DE2200935C3 - 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 Ladep;v"en wird der Kondensator mit den Polklemmen des Akkumulators verbunden. Sobald der Kondensator eine vorgegebene Spannung erreicht, wird über eine spannungsempfindiiche Schaltungsanordnung der Ladestrom des Akkumulators verringert oder die Ladung beendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine I ade-Anordnung zu schaffen, in der ein mit unterschiedlichen Drehzahlen zu betreibender Motor nicht erforderlich ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch "inen 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 Beginn 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 Ladepause 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 Betreibsweise 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 gelrennte 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 Hie 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 Lu dc/.eitgebcrs am Ende jeder zeitbegrenzten Ladeperiode gesteuert werden, wobei aufeinanderfolgende Signale dazu dienen, ihn in jeweils entgegengesetzte Richtungen zu schalten, während das Laderclais selbst über Signale vom Ladezeilgeber gesteuert wird, die es immer in dieselbe Richtung schallen, wobei Signale, die es in die entgegengesetzte Richtung schalten, vom Battcrie-Spannungsverglcicher abgegeben werden. Der Balteric-Spannungsvergleicher enthält vorzugsweise einen Schmitt-Trigger.

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

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

Der Ladezeitgeber kann einen Unijunction-Transislor enthalten, dessen Eingang mn einem Widcrstands-Kondensatornctzwerk gekoppelt ist.

Die Beendigung eines Abschnitts der Ladung ist über einen Vcrriegelungsstromkreis steuerbar, welcher ein erstes Verriegclungsrelais enthält, das an einer nur von der Wechselspannung abhängigen Spannung liegt und einen Haltekontakt besitzt, sowie ein zweites an der Batteriespannung liegendes Verriegelungsrclais, welches einen Haltekontakt parallel zu dem Haltekontakt des ersten Verriegelungsrclais 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 Battcriespanschäftigt und wobei der Ladeabschnilt 2 eine Ladungserhöhung ist. die über unbegrenzte Zeiträume aufrechterhalten werden kann.

Während des l.adcabschnitts I wird der Ladestrom für festgelegte Perioden eingeschaltet, beispielsweise jeweils 15 Minuten lang, und am linde jedes dieser Zeiträume wird abgeschaltet, und die Leerlaufspannung der Batterie wird über einen Battcriespannungs-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 millels eines Zeitvergleiehsstromkrcises verglichen, d. h.. jedes ungeradzahlige Intervall wird mit dem darauffolgenden geradzahligen Intervall verglichen. Wenn die Dauer der Ladepatisen im wesentlichen konstant bleibt, zeigt dies an. daß die Batterie voll geladen ist. so daß Ladeabschnitt 1 beendet wird und auf Ladeabschnitt 2 gcschallet wird, der sich dann unbegrenzt lange fortsetzen kann.

Während der ersten Ladeperiode vor der eisten Stromuntcrbrechung wird ein Kondensator mit geringen Verlusten, z. B. ein Polykarbonat-Kondensator, aiii 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 enlladen, 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 Entladcgeschwindigkeil, und zwar um einen konstanten Faktor, um beispielsweise X⁰Zo. Wenn die Dauer einer geradzahligen Ladepause die Dauer einer ungeradzahligen Ladepause nicht um wenigstens XWo übersteigt, kehrt die Kondensatorspannung auf

nung in diesen Pausen abhängt, und in dem der Mittel- 40 den Wert zurück, der vorher durch die Zenerdiode be-■ · .i:-i : :-. »ι.- ir, rum stimmt wurde. Dies wird durch einen Kondensator-

nung in diesen Pause bg

wert 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 WC-Gliedes des Ladezeitgebers durch Verringerung des Widerstandes reduziert wird.

Zusätzlich kann der Einschaltpege! 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 Einschaltverzögerungs-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 beSpannungsvcrgleicher 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 Wechselstromanschlußklemmer 10 und 11, die über den Kontakt 12/1 eines Hauptschal ters 12 mit der Primärwicklung 15 eines Transforma tors verbunden sind, dessen Sekundärwicklung 16 mi dem Eingang eines Brückengleichrichters 17 verbunder ist. Der Ausgang dieses Gleichrichters 17 ist mit der Ladeausgangsklemmen 19 und 20 für die Batterie 2 verbunden.

Die Anordnung enthält 5 Relais, davon ist eines da Versorgungsrelais 22 (F i g. 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 an 65 gesteuert jedoch nicht während geradzahliger Lade pausen. Ein erstes Verriegelungsrelais 25 (F i g. C) de Ladeabschnitts 2 wird angesteuert und hält sich selbs sobald Ladeabschnitt 2 begonnen wird. Ein zweite

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Vcrriegelungsrelais 26 (I ig. C) dos Ladcabschnills 2 wird gleich/eilig mit dom ersten Verriegehingsrcliiis 25 angesteuert, um einen Haltestromkreis für das lei/.tere /U 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 I weiterlädt.

Das Versorgungsrelais 22 ist über Diode 29 und Widerstand 30 an die l.adeausgangsklemmcn 19 und 20 geschaltet und wird immer dann betätigt, wenn eine Batterie mit diesen Klemmen verbunden ist. Die Wechselstromversorgung (Anschlußklemmen 10 und II) ist mit der Primärwicklung 5 eines Transformators 4 verbunden, welcher die Steucrstromkrcisc 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 dein F.ingung des Brüekcngleichriehters 7. Dessen Ausgang 185 ist über Widerstand 38 und Glättungskondcnsator 39 mit den Klemmen 40 und 41 verbunden, welche die positive und negative Anschlußklemme für den Einschaltveivögerungskrcis 45, den ßatteriespannungsvergleicher 55, den Ladezeitgeber 85. den bistabilen Schaller 105 und den Verriegclungsslromkreis 114 (dargestellt in Γ ig. C des Diagramms) sind. Der Ausgang 185 des Brüekcngleichriehters 7 (F i g. B) ist über Diode 128. Widerstand 129 parallel zum Gliittungskondensator 130 (Fig. A) gelegt, und die Klcm men des letzteren sind über Widerstand 131 mit Zenerdiode 132 verbunden, welche über die erste Versorgungsklemmc 133 und über die zweite Versorgungsklemme 41 eine stabilisierte Gleichspannungsversor gung für den Maximalzeitschaltcr 137. den Zeilvergleieher 147. den Kondcnsatorspannungsverglcichcr 160 und einen logischen Schaltkreis 175 für das Umschalten in Ladeabschnitt 2 bildet (F i g. A).

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

Der Einschaltverzögerungskreis 45 (Fig.C) enthält ein /?C-Glied 48/49 an den Versorgungsklemmen 40 und 4L 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 Widersland 48 auf eine die Spannung der Zenerdiode 50 überschreitende Spannung aufgeladen ist.

Der Batteriespannungsvergleicher 55 (Fig.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 liegt, 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 dei /weiten Versorgungsklcmme 41 und über die Widerstände 67, Γ>8 und 69 an der positiven Versorgungsklem ine 40 liegt. Die Verbindung der Widerstände 67 und 6i

s is! über temperaturkompensierende Dioden 70 und 71 und Zcneidioden 72 und 73 mit der zweiten Versorgungsklcmme 41 hergestellt; die Verbindung dci 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 2? (F i g. B) an der positiven Batterieklemme 19.

is Die Basis von Transistor 59 liegt normalerweise an konstanter Spannung, stabilisiert durch die Zencrdioden 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 Battcriespannung 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 Laderclais 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 Laderclais nur angeschaltet wird bei einer Batteriespannung unterhalb von 2,3 V pro Zelle, fällt es nur dann ab, wenn die Balteriespannung 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 Unijunction-Transistor 86, der über ein RC-GWed gesteuert wird. Dieses RC-GWed 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 der 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 Relaiskontakt 25/3 des ersten Verriegelungsrelais 25 überbrückt, um die Dauer jeder Batterieladeperiode von beispiels-

weise 15 Minuten in Ladeabschnitt 1 auf beispielsweise 5 Minuten in Ladeabschnitt 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 Be-

f>5 reitschaft für eine andere Zeitgeberoperation zu halten, wenn das Laderelais abfällt, d. h. während der Ladepausen.

Der Ausgang des Ladezeitgebers 85 ist mit dem Bat-

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ίο

teriespannungsvergleieher 55 verbunden. Die negative Basis des Unijunction-Transistors 86 ist über Widerstand 97 mit der litisis des Transistors 98 verbunden, der parallel zu den /enerdioden 72 und 73 geschähet ist. Wenn Bntteriestrom für eine bestimmte /eil. beispielsweise für 15 Minuten geflossen ist. sind die Kon densatoren 92 und 93 auf eine Spannung aufgeladen. die genügt, um den Unijunction-Transistor 8h zu /iin den. Ls fliel.lt dann ein Stromstoß, Transistor 98 leitet, die /enerdioden 72 und 73 werden kurzgeschlossen, und die Arbeitsspannung des Schmitt-Triggers wird wie oben erläutert herabgesetzt. Dadurch sperrt Fran sislor 59. Transistor 58 teilet, welcher den Schmitt-Trigger auf seinen Anfangs/usiand zurückschaltet, und der Ladeschalter 23 füllt ab.

Vom Unijunction-Transistor 8b wird ein zweiter Ausgang zum bislabilen Schalter 105 abgezweigt. Dieser bistabile Schalter 105 (l^r i g. C) schallet jeweils um, wenn der Unijunction-Transistor 86 leitet. Die negative Basis des Unijunction-Transistors 86 ist weiterhin über Widerstand 99 mit einem Umsehaltrelaiskontakt 24/1 verbunden, wobei ein Kontakt mit tier 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 gefi-hrt, der über Widerstand 109 mit der zweiten Vcrsorgungsklemmc 41 verbunden ist. Der Thyristor 106 liegt parallel zu dem Transistor 108. und beide liegen in Reihe mit dem Unischaltrelais 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-Stcucrclektrodc verbunden ist (I" i g. C), zündet ein Impuls vom Unijunction-Transistor 86 den Thyristor 106, und das Um· schalirclais 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-Transisior wieder zündet zu Beginn der nächsten Ladepausc.

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 Koniakt 24/1 erhalten kann. Nach Ende des Stromimpulses sperrt auch Transistor 108, und Thyristor 106 ist über Kontakt 24/1 wieder anstenerbar. Das LImschaltrelais 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.

Line Klemme des Kondensators 148 ist mit Kontakt 24/2 verbunden, über den sie entweder mit der ersten Versorgungsklemme 133 oder über einen Kontakt 23/5 mit dem Kollektor des Transistors der Konsianlstrom-

s quelle 149 verbunden ist. Das andere linde des Kondensators 148 ist über Kontakt 24/3 entweder mit der zweiten Versorgungsklemme 41 oder mil dem Kollck tor des Transistors der Konstantstromquelle 149 ver blinden. Wenn die Kontakle in der in der Figur dargestellten Stellung sind, wird der Kondensator mit K;>n stantstrom 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, entladt sich Kondensator 148 wie-

is der mit Konstantstrom bis auf die Spannung der Zenerdiode 150.

Widerstand 154 ist über Kontakt 24/4 des Unischaltrelais 24 iibcrbitickt, so dall in ungeradzahligen Ladepausen, wenn dieses Relais anspricht und Kontakt 24/4 geschlossen ist. der Lniladestrom des Kondensators 148 geringfügig größer isi als der Ladestrom in ungeradzahligen I.adepausen. Daraus ergibt sich die benötigte Differenz von A'% zum Vergleich der aufeinanderfolgenden Ladepausen.

2s Beim ersten Anschließen der Batterie 21 sind die Kontakte in der dargestellten Stellung; Kondensator 148 lädt sich während der ersten Ladeperiode auf die maximale Spannung auf, welche der Differenz zwischen den Spannungen der Zenerdiode 132 und 150 entspricht, und behält diese Spannung.

In der ersten Ladepause spricht Umschaltrelais 24 an, und der Kondensator entlädt sich. Während jeder Ladeperiode spricht das Laderclais 23 an. und Koniakt 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 Ent ladestromkreis wird jedoch dann geöffnet, um die Entladung des Kondensators zu verhindern, wenn eine Ladeperiode beginnt, die einer ungeradzahligen Ladepause folgt.

Der untere Anschluß von Kondensator 148 bildet den Ausgang zu dem Kondensatorspannungsverglcicher 160, an den der Zeitvergleicher 147 angeschlossen 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 Transistoren 162.163 einen gemeinsamen Emitterwiderstand 165 haben. Die Kollektoren der Transistoren 163 und 164 sind direkt mit der ersten Versorgungsklemme 133 verbunden, während die Kollektoren der Transistoren 161 und 162 mit dieser Klemme über Widerstand 166 verbunden sind.

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 zweiten Versorgungsklemme 41 verbunden. Die Basis von Transistor 167 liegt an der Verbindung der Widerstände 152 und 151. Kondensator 169 liegt zwischen Basis und Kollektor des Transistors 161.

Der logische Schaltkreis 175. der das Umschalten im Ladeabschnitt 2 bewirkt (F i g. A). enthält einen Transistör 176, dessen Basis mit den Kollektoren der Transistoren 161 und 162 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 176 ist mit der ersten Versorgungsklemme 133 verbunden, sein Kollektor liegt über Widerstand

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177 an der negativen Versorgungsklemme 41 und liegt über Widerstand 178 an der Basis des Transistors 179. Dessen Emitter ist mit der ersten Versorgiingsklemme 153 und sein Kollektor über Kontakt 2.3/4. eine Diode 180 und einen Widerstand 115 sowie die Verbindung 187 mit der liasis lies Transistors 116 im Vcrriegelungsslromkreis 114(1·' i μ. C) verbunden.

Wenn die Transistoren 163 und 164 leiten, sperren die Transistoren 161 und 162, Transistor 176 sperrt auch, und Transistor 174 leitet, wenn Kontakt 23/4 ge· schlossen ist und liefen ein positives Signal zu Transistor 116 im Verriegelungssiromkreis des l.adeabsehniiis 2. Wie oben angedeutet, ist /u Beginn der ersten l.adepause Kondensator 148 in seinem voll geladenen Anfaiigs/usuind, und seine obere Klemme liegt an der positiven Versorgiingsspannung (etwa +20 V) und sein unteres Lüde an der .Spannung der /enerdiode ISO (etwa 3 V).

Der mit der Basis des Transistors 164 verbundene rechte Hingang des Spannungsvergleiehers 160 liegt auf tier letztgenannten Spannung, wahrend der mit der Basis des Transistors 161 verbundene linke Eingang ties Spannungsvergleiehers an einer etwas positiveren Spannung liegt, entsprechend dem Spannungsabfall am Widerstand 151. beispielsweise 0,1 V. Während der ersicn l.adepause und der folgenden ungeradzahligen Ladepausen spricht das Umschaltrela 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 zinn Verriegelungsstromkreis des l.adeabsehnitts 2 liefen.

Der Kondensator entladt sich mit konstantem Strom. In der folgen en l.adepcriode öffnet Kontakt 23/3, und weitere Entladung wird verhindert. In der zweiten La- is depause und den folgenden geradzahligen Ladepausen fallt Umschaltrelais 24 ab. Der Kondensator ist dann teilweise entladen, so daß sein unteres Ende bzw. der rechte Hingang des Kondensatorspannungsvergleichcrs naher an der postiven Spcisepannung liegt als in dem ursprünglichen vollgeladenen Zustand, so daß die rechte Hälfte des Spannungsvergleiehers leitet und Transistor 179 dann leiten würden, wenn nicht Kontakt 23/4 des Laderelais geöffnet wäre.

Während dieser zweiten oder jeder geradzahligen Ladepause lädt sieh der Kondensator stetig auf seinen Ursprungszustand auf. und wenn die Dauer der geradzahligen Ladepause die der vorhergehenden ungeradzahligen Ladepause um Λ'% oder mehr übersteigt, wird sein unteres Ende und der rechte Eingang des Vergleichcrs negativer als der linke Eingang, so daß Transistor 179 sperrt, bevor die l.adepause beendet wird. Wenn die nächste Ladeperiode beginnt und Kontakt 23^4 schließt, ist dann immer noch kein Signal für den Verricgelungsstromkreis der Phase 2 vorhanden.

Wenn die Dauer einer geradzahligen Ladepause nicht um mehr als ,Y% größer ist als die einer vorhergehenden ungeradzahligcn Ladepausc, ist Kondensator 148 nicht genügend aufgeladen, um die aus den Transistoren 163. 164 bestehende rechte Hälfte des Spannungsvcrgleichers 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 Ladeabschnit'.s 2 würde ein Signal durch die Diode 180 zum Verriegelungsstromkreis 114 abgeben, damit Ladeabschniit 2 beginnen kann.

Zu Beginn einer geradzahligen Ladcpausc muß Kon takt 23/4 öffnen, bevor die Kontakte 24/2 und 24/3 um schalten, damit Phase 2 nicht zu früh beginnt. Dies wire dadurch erreicht, daß beide Relais vom Unijunction Transistor 86 des Lade/eilgebers angesteuert werden da Kontakt 23/4 zu Beginn seiner Bewegung öffnet während die Kontakle 24/2 und 24/3 erst zu Ende ihrei Bewegung schließen.

Im Verriegelungsstromkreis 1(4 (Fig. C) ist das eiste Vcrriegelungsrclais 25 in Reihe mit dem Wider stand 117, dem Transistor 116 und dem Widerstand 118 über die Versorgungsklemmen 140 und 41 geschaltet.

Der Kollektor von Transistor 116 ist über Diode IIS und I laltekontakt 25/4 des ersten Verriegelungsrelais 25 geschaltet, so daß. wenn das Relais anspricht, es sei neu 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 Vcrsorgungsklemmen 40 und 41 liegt. Die Steuerelektrode von Thyristor 122 ist über Widersland 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 l.adepcriode gezündet und leitet weiter über Widerstand 121.

Hs 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 wciterzuladen. Dementsprechend ist das zweite Verricgclungsrelais 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 (Fig. C) mit dem Kontakt 25/4 verbunden, der vom Haltekontakt 26/1 des zweiten Verriegcliingsrelais 26 überbrückt ist. Sobald der Haltekontakt 25/4 wieder schließt, spricht das zweite Verriegelungsrelais 26 über die Batterie 21 an und schließt den Haltckontakt 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 Zeitvcrgleicher 147 und der Spannungsvergleicher 160 zum Ansprechen der Relais 25 und 26, wenn eine Ladepause nicht wesentlich größer ist als die vorhergehende.

Es ist zu bemerken, d<iß das Umschalten nach Ladeabschnitt 2 davon abhängt, daß eine geradzahlige Ladepause ungenügend lang ist, um den Kondensator 148 zum gewählten Ladezustand zu laden. Wenn die Ladepausen so lange werden, daß eine ungerade ausreicht, den Kondensator bis zu seiner unteren Grenze zu entladen, dann kann die folgende geradzahlige, selbst wenn sie nicht langer 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 137 (F i g. A) vorgesehen. Dieser enthält eine Zenerdiode 138, die in Reihe geschaltet ist mit einem Widerstand 139 über die Versorgungsklemmen 133 und 41. Zwischen Widerstand und Zenerdiode ist

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der Emitter des Transistors 140 angeschlossen, dessen Basis am Emitter vo.i Transistor 141 liegt. Die Kollektoren beider Transistoren sind über Diode 181 (F i g. A) mit der Kathode der Diode 180, die am Ausgang des logischen Schaltkreises 175 des Ladeabschnittes 2 Hegt, 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 Kon densators 148 negativer wird als eine bestimmte Span-

nung. die durch die Zenerdiode 138 festgelegt ist. leiten die Transistoren 141 und 140 und geben ein Signal zu Transistor 516 des VeniegciungssiromkiL-i^es il4. 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 Maximal/eitschalier ein und gibt ein Signal zum Verriegclungsstromkreis 114. um Ladeabschnitt 2 in Gang zu setzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (24)

22 OO Patentansprüche:

1. Ladegerät für einen elektrischen Akkumulator mit einer Anordnung zum zeitweiligen Unterbrechen des Ladestroms, 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, gekennzeichnet durch einpn die Dauer .1er Ladepjuse erfassenden Zeitvergleicher (147) mit einem Kondensator (148). 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 (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 gekenn zeichnet, 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, dall zur Ladung und Entladung des Kondensators (148) eine Konstantstromquelle (149) vorgesehen ist.

4. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3. gekennzeichnet durch einen Ladeschalter (23), über den der Ladestrom am Ende jeder Ladeperiode abschaltbar und am Ei.dc 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) aufwei· senden 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 Vcrsorgungskleinme (41) und der Kontakt der zweiten Klemme (24/3) mit der zweiten Versorgungskk'iiiiiie (41) verbunden ist und bei der ein im Aus gangskreis der Konstanistromquelle 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 ungcradzahligen 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 LadeDause den vorbestimmten Maxi

malwert überschreitet.

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

9. Ladegerät nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch einen die Kondensatorspannung überwachenden Vergleicher (IbO), bestehend aus einem Darlington-Differenzverstärker, 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, basisseitig mit einer zweiten Konstantspannungsquelle (150, 151, 152) verbundenen Transistor (167) ansteuerbar ist.

10. Ladegerät nach Anspruch 5 oder β. gekennzeichnet durch einen die Umschaltvorrichtung (24) betätigenden, bistabilen Schalter (105). der eine Lage während der ungeradzahligen Ladepausen und die andere Lage während der geradzahligen Lndepausen 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 Umschaltvorrichtung (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 Ladeschalters (23) übertragbar ist.

17. Ladegerät nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ladezeitgeber (85) einer Unijunction-Transistor (86) enthält.

18. Ladegerät nach Anspruch 16, dadurch ge kennzeichnet, daß die Beendigung eines Ladeab schnittes steuerbar ist über einen Verriegelungs

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Stromkreis (114), welcher ein erstes Verriegelungsrelais (25) enthält, das an einer nur von der Wechselspannung abhängigen Spannung liegt und einen Haltekontakt (25/4) besitzt, sowie ein zweites an der Batteriespannung liegendes Verriegelungsrelais (26), welches einen Haltekonta.t (26/1) parallel zu dem Haltekontakt (25/4) des ersten Verriegelungsrelais (25) angeordnet besitzt.

19. Ladegerät nach Anspruch 18, daduich gekennzeichnet, daß das erste Verriegclungsrelais (25) nur dann erregbar ist, wenn ein mit dem ersten Verriegelungsrelais in Reihe geschalteter Thyristor (122) nach Zündung über den Ladezeitgeber (85) zum Ende der ersten Ladeperiode sich im leitenden Zustand befindet, ,₅

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 Battcriespannung 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 gckennzeichnet, daß die Dauer einer Ladeperiode in dem zweiten Abschnitt kurzer ist als in dem ersten Ladeabschnitt.

22. Ladegerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß im /.weiten Ladeabschnitt der Einschaltpegel des Schmitt-Triggers (58, 59) 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.