DE2356518C3 - Batterie-Ladegerät - Google Patents
Batterie-LadegerätInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Batterie-Ladegerät
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Ladegerät ist bekannt durch die DE-AS
2061055.
Dieses bekannte Ladegerät erfordert eine Schaltungsanordnung zum Vergleich der Batteric-Lccrlaufspannung
mit einer Bezugsspannung entsprechend der Volladespannung der Batterie und eine getrennte Steuerschaltung zur Erzeugung eines Taktimpulses
in der Periode, in der die pulsierende Spannung im wesentlichen Null ist, um die Schaltungsanordnung
zu steuern. Solche Schaltungen sind jedoch sehr kompliziert.
Es is.t daher Aufgabe der Erfindung, ein Batterie-Ladegerät
zu schaffen, das einen einfachen Steuerkreis zum automatischen Stoppen des Auflaens der
Batterie zu dem Zeitpunkt, in dem die Batterie voll geladen ist, aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des An
spruchs 1.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung anhand der Figuren. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches die wesentlichen Komponenten der Erfindung zeigt,
Fig. 2 einen Schaltplat einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 3 A bis 3G schematische Wellenformen zur
Erläuterung des Betriebes der in Fig. 2 gezeigten Schaltung, und
Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Grundstromkreis eines Batterie-Ladegerätes
gemäß der Erfindung. Eine Reihenschaltung aus einer aufzuladenden Batterie 1 und einem
Thyristor 2 ist zwischen die beiden Klemmen 3 a und 3fc einer Quelle 3 für pulsierende Spannung geschaltet.
Eine Steuerschaltung 4 ist mit der Steuerelektrode des Thyristors 2 verbunden. Eine Abtastkreis
13 ist mit einem Verbindungspunkt P zwischen der Batterie 1 und dem Thyristor 2 zum Bestimmen
einer Zeit verbunden, zu der die Spannung an dem Punkt P während einer Zeitperiode, in der die pulsierende
Spannung von der Quelle 3 für die pulsierende Spannung im wesentlichen Null ist, einen vorbestimmten
Wert entsprechend der Spannung der vollgeladenen Batterie 1 annimmt. Ferner is; ein Steuerkreis
14 zwischen den Abtastkreis 13 und die Steuerschaltung 4 zur Erzeugung eines Steuersignals
als Antwort auf das Ausgangssignal des Abtastkreises 13 und zum Steuern der Steuerschaltung 4 geschaltet.
Wenn die pulsierende Spannung den Wert Vps und
einen Spitzenwert von Vp besitzt, und die Klemmenspannung,
d. h. die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Klemmen der Batterie E ist und die Spannung
an dem Punkt P, d. h. die Spannung parallel zum Thyristor Vsw ist, dann gilt die folgende Gleichung:
damit
V =
K- und
Es sei angenommen, daß der Thyristor nicht im leitenden Zustand bleibt, Vm in dem Bereich zwischen
Vp — E und — E variiert, dann variiert daher V in
dem Bereich zwischen Vp und Null. Speziell wenn Vps
Null ist, dann ist Vsw gleich — E, und dieses Vsw zeigt
die Klemmenspannung der Batterie während der Nichtladeperiode, d. h. die Leerlaufspannung der
Batterie, da der Thyristor gesperrt ist. Ist der Thyristor
leitend, dann muß Vsw größer als Null sein. Dementsprechend
muß bei Vps zwischen Null und E der Thyristor
gesperrt sein, und daher wird die Leerlaufspannung der Batterie 1 in jeder Periode der pulsierenden
Spannung durch Bestimmen oder Messen von Vsw in
einer Periode, in der die pulsierende Spannung V1 Null
wird, erhalten.
In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird die Steuerelektrode
des Thyristors 2 als Antwort auf die pulsierende Spannung Vps mit einem Torsignal beaufschlagt,
und der Thyristor 2 wird in einer Periode leitend, in der Vps größer als E ist, und die Spannung
Vsw fn dem Punkt P wird bestimmt und mit einer vorbestimmten
Bezugsspannung entsprechend der Spannung der vollgeladenen Batterie 1 durch den Abtastkreis
13 verglichen. In dem Fall, in dem die Spannung Vsw während der Periode, in der die pulsierende Span-
nung Vps Null ist, die Bezugsspannung erreicht, wird
eine Ausgangssignal durch den Abtastkreis 13 erzeugt und dem Steuerkreis 14 zugeführt. Das Steuersignal
wird in dem Steuerkreis 14 als Antwort auf das Ausgangssignal von dem Abtastkreis 13 erzeugt und der
Steuerschaltung 4 zur Steuerung derselben zugeführt, um den Thyristor 2 im nicht leitenden Zustand zu halten,
unabhängig vom Wert der pulsierenden Spannung V . Als Ergebnis davon wird die Aufladung der Battene
gestoppt und ein Überladen der Batterie vermieden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bevorzugten Schaltung eines Batterie-Ladegerätes gemäß
der Erfindung. In dieser Schaltung ist die Steuerschaltung 4 zusammengesetzt aus einem Transistor Q1,
dessen Kollektor mit einer Klemme 3a der Quelle für pulsierende Spannung 3 über einen Widerstand 5 und
mit der Steuerelektrode des Thyristors 2 über einen Widerstand 6 verbunden ist; einem Emitter, der direkt
geerdet ist, und einer Basis, die übt/ einen Widerstand 8 geerdet und ferner über einen Widerstand
9 mit dem Steuerkreis 14 verbunden ist. Der Abtastkreis 13 ist zusammengesetzt aus einem
Schmitt-Trigger aus Transistoren Q2 und Q3. Die
Emitter der Transistoren Q2 und Q3 sind mit dem
Punkt P verbunden, und die Basis des Transistors Q1
ist über einen einstellbaren Widerstand 15a und einen Widerstand 15 b geerdet. Die Bezugsspannung für den
Abtastkreis 13, welche der Klemmenspannung der \ollgeladenen Batterie entspricht, wird durch Einstellen
des Widerstandes ISo variiert. In diesem
Schmitt-Trigger-Abtastkreis 13 wird die Klemmenspannung der Batterie 1 als eine Betriebsspannung
verwendet. Der Steuerkreis 14 ist aus einem aus Transistoren Q4 und Q5 gebildeten monostabilen Multivibrator
zusammengesetzt. Auch dieser monostabile Multivibrator verwendet die Klemmenspannung der
Batterie 1 als eine Betriebsspannung. Der Kollektor des Transistors Q5 ist mit der Basis des Transistors
Q1 in der Steuerschaltung 4 verbunden. Ferner ist eine
Differenzierschaltung 18 aus einer Kapazität 16 und einem Widerstand 17 mit dem Ausgang des Abtastkreises
13 verbunden, und ein Verbindungspunkt zwischen der Kapazität 16 und dem Widerstand 17 ist
mit der Basis des zum monostabilen Multivibrator gehörenden Transistors Q5 über eine Diode D2 verbunden.
Der Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Schaltung wird im folgenden anhand von Fig. 3 erläutert. Die zwischen
den Klemmen 3a und 2>b der Quelle für pulsierende Spannung 3 auftretende pulsierende Spannung
ist als Vps in Fig. 3 A gezeigt. Die pulsierende Spannung
V wird der Batterie 1 zugeführt, damit der Ladestrom dort hindurchfließt, und ferner der Steuerelektrode
des Thyristors 2 über die Widerstände 5 und 6 als Torsignal, wenn der Transistor Q1 im gesperrten
Zustand bleibt. Während des Intervalls, in dem die Leerlauf-Spannung der Batterie nicht den
dem vollen Ladezustand entsprechenden Wert erreicht, wird der Thyristor 2 zum Aufladen der Batte- ,
rie 1 während jeder Periode der pulsierenden Spannung leitend gemacht, wenn V.r Wert der pulsierenden
Spannung größer ist als die Klemmenspannung der Batterie 1. Die Kathodenspannung des Thyristors
2, gemessen auf der Basis der Spannung des , Punktes P, ist in Fig. 3 B als V'SH gezeigt, wobei die
Spannung des Punktes P als Null gezeigt ist. Die Spannung des Punktes P gemessen gegen Erde ist in
Fig. 3F als Vn, gezeigt, die gleich der Spannung ist,
welche durch Umkehren der Spannung Vn, erhalten
wird. In diesen Figuren zeigt V^n die Sättigungsspannung
des Thyristors 2, und Em (F i g. 3 B) oder — EM (Fig. 3F) zeigt die Spannung, durch die die Batterieladung
gestoppt wird. Wenn die Spannung V^ des
Punktes P niedriger wird als das Spannungsniveau - Em, welches die Voll-Ladespannung der Batterie 1
zu dem Zeitpunkt, in dem die pulsierende Spannung
> V5 Null wird, anzeigt, d. h., wenn die. Leerlauf-Spannung
E der Batterie 1 die Voll-Ladespannung erreicht, dann wird der Transistor Q2 aus seinem gesperrten
Zustand in den leitenden Zustand geschaltet, und daher wird der Transistor Q3 aus dem leitenden
ι Zustand in den gesperrten Zustand geschaltet, wodurch
ein in Fig. 3C gezeigtes Ausgangssignal S1 am
Kollektor des Transistors Q3 erhalten wird. Dieses
Ausgangssignal S1 wird durch die Differenzierschaltung 18 differenziert, und es werden ein positiver Impuls
und ein negativer Impuls an der Anstiegsflanke und der Abfallflanke des Ausgangssignals S1 erhalten,
und der negative Impuls wird der Basis des zu dem monostabilen Multivibrator gehörenden Transistors
Q5 über die Diode D2 zugeführt. Der monostabile
Multivibrator erzeugt einen positiven Steuerimpuls mit einer Impulsbreite r, welcher in Fig. 3D als S2
gezeigt ist, an dem Kollektor des Transistors Q5. Der Steuerimpuls S2 wird der Basis des Transistors Q1 in
der Steuerschaltung 4 zugeführt, und der Transistor Q1 wird angeschaltet. Wird der Transistor Q1 leitend,
dann wird das Torsignal für den Thyristor 2 durch de η Transistor Q1 nebengeschlossen und nicht der Steuerelektrode
des Thyristors 2 zugeführt, so daß der Thyristor 2 nicht leitend wird, bis die Leerlauf-Spannung
der Batterie kleiner wird als die Voll-Ladespannung. In diesem Fall wird die Impulsbreite τ des Steuerimpulses
S2 kleiner gewählt als die Breite einer Welle der pulsierenden Spannung V . Ferner wird in der
Steuerschaltung 4 eine Reihenverbindung aus einer Diode D1 und einem Widerstand 10 zwischen die Basis
des Transistors Q1 und den Punkt P geschaltet. Wenn der Transistor Q1 leitend und daher der Thyristor
2 gesperrt wird, wächst die Spannung an dem Punkt P als Antwort auf die pulsierende Spannung
Vps an, so daß die Diode D1 leitend wird, um die Spannung
des Punktes P an die Basis des Transistors Q1 anzulegen und diesen leitend zu halten, und daher
bleibt der Thyristor 2 gesperrt. Auf diese Weise wird ein Überladen der Batterie 1 vermieden.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Batterie-Ladegerätes.
In dieser Schaltung weist die Steuerschaltung 4 den Steuerkreis 14 aus dem Beispiel in
Fig. 2 auf. Der Transistor Q1, der zur Steuerung des
Anlegens des Torsignals an den Thyristor 2 dient, bildet zusammen mit einem Transistor Q\ einen monostabilen
Multivibrator. Die Basis des Transistors Q\ wird mit dem differenzierten Ausgangssignal von der
Differenzierschaltung 18 über die Diode D'2 beaufschlagt,
und der positive Impuls mit der Impulsbreite τ wird an dem Kollektor des Transistors Q\ erzeugt
und der Basis des Transistors Q1 zugeführt, um das
Torsignal für den Thyristor 2 über den Transistor Q1 nebenzuschließen. Der übrige Betrieb ist derselbe wie
der des Ausführungsbeispiels in Fig. 2 und wird daher nicht weiter beschrieben.
Da die Diode D, zwischen die Basis des Transistors Q1 und den Punkt P geschaltet ist, ist es in den oben
beschriebenen Ausführungsformen selbst in dem Fall,
in dem die Batterieaufladung durch irgendeine der verschiedenen pulsierenden Spannungen mit verschiedenen
Perioden erfolgt, nicht notwendig, die Impulsbreite τ des Steuersignals von dem monostabilen
Multivibrator als Antwort auf die Periode der zugeführten pulsierenden Spannung zu verändern, wenn
die Impulsbreite r kleiner gewählt wird als die einer Welle der pulsierenden Spannung mit mir
Periode. Wird die Diode D( weggelassen, dan
erforderlich, die Impulsbreite τ als Antwort ι Periode der zugeführten pulsierenden Spannu
zustellen, um den Thyristor 2 gesperrt zu ha
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Batterie-Ladegerät mit einer Quelle pulsierender Spannung und einem in Reihe zu der Batterie
liegenden Schalt-Thyristor, bei dem die Steuerelektrode des Thyristors über einen Widerstand
mit der Spannungsquelle verbunden ist und bei dem ein Abtastkreis zur Ermittlung der Leerlauf-Spannung
der Batterie und ein Steuerkreis vorgesehen sind, um in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Abtastkreises den Schalt-Thyristor
im Sperrzustand zu halten, wenn die Leerlaufspannung der Batterie ein Bezugspotential
erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Abtastkreis (13) zwischen die
Anode und die Kathode des Thyristors (2) derart geschaltet ist, daß anstelle der Leerlauf-Spannung
der Batterie (1) die Sperrspannung am Thyristor erfaßt wird.
2. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Thyristor-Steuerschaltung (4) eine Diode (Dl) aufweist, welche
zwischen die Anode des Thyristors (2) und die Steuerelektrode der Steuerschaltung (4) geschaltet
ist.
.'t. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Abtastkreis (13) einen Schmitt-Trigger aufweist,
welcher ein Bezugselement (Widerstände 15a, 15J!>) zur Erzeugung der Bezugsspannung besitzt.
4. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 1, 2 oder
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (14) einen Multivibrator aufweist, welcher einen
Impuls vorbestimmter Impulsbreite als Antwort auf das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers liefert.
5. Batterie-Ladegerät nach Anspruch 2, 3 oder
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuerschaltung (4) ferner einen zusätzlichen
Halbleiterschalter (Transistor QS) aufweist, welcher zusammen mit der Steuerschaltung (4) einen
Multivibrator bildet.
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