abzuschalten am Ende des Zeitraums, wenn der Batterie-Spannungsvergleicher 55 das Ansprechen des Ladeschalters 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 des Ladeabschnitts 2 würde ein Signal durch die Diode 180 zum Verriegelungsstromkreis 114 abgeben, damit Ladeabschnitt 2 beginnen kann.

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

Im Verriegelungsstromkreis 114(Fi g. C) ist das er ste Verriegelungsrelais 25 in Reihe mit dem Widerstand 117, dem Transistor 116 und dem Widerstand 118 über die Versorgungsklemmen 140 und 41 geschaltet.

Der Kollektor von Transistor 116 ist über Diode 119 und Haltekontakt 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 Versorgungsklemmen 40 und 41 liegt. Die Steuerelektrode von Thyristor 122 ist über Widerstand 100 mit der negativen Basis des Unijunction-Transistors 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 Unijunction-Transistor 86 des Ladezeitgebers am Ende der ersten Ladeperiode gezündet und leitet weiter über 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 wiederkehrt, würde das Ladegerät auf Ladeabschnitt 1 zurückkehren, statt in Ladeabschnitt 2 weiterzuladen. Dementsprechend ist das zweite Verriegelungsrelais 26 vorgesehen und über Leiter 188, Diode 29 und Widerstand 30 (F i g. B) mit der positiven Klemme 19 der Batterie 21 und über Diode 123 (F i g. C) mit dem Kontakt 25/4 verbunden, der vom Haltekontakt 26/1 des zweiten Verriegelungsrelais 26 überbrückt ist. Sobald der Haltekontakt 25/4 wieder schließt, spricht das zweite Verriegelungsrelais 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 Zeitvergleicher 147 und der Spannungsvergleicher 160 zum Ansprecher der Relais 25 und 26. wenn eine Ladepause nicht we sentlieh größer ist als die vorhergehende.

Es ist zu bemerken, daß das Umschalten nach Lade abschnitt 2 davon abhängt daß eine geradzahlige Lade pause ungenügend lang ist um den Kondensator 14) zum gewählten Ladezustand zu laden. Wenn die Lade pausen so lange werden, daß eine ungerade ausreichi den Kondensator bis zu seiner unteren Grenze zu ent laden, dann kann die folgende geradzahlige, selbs wenn sie nicht langer ist als die vorhergehende unge radzahlige, ausreichen, um den Kondensator wiede aufzuladen bis zur gewählten oberen Grenze, und de dargestellte Stromkreis würde Phase 2 nie einschalten.

Als Vorsichtsmaßnahme dagegen ist der Maxima zeitschalter 137 (F i g. A) vorgesehen. Dieser enthä eine Zenerdiode 138, die in Reihe geschaltet ist m einem Widerstand 139 über die Versorgungsklemme 133 und 41. Zwischen Widerstand und Zenerdiode i:

der Emitter des Transistors 140 angeschlossen, dessen Basis am Emitter von Transistor 141 liegt. Die Kollektoren beider Transistoren sinu über Diode 181 (F i g. A) mit der Kathode der Diode 180, die am Ausgang des logischen Schaltkreises 175 des Ladeabschnittes 2 liegt, verbunden.

Die Basis von Transistor 141 ist über Diode 142 mit dem oberen Ende des Kondensators 148 verbunden. Wenn zu irgendeiner Zeit der obere Anschluß des Kondensators 148 negativer wird als eine bestimmte Span-

nung, die durch die Zenurdiode 138 festgelegt ist, leiten die Transistoren 141 und 140 und geben ein Signal zu Transistor 116 des Verriegelungsstromkreises 114, und Ladeabschnitt 2 wird in Gang gesetzt, d. h., wenn zu irgendeiner Zeit eine Ladepause so lange dauert, daß Kondensator 148 über einen bestimmten Punkt hinaus entladen wurde, dann greift der Maximalzeitschalter ein und gibt ein Signal zum Verriegelungsstromkreis 114, um Ladeabschnitt 2 in Gang zu setzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (24)

Patentansprüche:

1. Ladegerät für einen elektrischen Akkumulator mit einer Anordnung zum zeitweiligen Unterbrechen des Laaestroms, mit der die Dauer jeder Ladepause durch das Absinken der Batterieklemmen- ' spannung auf einen vorgegebenen Wert während der Ladepause festgelegt ist und welches eine Schaltungsanordnung enthält, die durch Vergleich der Dauer zweier aufeinanderfolgender Ladepausen den Ladestromkreis abschalten oder zu einem weiteren Ladeabschnitt umschalten kann, gekennzeichnet durch einen die Dauer der Ladepause erfassenden Zeitvergleicher (147) mit einem Kondensator (148), der zur abwechselnden Ladung und Entladung während aufeinanderfolgender Ladepausen von einem vorbestimmten Lade.'.ustand aus umschaltbar ist, und durch eine weitere Schaltungsanordnung, die ein die Abschaltung oder Umschaltung auslösendes Signal abgibt, wenn der Kondensator (148) am Ende der jeweils zweiten Ladepause den Ladezustand, der bei Beginn der ersten vorhanden war, nicht wieder erreicht.

2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (148) in einer jeweils ersten Ladepause entladen und in einer darauffolgenden zweiten geladen werden kann.

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

4. Ladegerät nach einem der Ansprüche I bis 3, gekennzeichnet durch einen Ladeschalter (23), über den der Ladestrom am Ende jeder Ladeperiode abschaltbar und am Ende jeder Ladepause einschaltbar ist.

5. Ladegerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen des Kondensators (148) mit einer Kontakte (24/2 bis 24/4) aufweisenden Umschaltvorrichtung (24) versehen sind, die zwei verschiedene Schaltstellungen einnehmen kann und zu Beginn jeder Ladepause umgeschaltet ist, bei der in einer ersten Schaltstellung der Kontakt der ersten Klemme (24/2) mit einer ersten Versorgungsklemme (133) und der Kontakt der zweiten Klemme (24/3) über die Konstantstromquelle (149) mit einer zweiten Versorgungsklemme (41) und in einer zweiten Schaltstellung der Kontakt der ersten Klemme (24/2) über einen in Ladepausen geschlossenen Kontakt (23/3) des Ladeschalters (23) und über die Konstantstromquelle (149) mit der zweiten Versorgungsklemme (41) und der Kontakt der zweiten Klemme (24/3) mit der zweiten Versorgungsklemme (41) verbunden ist und bei der ein im Aus- gangskreis der Konstantstromquelle angeordneter Widerstand (154) über einen letzten Kontakt (24/4) kurzgeschlossen ist.

6. Ladegerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt (23/3) des Ladeschalters (23) so angeordnet ist, daß der Kondensator (148) nach seiner Entladung in einer ungeradzahligen Ladepause bei Erregung des Ladeschalters (23) nicht weiter entladbar ist.

7. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen einen Ladeabschnitt beendenden Maximalzeitschalter (137), wenn die Dauer einer Ladepause den vorbestimmten Maxi

malwert überschreitet.

8. Ladegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalzeitschalter (137) von dem Kondensator (148) ansteuerbar ist. wenn dessen Ladezustand einen bestimmten Wert unterschreitet

9. Ladegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen die Kondensatorspannung überwachenden Vergleicher (160), bestehend aus einem Darlington-Differenzverstärk er, welcher zwei aus je zwei Transistoren aufgebaute Darlingtonschaltungen (164, 163 und 161. 162) enthält, und bei welchem auf der einen Seite ein erster Eingangstransistor (164) über den mit der Konstantstromquelle (149) verbundenen Kondensator (148) ansteuerbar ist, und auf der anderen Seite ein zweiter Eingangstransistor (161) über einen weiteren, basisseilig mit einer zweiten Konstantspannungsquelle (150, 151, 152) verbundenen Transistor (167) ansteuerbar ist.

10. Ladegerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen die Umschaltvorrichtung (24) betätigenden, bistabilen Schalter (105), der eine Lage während der ungeradzahligen Ladepausen und die andere Lage während der geradzahligen Ladepausen annimmt.

11. Ladegerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schalter (105) einen Thyristor (106). parallel geschaltet einem Transistor (108), enthält, die beide in Reihe mit der Umschaltvorrichtuns (24) geschaltet sind, welche einen zusätzlichen Kontakt (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). so daß der Transistor (108) den Thyristor (106) kurzschließt und damit sperrt.

12. Ladegerät nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schalter (105) über einen Ladezeitgeber (85) durch aufeinanderfolgende Signale in jeweils entgegengesetzte Lagen schaltbar ist.

13. Ladegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschalter (23) über den Ladezeitgeber (85) abschaltbar und über einen Batteriespannungsvergleicher (55) einschaltbar ist.

14. Ladegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriespannungsvergleicher (55) einen Schmitt-Trigger (58.59) enthält.

15. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schalter (105) so aufgebaut ist, daß der Kondensator (148) an eine Konstantstromquelle (149) angeschlossen ist und während ungeradzahliger Ladepausen in eine Richtung geladen oder entladen werden kann und in die andere Richtung geladen oder entladen werden kann, wenn geradzahlige Ladepausen vorliegen.

16. Ladegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zur Beendigung eines Ladeabschnittes nur bei Erregung des Ladeschalters (23) über einen Hilfskontakt (23/4) des Ladeschalter (23) übertragbar ist.

17. Ladegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezeitgeber (85) einen Unijunction-Transistor (86) enthält.

18. Ladegerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung eines Ladeabschnittes steuerbar ist über einen Verriegelungs-

Stromkreis (114), welcher ein erstes Verriegelungsrelais (23) enthält, das an einer nur von der Wechselspannung abhängigen Spannung liegt und einen Hallekontakt (25/4) besitzt, sowie ein zweites an der Batteriespannung liegendes Verriegelungsrelais (26), welches einen Haltekontakt (2f»/l) parallel zu dem Haltekontakt (25/4) des ersten Verriegelungsrelais (25) angeordnet besitzt.

19. Ladegerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verriegelungsreüis (25) nur dann erregbar ist, wenn ein mit dem ersten Verriegeluugsrelais in Reihe geschalteter Thyristor (122) nach Zündung über den Ladezeitgeber (85) zum Ende der ersten Ladeperiode sich im leitenden Zustand befindet.

20. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung des ersten Ladeabschnitts der Beginn eines zweiten Ladeabschnitts ist, in der der Ladestrom ebenfalls zeitweilig unterbrochen wird und die Dauer der Ladepausen vom Abfallen der Batteriespannung in diesen Pausen abhängt und in dem der Mittelwert des Ladestroms wesentlich geringer ist als in dem ersten Abschnitt.

21. Ladegerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer einer Ladeperiode in dem zweiten Abschnitt kürzer ist als in dem ersten Ladeabschnitt.

22. Ladegerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Ladeabschnitt der Einschaltpegel des Schmitt-Triggers (58, 5<>/ durch Schließen des Kontaktes (25/2) des ersten Verriegelungsrelais (25) herabgesetzt wird.

23. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versorgungsrelais (22) mit Kontakt (22/1) vorgesehen ist, über welches die Wechselspannung nur bei angeschlossener Batterie (21) einschaltbar ist.

24. Ladegerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschalter (23) in Reihe mit einem Einschaltverzögerungskreis (45) geschaltet ist.