DE2259890A1

DE2259890A1 - Batterielader

Info

Publication number: DE2259890A1
Application number: DE2259890A
Authority: DE
Inventors: Frederick Charles Wheeler
Original assignee: Staples and Son Ltd
Current assignee: Staples Group Ltd
Priority date: 1971-12-17
Filing date: 1972-12-07
Publication date: 1973-06-20
Also published as: GB1356480A; US3809993A; SE377869B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Lader für Batterien, insbesondere auf eine Vorrichtung zur Verhinderung von Schäden an einem Lader infolge falscher Polung einer an den Lader angeschlossenen Batterie.

Der von einem Benutzer eines Batterieladers am häufigsten gemachte Fehler besteht darin, daß die Batterie mit falscher Polung angeschlossen wird. Bisher hat man den Lader dadurch vor Schäden bewahrt, daß man eine Sicherung oder einen überlastschutzschalter vorgesehen hat, aber diese beiden Systeme sind von einem starken Rückwärtsstrom von der Batterie abhängig, und ein Versagen kann zu einer schweren Beschädigung des Laders führen. Im Idealfalle sollte der Transformator und der Gleichrichter von der Batterie getrennt bleiben, bis die Batterie mit richtiger Polung angeschlossen ist; dies wurde bisher durch Benutzung eines Relais erreicht, das durch eine polaritätsempfindliche Diode gesteuert wurde. Für kleine Lader ist ein Relais jedoch zu teuer.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die gleichen Ergebnisse wirtschaftlicher zu erreichen und einen wirkungsvolleren Lader zu schaffen.

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Der Lader für Batterien nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein durch elektrischen Strom beheizter, als Zweiwegschalter arbeitender Thermoschalter vorgesehen ist, .der in kaltem Zustand einen ersten Stromkreis zwischen den Batterie ans chlußklemraen des Laders über eine Diode und einen Strombegrenzer schließt, und der in warmem Zustand den ersten Stromkreis öffnet und einen zweiten Stromkreis zwischen den Batterieanschlußklemmen des Laders und der Ladestromquelle entweder direkt oder indirekt schließt, wobei die Diode die Betätigung des Thermosehalters bei falscher Polung der Batterie verhindert.

Dabei kann der Thermoschalter als strombeheizter Bimetall-

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schalter ausgebildet sein, und der Heizstrom» der den zweiten Stromkreis unterbricht, derjenige Strom sein, der bei vollgeladener Batterie fließt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind zwei Stromwege für den gleichzeitigen Fluß von Ladestrom zwischen der Ladestromquelle und einer Batterieanschlußklemme vorgesehen, von denen einer einen wesentlich höheren Widerstand aufweist als der andere, wobei der Stromweg mit dem wesentlich höheren Widerstand den zweiten Stromkreis bildet, und der Thermoschalter in dem Stromweg mit dem wesentlich höheren Widerstand nur einen Teil des gesamten Ladestromes führt und durch diesen beeinflußt wird.

Ferner kann ein Relais vorgesehen sein, dessen Erregerwicklung in den Stromweg mit dem wesentlich höheren Widerstand eingeschaltet ist, während die Relaiskontakte in den Stromweg mit dem niedrigeren Widerstand eingeschaltet sind.

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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist ein zweiter, als Zweiwegschalter arbeitender Thermoschalter vorgesehen_Λ der die Ladestromquelle in kaltem Zustand mit dem zweiten Stromkreis über einen Widerstand und im warmen Zustand über diesen Widerstand mit der Batterieans ehlußkliemme verbindet und damit einen Stromweg mit relativ geringem Widerstand schafft^ während der Stromweg mit relativ hohem Widerstand über einen Widerstand zwischen der Ladestromquelle und dem ersten Thermoschalter in dem zweiten ' Stromkreis verläuft.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.

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Pig. 1 ist ein Schaltbild eines einfachen Laders nach der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schaltbild eines Laders nach Fig. 1, der jedoch durch ein Relais zur Verbesserung des Bimetallschalters abgeändert ist;

Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Laders nach Fig. 1, der durch einen weiteren Bimetallschalter zur Unterstützung des anderen Bimetallschalters abgeändert ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Lader besteht aus einem Transformator 1, dessen Primärwicklung über eine Sicherung 2 mit dem Netzanschluß 3 verbunden ist. Der Gleichrichter 4 wird mit Wechselstrom von einem Ende der Sekundärwicklung des Transformators und einer von zwei Spannungen von dem anderen Ende der Sekundärwicklung des Transformators oder einer Anzapfung mittels eines Schalters 5 für 6-Volt Batterien oder 12-Volt Batterien gespeist .

Der positive Ausgang des Gleichrichters 4 ist mit dem Kontakt B des Thermoschalters 6 verbunden, der als Bimetallschalter ausgebildet ist, während der Kontakt A des Thermoschalters 6 mit der positiven Anschlußklemme 7 für die Batterie verbunden ist. Der negative Ausgang des Gleichrichters 4 ist direkt mit der negativen Batterieanschlußklemme B verbunden. Der Strommesser 9 kann in diese Verbindung aus noch zu beschreibenden Gründen eingeschaltet sein. Der Thermoschalter 6 weist einen Bimetallstreifen 10 auf, der an dem Anschluß A befestigt ist und in kaltem Zustand die in der Zeichnung gezeigte Lage einnimmt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischem dem Kontakt C und dem Anschluß A hergestellt wird. Zwischen dem Kontakt C und der Verbindung mit der negativen Batterieanschlußklemme 8 ist eine Diode 11 in Reihe mit einem Widerstand 12 oder einem anderen Strombegrenzer eingeschaltet, wobei die Diode derart gepolt ist, daß ein Strom durch den

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Bimetallstreifen 10 fließt"* wenn die zu ladende Batterie mit richtiger Polung an die Anschlußklemmen 7 und 8 geschaltet ist. Bei falschem Anschluß der Batterie fließt kein Strom durch den Bimetallstreifen 10.

Bei richtigem Anschluß fließt ein Strom durch den Bimetallstreifen oder eine diesem zugeordnete Heizwicklung und biegt den Streifen in die obere Lage, in welcher eine.Verbindung mit dem oberen Kontakt B und damit eine Verbindung zwischen dem positiven Ausgang des Gleichrichters und der positiven Batterieanschlußklemme 7 hergestellt wird. Wenn keine Batterie angeschlossen ist, oder eine Batterie falsch angeschlossen ist, so bleibt, der Gleichrichter abgetrennt, während bei richtigem Anschluß einer Batterie eine Verbindung mit dem Gleichrichter hergestellt wird. Der strombegrenzende Widerstand 12 begrenzt den Strom durch den Bimetallstreifen 10 auf einsi geeigneten Wert.

Durch Wahl eines geeignet hohen Widerstandes für den Bimetallstreifen oder dessen Heizwicklung kann der Streifen durch den Ladestrom heißgehalten werden, und die Anordnung kann so getroffen werden, daß der Streifen an dem Kontakt B anliegt, bis der Ladestrom auf einen vorbestimmten Wert gefallen ist. Durch Bemessung des Abfalls des. Ladestromes in der Weise, daß der vorbestimmte Wert nach Erreichen der Entspannung der Batterie erlangt wird, kann der Lader in einen pulsierenden Zustand versetzt werden, da eine starke':',aber sehr kurze. Entladung der Batterie, über den Widerstand 12. eintritt, sodaß der Streifen des Thermosehalters beheizt und der.Lader wieder eingeschaltet wird, und sich ein Gleichgewichtszustand einstellt.

Folglich kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Batterie nach Volladung abwechselnd durch eine kleine Strommenge geladen und entladen wird, was eine ideale Situation darstellt, weil der Lader dadurch ohne Gefahr der überladung mit der Batterie verbunden bleiben kann.

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Eine vermehrte Steuerung des SehaltVorgangs kann dadurch erreicht werden, daß man die Befestigungslage des Thermoscfralters in verschiedenen Entfernungen von Wärmequellen vorsieht z.B. dem Transformator, dem Gleichrichter, dem Strombegrenzer, um so das Verhalten des Bimetallstr*eifens zu beeinflussen.

Die Anschlußweise der Batterie kann dadurch angezeigt werden, daß man z.B. eine grüne Anzeigelampe 13 und eine rote Anzeigelampe 14 über die Batterieanschlußklemmen 7,8 jeweils mit entsprechender Bolung von in Reihe geschalteten Dioden 15,16 anschließt, sodaß bei richtiger Polung der Batterie die grüne Lampe, und bei falscher Polung die rote Lampe aufleuchtet. Die grüne Lampe wird dann pulsieren, wenn der Thermoschalter den Impulsbetrieb aufnimmt, wodurch die Vollladung der Batterie angezeigt wird.

Ein Strommesser 9 kann anstelle der Lampen 13 und 14 vorgesehen sein und demselben Zweck dienen.

Falls erwünscht, kann die Diode 15 eingespart werden, indem man die untere Verbindung von der Lampe 13 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 12 und der Diode 11 verbindet .

In den beiden Sehaltungsanordnungen nach den Fig. 2 und 3 fließt der Ladestrom entlang zwei Wegen mit ungleichem Widerstand, sodaß ein erb*lieh höherer Strom in einem Weg fließt als in dem anderen . Der Thermoschalter 6 ist in den Weg höheren Widerstandes eingeschaltet. Die Steuerung des Laders wird daher in einem Kreis mit niedrigem Strom bewirkt, wobei die Steuerung in den Kreis mit hohem Strom reflektiert wird. Dies geschieht durch Benutzung des Thermos chalters zum Antrieb eines Relais (Fig.2) oder sogar eines anderen, aber stärkeren Thermoschalters (Fig.3).

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Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, in der der erste Thermoschalter 6 die Erregerwicklung 17 eines Relais antreibt. Wenn eine Batterie mit falscher Polung angeschlossen wird, verhindert die Diode 11 einen Strom/"fluß. Wenn jedoch die Batterie mit richtiger Polung angeschlossen ist, so leitet, die Diode 11, und der Bimetallstreifen 10 des Thermos ehalters 6 heizt sich durch Stromfluß selbst auf und schaltet auf den Kontakt B um. Der Anfangsstrom hierbei ist durch einen Widerstand 12 auf einen annehmbaren Wert begrenzt. Der Lader speist dann Strom zur Batterie durch die Erregerwicklung 17, sodaß die Relaiskontakte eingeschaltet werden.

Um den Ladestrom zwischen dem Stromweg über die Kontakte und den Stromweg über die Erregerwi.da.ung 17 aufzuteilen, sodaß der Strom über den ersten Weg wesentlich größer ist, als derjenige über den zweiten Weg, sind Widerstände 19 und 24 eingeschaltet, wobei der Widerstand 19 mit sehr geringem Widerstandswert einen Stromweg geringen Widerstandes bildet, während der Widerstand 24 einen größeren Widerstandswert aufweist derart, daß genügend Strom durch die Erregerwicklung 17 fließt, um die Relaiskontakte 18 dadurch zu halten, daß der Bimetallstreifen 10 genügend heiß und dar mit während normaler Ladung der Batterie eingeschaltet bleibt. Wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig.l kann der Lader.sich abwechselnd ein- und ausschalten, wenn die Batterie eine vorbestimmte Spannung erreicht' hat. Dies geschieht dadurch, daß man den durch den Thermoschalter 6 fließenden Strom unter einen Wert fallen läßt, der zur Aufrechterhaltung seines Einsehaltzustandes notwendig ist. Wärme von Widerständen oder anderen Wärmequellen können zur Förderung dieser Steuerung benutzt werden.

Ein schwacher überlastthermosehutzsehalter 20 kann mit dem Bimetallstreifen 10 des Thermos ehalters 6 in Reihe geschaltet sein, um den Lader zu schützen im Falle eines

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Kurzschlusses bei eingeschaltetem Thermoschalter 6; er kann auch insgesamt einen überlastungsschutz des Laders bilden durch Reflektieren des über die Kontakte 18 fließenden stärkeren Stromes.

Damit die Erregerwicklung 17 des Relais über einen großen Spannungsbereich arbeiten kann, z.B. bei Ladern für 6, und 24-VoIt, ist ein weiterer Thermoschalter 25 dem Widerstand 24 parallel geschaltet; dieser Thermoschalter wird durch den Anstieg der Temperatur der Erregerwicklung beheizt, sodaß nach Erreichen einer vorbestimmten Arbeitstemparatur dieser Wicklung der Thermoschalter 25 öffnet, und der Widerstand 24 in Reihe mit der Erregerwicklung geschaltet wird. Diese Anordnung stellt erstens sicher, daß unter allen Umständen genügend Strom zum Betrieb des Relais in schneller Weise vorhanden ist, und daß zweitens beim Fallen der Spannung das Relais geschlossen gehalten wird, bis der Thermoschalter 6 den Kreis über die Erregerwicklung 17 öffnet, wenn die Batterie geladen wird, wie oben beschrieben wurde.

Der Widerstand des Stromwegs über die Relaiskontakte in Fig.2 oder der Stromweg über den zweiten Thermoschalter in Fig.3 kann wesentlich geringer sein, als der Stromweg über den ersten Thermoschalter 6, sodaß der Ladestrom über den ersten Stromweg z.B. vier oder fünf mal so groß sein kann, wie derjenige über den zweiten Stromweg.

Fig.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der erste Thermoschalter 6 einen zweiten, stärkeren Thermoschalter 21 betreibt. Der Anfangsbetrieb ist wie bisher; wenn nun jedoch der erste Thermoschalter 6 umschaltet, so speist der Lader einen wesentlich stärkeren Strom durch den zweiten Thermoschalter 21, sodaß dieser schaltet und die Batterie direkt geladen wird; dabei hält sein eigener, größerer Anteil des Ladestromes ihn heiß und eingeschaltet.

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Damit der Thermoschalter 6 seinen kleineren Anteil des Lädestroms trägt, ist ein Widerstand 22 vorgesehen, um dem Thermoschalter 6 genügend Strom zuzuführen, der ihn eingeschaltet hält. Beim Ansteigen der Batteriespannung fällt die Laderate natürlich infolge der Steuerung durch den Transformator und den Gleichrichter und bei einem bestimmten Punkt (gewählt bei der Endspannung der Batterie) schaltet der zweite Thermoschalter 21 aus, sodaß eine minimale Erhaltungsladung durch den ersten Thermoschalter 6 verbleibt, die durch den Widerstand 23 gesteuert werden kann. Schließlich wird die Laderate weiter verringert, bis der erste Thermoschalter 6 abwechselnd ein- und ausschaltet, wobei die Batterie durch den Widerstand 23 geladen und entladen wird, sodaß sie bei voller Ladung in einem Gleichgewi ch'ts zustand verbleibt.

Die Erfindung kann auf jeden Lader angewandt werden, gleichgültig ob es sich um eine Vollwegbrückenglexchrichtung oder eine Vollweggleichrichtung mit angezapftem Transformator handelt, oder andere Abänderungen zur Steuerung des Ladestromes oder der Ladespannung vorgesehen sind.

Patentansprüche

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Claims

l.jLader für Batterien, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch elektrischen Strom beheizter, als Zweiwegschalter arbeitender Thermoschalter (6) vorgesehen ist, der in kaltem Zustand einen ersten Stromkreis zwischen den Batterieanschlußklemmen (7, 8) des Laders über eine Diode (11) und einen Strombegrenzer (12) schließt, und der in warmem Zustand den ersten Stromkreis öffnet und einen zweiten Stromkreis zwischen den Batterieanschlußklemmen (7, 8) des Laders und der Ladestromquelle entweder direkt oder indirekt schließt, wobei die Diode (11) die Betätigung des Thermos charters (6) bei falscher Polung der Batterie verhindert.
2. Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoschalter (6) als strombeheizter.Bimetallschalter ausgebildet ist, und daß der Heizstrom, der den zweiten Stromkreis unterbricht, derjenige Strom ist, der bei vollgeladener Batterie fließt.
3. Lader nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromwege für den gleichzeitigen Fluß von Ladestrom zwischen der Ladestromquelle und einer Batterieanschlußklemme (7) vorgesehen ist, von denen einer einen wesentlich höheren Widerstand aufweist als der andere, wobei der Stromweg mit dem wesentlich größeren Widerstand den zweiten Stromkreis bildet, und der Thermoschalter (6) in dem Stromweg mit dem wesentlich höheren Widerstand nur einen Teil des gesamten Ladestroms führt und durch diesen beeinflußt wird.

4. Lader nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais vorgesehen ist, dessen Erregerwicklung (17) in den Stromweg mit dem wesentlich höheren Widerstand eingeschaltet ist, während die Relaiskontakte (18) in den Stromweg mit dem niedrigeren Widerstand eingeschaltet sind.

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5. Lader nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Stromweg ein Widerstand (19, 24) eingeschaltet ist₃. die derart bemessen sind, daß der über die Erregerwicklung (17) fließende Ladestrom wesentlich geringer ist, als der über die Relaiskontakte (18) fließende Ladestrom.

6. Lader nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein normalerweise geschlossener Thermoschalter (25) parallel zu dem Widerstand (24) geschaltet ist, der in dem Stromweg der Erregerwicklung (17) liegt, und daß der, Thermoschalter (25) sieh öffnet, wenn die Temperatur der Erregerwicklung (17) einen vorbestimmten Wert überschreitet.

7. Lader nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, als Zweiwegsehalter arbeitender Thermoschalter (21) vorgesehen ist,, der die Ladestromquelle in kaltem Zustand mit dem zweiten Stromkreis über einen Widerstand (19) und im warmen Zustand über diesen Widerstand (19). mit der Batterieanschlußklemme verbindet und damit einen Stromweg mit relativ geringem Widerstand schafft, während der Stromweg mit relativ hohem Widerstand über einen Widerstand (22) zwischen der Ladestromquelle und dem ersten Thermoschalter (6) in dem zweiten Stromkreis verläuft.

8.- Lader nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromweg mi_st relativ hohem Widerstand weniger als ein Viertel des Ladestroms fließt, als in dem Stromweg mit niedrigerem Widerstand.

9. Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signallampe (13) den im kalten Zustand des Thermoschalter (6) geschlossenen Kontakten (A, C) parallelgeschaltet ist, die im heißen Zustand des

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Thermoschalters (6) aufleuchtet und anzeigt, daß die Batterie mit richtiger Polung angeschlossen ist und geladen wird.

10. Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signallampe (14) derart in Reihe mit einer Diode parallel zu den Batterieanschlußklemmen (7j 8) geschaltet ist, daß sie bei falscher Polung der Batterie aufleuchtet,

11. Lader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein überlastschutzschalter (20) in Reihe mit dem beweglichen Kontakt (10) des Thermoschalters (6) geschaltet ist.

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