DE2242050A1 - Verpolschutzvorrichtung fuer ein batterie-ladegeraet - Google Patents

Description

• Anlage zur Patent anmeldung Verpolschutzvorrichtung für ein Batterie-Ladegerät Die Erfindung betrifft eine Verpolschutævorrichtung für ein Batterie-Ladegerät. Derartige Ladegeräte, insbesondere sog. Schnellader werden häufig mit Verpolsehutzvorrichtungen ausg,erüstets welche an sich bekannt sind. Sie sollen verhindern, daß bei Falschpolung Schäden am Ladegerät, an der Batterie und an der elektronischen Anlage im Kraftfahrzeug auftreten. Die bekannten Verpolschutzvorrichtungen sind nur wirksam, wenn die Bedienung des Gerates ordnungsgemxlß, d. h. in einer bestimmten Reihenfolge vorgenommen wird Durch Falschbedienung, d.h. durch falsche Reihenfolge beim Anschluß des Ladegerates und/oder der Batterie wird der Schutz unwirksam.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vczrpolsenutzvorrichtung fär ein Batterie-Ladegerät zu schaffen, welche ungeachtet der Reihenfolge der verschiedenen Bedienungshandgriffe Schäden am Ladegerät, an der Batterie und an der elektronischen Anlage des Kraftfahrzeuges verhindert. Die Verpolschutzvorrichtung soll ferner verhindern, daß beim Abnehmen der Anschlußklemmen von der Batterie ohne vorherige Absctlaltung des Ladegerätes vom Netz ein Klemmenkurzschluß mit Funkenbildung entsteht Diese Aufgabe wird erfindungsgemä.ß dadurch gelöst, daß in der positiven und/oder der negativen Verbindungsleitung zwischen dem Batterie-Ladegerät und dessen Anschlußklemmen Schaltmittel vorgesehen sind, welche bei vertauschtem Anschluß der Klemmen oder bei offenen Klemmen die elektrische Verbindung zwischen dem Batterie-Ladegerät und dessen Anschluß-Klemmen unterbrechen und welche durch eine von der Spannung im Ladekreis gesteuerte weitere Schalteinrichtung betätigbar sind.
• Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn in der positiven Verbindungsleitung zwiscnen dem positiven Ausgang des Ladegerätes und der positiven Anschluß-Klemme ein Arbeitskontakt eines Relais angeordnet ist, das durch ein llalbleiterschaltelement betätigt wird, welches seinerseits durch die Spannung im Ladekreis steuerbar ist. Als Halbleiterschalteleument hat sich ein Transistor bewahrt, welcher jedoch auch durch einen Darlington-Verstt'lrker oder durch einen steuerbaren lialbleitergleichrichter ersetzt werden könnte. Ebenso könnte mit Vorteil als Mittel zum Auftrennen einer Verbindungsleitung zwischen Ladegerät und Anschluß-Klemnie anstelle des durch ein Relais gesteuerten Arbeitskontaktes ein durch die Verpols chutzvorri ebtung steuerbares elektronisches Schalt -element dienen.
• Die Schaltung kann besonders einfach aufgebaut werden, wenn das das Relais betätigende Halbleiterschaltelement bei einer Vertauschung der Anschluß-Klemmen an der Batterie durch die Höhe der Spannung im Ladekreis und beim Abnehmen der Klemmen von der Batterie ohne vorheriges Ausschalten des Ladegerätes durch die Welligkeit der Spannung im Ladekreis steuerbar ist.
• Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der dargestellten Schaltung in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
• Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verpolschutzvorrichtung für ein Batterie-Ladegerät. Letzteres ist mit 10 bezeichnet. Der Aufbau des Ladegerätes interessiert im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher, weshalb von der Schaltung nur ein Transformator 11 und Gleichrichter 12 angedeutet sind. Das Ladegerät 10 ist eingangsseitig an eine Wechselspannung angeschlossen, gleichspannungsseitig sind ein positiver Ausgang 13 und ein negativer Ausgang 14, angedeutet. Vom positiven Ausgang 13 führt eine Verbindungsleitung, welche künftig als positive Verbindungsleitung 15 bezeichnet wird, zur positiven Anschluß-Klernrne 16; die künftig als negative Verbindungsleitung 17 bezeichnete Leitung. führt vom negativen Ausgang 1!4 des LadeF,verSte-s 10 zu einer negativen Anschluß-Klemme 18.
• Die eigentliche Verpolschutzvorrichturig ist mit 19 bezeichnet und durch eine gestrichelte Linie umrandet. Die Versorgungsspannung zwischen zwei Anschlüssen 20 und 21 der Verpolschutzvorrichtung 19 wird vom Ladegerät 10 abgegriffen. Mit 20 ist der positive Anschluß, mit 21 der negative Anschluß bezeichnet. Mit dei positiven Anschluß 20 ist einerseits die Kathode einer Freilaufdiode 22 und andererseits das eine Ende der Wicklung eines gleichstromgespeisten Relais 23 verbunden, dessen anderes Jicklungsende mit der Anode der Freilaufdiode 22 und mit dem Kollektor eines Transistors 24 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 24 liegt an einer negativen Leitung 25, welche vom negativen Versorgungs-Anschluß 21 zur negativen Verbindungsleitung 17 führt. Parallel zur Schaltstrecke Kollektor-Emitter des Transistors 24 ist eine Glühlampe 26 geschaltet. Die beiden Anschlüsse 20 und 21 des Gleichstromnetzes sind herausgeführt, um gegebenenfalls Meßb- oder Prüfgeräte anzuschließen. Der Steuerstrecke Basis-Emitter des Transistors 24 ist ein Kondensator 27 parallelgeschaltet.
• Sein einer Belag ist mit der negativen Leitung 25 verbunden, sein anderer Belag liegt an einem Verbindungspunkt 28, an den weiterhin das eine Ende eines Vorwiderstandes 29 angeschlossen ist, dessen anderes Ende an der Kathode einer ersten Diode 30 liegt. Die Anode der Diode 30 ist an die positive Verbindungsleitung 15 angeschlossen in einem Punkt 31, welcher sich zwischen der positiven Anschluß-Klemme 16 und einem Arbeitskontakt 23' des Relais 23 befindet, Von dem vom Punkt 31 abgekehrten Kontakt des Arbeitskontaktes 23' führt die positive Verbindungsleitung 15 weiter zum positiven Ausgang 13 des Ladegerätes 10. Parallel zur Steuerstrecke des npn-Transistors 24 und zum Kondensator 27 liegt auch die Reihenschaltung einer in Durchlaßrichtung gepolten zweiten Diode 32 und eines Widerstandes 33. Parallel zum Vorwiderstand 29 liegt die Reihenschaltung aus der gleichen zweiten Diode 32 und einem Kondensator 34. An einen Verbindungspunkt 35 sind also die Kathode der. zweiten Diode 32, ein Anschluß des Widerstandes 33 und ein Belag des Kondensators 34 angeschlossen. Zwischen der positiven Verbindungsleitung 15 und der negativen Verbindungsleitung 17 liegt nun in Reihe mit der ersten Diode 30 einerseits die Reihenschaltung des Vorwiderstandes 29 und des Kondensators 27 und andererseits die Reibenschaltung des Kondensators 311 und des Widerstandes 33.
• Die Verpolschutzvorrichtung wirkt folgcndermaßen: Bei nicht an¢,eklenr,ter Batterie sind die Anschlußklernrnen i6 und 17 spannungslos, da der Transistor 24 nicht leitend und das Relais 23 nicht erregt ist, der Arbeitskontakt 23' ist offen. Wird eine Batterie polrichtig an die Klemmen 16 und 18 angeschlossen, so fließt ein Strom über die Diode 30 und den Widerstand 29 zur Basis des Transistors 24, welcher leitend wird und einen Strom durch das Relais 23 zieht.
• Der Arbeitskontakt 23' wird geschlossen und das Ladegerät mit der Batterie verbunden.
• Wird während der Ladung eine nicht dargestellte Batterie von den Klemmen 16 und 18 abgenommen, ohne daß das Ladegerät 10 vorher netzseitig ausgeschaltet worden ist, so würde das Relais 23 aufgrund der Leerlaufspannung des Transformators 11 des Ladegerätes 10 den Arbeitskontakt 23' selbsttätig geschlossen halten. Es bestünde die Gefahr einer Falschpolung an den Anschlußklemman einer anzuschließenden Batterie oder eines Kurzschlusses zwischen den Anschlußklemmen 16 und 18.
• Hierdurch könnten sich Funken bilden, welche einerseits wegen des in Batterie Laderäumen vorhandenen Knallgases, andererseits äber auch wegen der beim Laden von Batterien an Tankstellen häufig vorhandenen Benzin-Dämpfe sehr gefährlich sind.
• Die Bauelemente 34, 27, 32 und 33 sorgen dafür, daß bei abgeklemmter Batterie, aber netzseitig eingeschaltetem Ladegerät 10 die Anschlußklemmen 16 und 18 nach sehr kurzer Zeit spannungs los sind. In diesem Fall liegt rür die Dauer von ca. 30 Millisekunden an den Klemmen 16 und 18 eine stark pulsierende Gleichspannung. Mit Hilfe des liC-Gliedes 33, 34 wird der Nullpunkt der pulsierenden Gleichspannung abgwlöst. Man erhält über den Widerstand 33 eine Wechselspannung;über die Diode 32 wird der Kondensator 27 derart aufgeladen, daß ein negatives Potential an die Basis des Transistors 24 gelangt und diesen sperrt. Das Relais 23 wird entregt und der Arbeitskontakt 23' öffnet sich. Die Klemmen 16 und 18 sind spannungslos.
• Durch die Glühlampe 26 wird dieser Zustand angezeigt.
• Als Schaltelement könnte anstelle des Relais 23 mit seinem Arbeitskontakt 23' auch ein Transistor oder ein Thyristor Verwendung finden. Hierdurch könnten wesentlich kürzere Abschaltzeiten erreicht werden. Anstelle des Transistors 24 könnten zur Erzielung einer größeren Verstärkung auch mehrere Transistoren beispielsweise in der Schaltung eines Darlington-Verstärkers verwendet werden.
• Bei der vorgeschlagenen Schaltung ist eine Falschbedienung ausgeschlossen, wodurch erhebliche Schäden vermieden werden können. Die Schaltung ist ferner geeignet, die Größe der Welligkeit der Ladespannung zu kontrollieren und bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Welligkeit die Ladung zu unterbrechen, da eine große 'Velligkeit der Batterie schadet.

Claims (15)

AnsSrMche

1. Verpolschutzvorrichtung für ein Batterie-Ladegerät, dadurch gekennzeichnet, daß in der positiven und/oder der negativen Verbindungsleitung (15, 17) zwischen dem Batterie-Ladegerät (10) und dessen Anschluß-Klemmen (16, 18) Schaltmittel (23, 23') vorgesehen sind, welche bei vertauschtem Anschluß der Klemmen (16, 18) oder bei offenen Klemmen (16, 18) die elektrische Verbindung zwischen dem Ladegerät (10) und dessen Anschluß-Klemmen (16, 18) unterbrechen und- welche durch eine von der Spannung im Ladekreis (13, 14, 15, 17j gesteuerte weitere Schalteinrichtung (24) betätigbar sind.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der positiven Verbindungsleitung (15) ein Arbeitskontakt (23') eines Relais (23) angeordnet ist, das durch ein Halbleiterschaltelement (24) betätigt wird, welches seinerseits durch die Spannung im Ladekreis (13, 14, 15-, 17) steuerbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das 1IalUleiterscllaltelement ein Transistor (21) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet) daß das Halbleiterschaltelement ein Darlington-Verstärker ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß das Halbleiterschaltelement ein steuerbarer Halbleitergleichrichter ist.

6, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltmittel zum Auftrennen einer Verbindungsleitung (15, 17) zwischen dem Ladegerät (10) und den Anschluß-Klemmen (16, 18) ein durch die Verpolschutzvorrichtung (19) steuerbares elektronisches Schaltelement dient.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterschaltelement (24) durch die liöhe der Spannung im Ladekreis (13, 14, 15, 17) steuerbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeictxnet, daß das Halbleiterschalteleaont (24) durch die Welligkeit der Spannung im Ladekreis (13, 14, 15, 17) steuerbar ist,

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An6prQche, 6nkennteichnet durch ein gleichstromeespeistes Relais (23), dessen Arbeits kontakt (23') in der positiven Verbindungsleitung (jg) liegt und dessen 'XJicklung mit dem einen Anschluß (20) eines Gleichstrommetzes direkt und mit dem anderen Anschluß (21) des Gleichstromnetzes über die Schaltstrecke eines Transistors (24) verbunden ist, dessen Steuerstrecke an eine VerDindunrsleitung (15) derart angeschlossen ist, daß der Arbeitskontakt (23') des Relais (23) zwischen dem Anschlußpunkt der Steuerelektrode des Transistors (24) und dem zugehörigen Ausgang (13) am Ladegerät (10) liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreistdes Transistors (24) die Reihenschaltung einer ersten Diode (30> und eines Vorwiderstandes -(29) liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder -10, dadurch gekrennzeichnet, daß der Steuerstrecke des Transistors ('24) ein Kondensator £27) parallelgeschaltet ist, der beim Auftreten einer welligen Gleichspannung am Ausgang (13, 14) des Ladegerätes (10) auf eine die Sperrung des Transistors (24)-bewirkende Spannung aufgeladen wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (24) ein npn-Transistor ist, dessen Kollektor über die Wicklung des Relais (23) an den Anschluß (20)' der positiven Versorgungsspannung und dessen Emitter an die negative Verbindungsleitung (17) angeschlossen ist, während seine Basis einerseits über einen Kondensator (27) und die hierzu parallelliegende Reihenschaitung einer in Durchlaßrichtung gepolten zweiten Diode (32) und eines Widerstandes (33) mit seinem Emitter und andererseits über einen Vorwiderstand (29) und über die zu diesem parallelliegende Reihenschaltung der zweiten Diode (32) und eines. weiteren Kondensators (34) mit der Kathode der ersten Diode (30) verbunden ist, deren Anode an der positiven Verbindungsleitung (15) zwischen dem Arbeitskontakt (23') des Relais (23) und der positiven Klemme (16) liegt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung (26) vorgesehen ist, welche das Auftrennen einer Verbindungsleitung (15, 17) zwischen dem Ladegerät (10) und einer Klenme (16, 18) anzeigt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigevorrichtunz, eine Glühlampe (26) dient, welche in Reihe mit dem Relais (23) und parallel zur Schaltstrecke des Transistors (24) liegt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet1 daß parallel zum Relais (23) eine Freilaufdiode (22) angeordnet ist.