DE2364401C3 - Schaltungsanordnung zur Schneiladung eines Akkumulators - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Schnelladung eines Akkumulators, der im Oberbegriff des Anspruchs definierten Gattung.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (GB-PS 12 86 781) ist die Emitter-Basis-Strecke eines 'JO pnp-Transistors einem Teil des Potentiometers parallel geschaltet. Die Basis des Transistors ist einerseits über einen Widerstand mit dem Minus- oder Massepol des Akkumulators, der an dem Massepol des Transformators angeschlossen ist, und andererseits über einen Widerstand und je einer Diode mit dem einen und anderen Ende der Sekundärwicklung des Transformators verbunden. Beim Fließen eines Ladestroms durch den Akkumulator weist jeweils das mit der Basis des Transistors verbundene Ende der Sekundärwicklung 4U des Transformators ein negatives Potential auf, das unter dem Massepotential des Transformators liegt. In der Slromflußphase liegt damit stets ein negatives Potential an der Basis des Transistors, so daß dieser leitend wird und am Abgriff des Potentiometers, mit dem die Steuerelektrode des weiteren Thyristors verbunden ist, immer Massepotential liegt. In der Stromflußpause hingegen ist der Transistor gesperrt und das parallel zum Akkumulator liegende Potentiometer voll wirksam. Die Schaltung kann somit nur in den so Stromflußpausen ansprechen, in denen der Akkumulator nicht geladen wird, so daß der Einfluß des Innenwiderstandes des Akkumulators bei der Messung der Ladespannung eliminiert ist.

Diese bekannte Schaltungsanordnung ist insofern aufwendig, als ein Transistor und zusätzliche Schaltungsmittel für dessen Ansteuerung erforderlich sind. Auch setzt diese Schaltung voraus, daß bei einer Vollweggleichrichtung die Wicklungsmitte der Sekundärwicklung angezapft und auf Massepotential gelegt werden muß. Dies bedeutet, daß zur Erzeugung der Sekundärspannung lediglich die halbe Windungszahl der Sekundärwicklung zur Verfügung steht. Hierdurch ist zur Erzielung einer ausreichenden Sekundärspannung eine relativ voluminöse Sekundärwicklung notwendig, will man die Primärspannung nicht erhöhen.

In einer durch die DE-OS 20 61 055 bekannten Schaltungsanordnung zur Schnelladung eines Akkumulators besteht ein parallel zum Akkumulator geschalteter Diskriminator aus zwei Transistoren, wobei die Basis und der Emitter des ersten Transistors jeweils mit dem Kollektor und der Basis des zweiten Transistors verbunden sind und der Emitter des zweiten Transistors über die Reihenschaltung eines Teilwiderstandes eines Potentiometers und eines Widerstandes mit dem Minuspol und über den anderen Teilwiderstand des Potentiometers mit dem Pluspol des Akkumulators verbunden ist, wobei zwischen dem Verbindungspunkt dieses Widerstandes und dem Potentiometer und der Netzspannungsseite des Schalters mindestens ein eine Diode und einen Widerstand enthaltender Schaltkreis angeordnet ist.

Der hierbei getriebene schaltungstechnische Aufwand ist jedoch beträchtlich.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung (FR-OS 20 12 997) zur Schnelladung eines Akkumulators mit einem pulsierenden Strom ist der weitere elektronische Schalter ebenfalls als Thyristor ausgebildet, dessen Steuerelektrode mit dem Abgriff des Potentiometers verbunden ist. Das Potentiometer ist einerseits mit dem Pluspol d?s Akkumulators und andererseits sowohl unmittelbar mit der Mittelanzapfung des Transformators als auch über eine Spule mit dem Minuspol des Akkumulators verbunden. Die Anode des weiteren Thyristors ist einerseits mit der Steuerelektrode des ebenfalls ais Thyristor ausgebildeten ersten Schalters und andererseits über einen ersten Widerstand mit dem Pluspol des Akkumulators verbunden. Die Kathode des weiteren Thyristors ist an dem Minuspol des Akkumulators angeschlossen. Durch diesen Anschluß des Potentiometers und des als Thyristor ausgebildeten weiteren elektronischen Schalters und durch einen genügend großen Widerstand der Spule wird sichergestellt, daß der weitere Thyristor ausschließlich in den Stromflußpausen zünden kann, denn während des Stromflusses durch den Akkumulator wird bei entsprechender Bemessung des Widerstandes der Spule das Potential der mit dem Abgriff des Potentiometers verbundenen Steuerelektrode des Thyristors niedriger liegen als das Kathodenpotential des Thyristors. Erst wenn der Stromfluß durch den Akkumulator Null wird, wird auch die an der Spule abfallende Spannung Null und das Steuerelektrodenpotential steigt über das Kathodenpotential an, wodurch der weitere Thyristor zündet.

Bei Schnelladeschaltungen dieser Art werden relativ große Ströme im Ladekreis über den Akkumulator geführt. Die in diesem Ladekreis des Akkumulators unmittelbar mit diesem in Reihe geschaltete Spule, an welcher eine genügend große Spannung abfallen muß, um das Zünden des weiteren Thyristors auch zu Beginn des Ladevorgangs sicher zu verhindern, stellt einen nicht unbedeutenden Stromverbraucher dar, der den Wirkungsgrad einer solchen Schnelladeschaltung erheblich beeinträchtigt.

Darüber hinaus erfordert die Erzeugung des Spannungsabfalls an der Spule, der notwendig ist, um ein Zünden des weiteren Thyristors zu verhindern, eine relativ große Induktivität von einigen mH. Das bedeutet eine große Luftdrossel, die sehr viel Bauraum beansprucht und dem Bestreben nach Kompaktheit der Schnelladeschaltung entgegensteht.

Wenn — wie bei derartigen Schaltungen üblich — zum Schütze des weiteren Thyristors zwischen dem Potentiometerabgriff, der mit der Steuerelektrode des weiteren Thyristors verbunden ist, und dem unteren Potentialpunkt des Potentiometers noch ein Kondensa-

tor angeschlossen ist, tritt ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung auf. In jeder Stromfiußphase wird das Steuerelektrodenpotential unter das Massepotential des Akkumulators abges-enkt und in jeder Stromflußpause wieder Ober das Massepotential 5 angehoben. Dadurch wird der genannte Kondensator umgeladen. Die Umladeströme fließen über die hochohmigen Widerstände des Potentiometers und verursachen erheblichen Leistungsverlust, wodurch lieh der Wirkungsgrad der Schaltungsanordnung weiter verschlechtert

In einer durch die französische Auslegeschrift 21 53 284 bekanntgewordenen Einrichtung zum Schnellladen eines Akkumulators ist in den Ladekreis eines zu ladenden Akkumulators ein erster Thyristor geschaltet, is Parallel zu diesem Thyristor ist ein aus zwei Widerständen bestehender Spannungsteiler, an dessen Teilerpunkt das Tor dieses Thyristors liegt, sowie eine Anzeigelampe angeordnet. Ein aus zw^i weiteren Widerständen gebildeter Spannungsteiler liegt parallel zum Akkumulator. Der Teilerpunkt dieses Spannungsteilers ist an das Tor eines zweiten, zwischen dem Teilerpunkt des ersten Spannungsteilers und dem Bezugspocential der Einrichtung angeordneten Thyristors geschaltet Bei diesem zweiten Thyristor sind sowohl die Anoden-Kathoden-Strecke als auch die Tor-Kathoden-Strecke jeweils durch einen Kondensator überbrückt Zwischen dem ersten Thyristor und der Parallelanordnung des Akkumulators und des zweiten Spannungsteilers ist eine Sperrdiode geschaltet Bei zugeschalteter Netzspannung liefert das Potential des Teilerpunktes des ersten Spannungsteilers dem Tor des ersten Thyristors eine gegen seine Kathode positive Hilfsspannung, so daß der Thyristor gezündet wird. Dadurch fließt im Ladestromkreis der Schnelladestrom, welcher über die Diode den Akkumulator auslöst, wobei der über den gezündeten Thyristor anfallende sehr geringe Spannungsabfall ein Brennen der parallel zum Thyristor geschalteten Lampe verhindert. Bei Erreichen der Ladespannung des Akkumulators liegt am Teilerpunkt des zweiten Spannungsteilers und damit auch am Tor des zweiten Thyristors eine gegen dessen Kathode derart positive Spannung, daß nun dieser Thyristor gezündet wird. Der Stromfluß durch diesen zweiten Thyristor erbringt am Teilerpunkt des ersten Spannungsteilers und damit am Tor des ersten Thyristors ein gegen dessen Kathode negatives Potential, so daß der erste Thyristor beim folgenden Nulldurchgang des Stromes sperrt Der mit der Kathode des zweiten Thyristors verbundene Kondensator bewirkt, daß in der jeweils folgenden Phase des Nulldurchgangs der Strom des zweiten Thyristors gezündet bleibt und im Bereich der Anstiegsflanken der Stromhalbwellen das Potential des Tors des ersten Thyristors negativ gegen dessen Kathode hält Nach diesem Zustand fließt nun bei gesperrtem ersten Thyristor über die parallel zu ihm geschaltete Lampe und die Sperrdiode der im Vergleich zum Schnelladestrom wesentlich geringere sog. Dauerladestrom in den Akkumulator; dieser Dauerladezustand hält so lange an, ^w<* die Netzspannung abgeschaltet wird. Beim Ei..o^iialien der Netzspannung für einen erneuten Schnelladevorgang verhindert der mit der Anode des zweiten Thyristors verbundene Kondensator ein eventuelles Durchzünden dieses Thyristors und damit die FunktionsunfäWgkeit der Schnelladeeinrichtung. Die Schaltungsanordnung dieser Einrichtung zur Schnelladung eines Akkumulators kann den Einfluß des Innenwiderstandes des Akkumulators auf die Akkumulatorspannung und damit auf die Ladeschlußspannung des Akkumulators nicht eliminieren. Die Schaltung erfaßt die Akkumulatorspannung während des gesamten Ladevorganges sowohl während der Ladephase als auch während der Ladepause. Da der Einfluß des Innenwiderstandes des Akkumulators auf die Spannung, die sich am Akkumulator während jedes Ladestromstoßes entwickelt, sich dahingehend auswirkt, daß diese ansteigt, wird während des Ladestromstoßes, der die Ladeschlußspannung überschreiten kann, bereits der Akkumulator abgeschaltet, obwohl die Ladeschlußspannung des Akkumulators, die exakt nur während der Ladepause zu messen ist noch längst nicht erreicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die schaltungstechnisch einfach und raumsparend aufgebaut ist, ohne daß dabei ihr Wirkungsgrad ungünstig beeinfluß wird.

Diese Aufgabe ist bei einer Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs definier icn Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs gelöst

Gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen ergibt sich einerseits eine Einsparung von elektronischen Bauteilen die sich nicht nur kostenmäßig niederschlägt, sondern wegen des verringerten Raumbedarfs vor allem wesentlich für die angestrebte Kompaktheit und Miniaturisierung des Schnelledegerätes ist, und andererseits durch Fehlen jeglicher Stromverbraucher im Ladekreis des Akkumulators ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad.

In der Zeichnung ist der Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltanordnung zur Schnelladung eines Akkumulators dargestellt. Ein Transformator 1 ist mit seiner Primärwicklung an ein Spannungsnetz 2, beispielsweise 220VoIt Wechselspannung, angeschlossen. Seine Sekundärwicklung ist mit dem Eingang einer Zweiweggleichrichterbrückenschaltung 3 verbunden. Der Ausgang der Brückenschaltung ist über lösbare Steckverbindungen 4 und 5 mit den zu dem Akkumulator 6 führenden Speiseleitungen 7 und 8 verbunden. In die Speiseleitung 7 ist ein Schalter in Form eines Thyristors 9 eingeschaltet Parallel zum Akkumulator ist ein aus den Widerständen 10; 11; 12 bestehender, vorzugsweise einstellbar ausgebildeter Spannungsteiler geschaltet

Die Schaltung weist einen Thyristor 13 auf, dessen Anode einerseits mit der Steuerelektrode (Gate) des Thyristors 9 und andererseits über einen Widerstand 14 mit dem Pluspol des Akkumulators 6 verbunden ist. Die Kathode des Thyristors 13 ist einerseits über einen Widerstand 15 mit der Speiseleitung 7 und damit mit der Anode des Thyristors 9 und andererseits über einen Widerstand 16 mit der Speiseleitung 8 und damit mit dem Minuspol des Akkumulators verbunden. Die Steuerelektrode (Gate) des Thyristors 13 ist mit dem verstellbaren Mittenabgriff des Widerstandes 11 des Spannungsteilers 10; 11; 12 verbunden und zum Abhalten von Störspannungen zusätzlich über einen Kondensator 17 an den Minuspol des Akkumulators angeschlossen. Die Steuerelektrode des Thyristors 9 ist noch zusätzlich über einen Widerstand 18 mit seiner Anode verbunden. Dem Thyristor 9 ist die Reihenschaltung aus einer Leuchtdiode 19 und einem Widerstand 20 parallel geschaltet.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist wie folgt:

An dem Ausgang der Gleichrichterbrückenschaltung 3 stehen in jeder Periode der Netzwechselspannung zwei positive Halbwellen der transformierten Netzwechselspannung an.

Als Folge der unvermeidlichen Spannungsabfälle in Durchlaßrichtung der Gleichrichterbrückenschaltung liegen zwischen den einzelnen Halbwellen kurzzeitige spannungslose Phasen. Zu Beginn jeder Halbwelle, sobald der Momentanwert der transformierten Netzspannung die Spannung des Akkumulators übersteigt, wird der Thyristor 9 gezündet, da über den Widerstand 18 an seiner Steuerelektrode ein gegenüber der Kathode positives Potential anliegt. Gleichzeitig liegt die Halbwellenspannung, im Teilerverhältnis der Widerstände 15 und 16 gemindert, an der Kathode des Thyristors 13. Damit nimmt das Kathodenpotential des Thyristors entsprechend der Halbwellenspannung zu und durch Einstellung des Spannungsteilers ist gewährleistet, daß der Thyristor 13 nur in den Phasen zünden kann, in welchen der Thyristor 9 gesperrt ist — also kein Strom fließt — und auch nur dann, wenn die an seiner Steuerelektrode anliegende Teilspannung der Akkumulatorenspannung um die Zündspannung höher liegt, als sein Kathodenpotential. In jeder Halbwelle sperrt der Thyristor 9 immer dann, wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem Momentanwert der Halbwellenspannung und der Ladespannung des Akkumulators nicht mehr ausreicht, den erforderlichen Haltestrom durch den Thyristor fließen zu lassen. Nach Sperren des Thyristors 9 nimmt die Spannung zwischen Steuerelektrode des Thyristors 13 und seiner Kathode zu und wird am größten, wenn die Halbwellenspannung am Ausgang des Gleichrichters 3 den Wert »Null« erreicht hat. Sie ist nunmehr ausschließlich von der Größe eines am Spannungsteiler 10; 11; 12 einstellbaren Bruchteils der Akkumulatorenspannung abhängig. Bei einem mittels des veränderlichen Widerstandes 11 einstellbaren Wert der Akkumulatorenspannung ist schließlich die Spannungsdifferenz zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors 13 größer als die Zündspannung des Thyristors und der Thyristor 13 zündet durch. Damit wird das Gate des Thyristors 9 über den Widerstand 16 an die Speiseleitung 8 und damit an den Minuspol des Akkumulators gelegt. Der Widerstand 14 ist so ausgelegt, daß nur ein Strom von der Größe des Thyristorhaltestroms durch den Thyristor 13 fließt und sich dieser somit selbstleitend hält. Damit ist der

lü Ladevorgang des Akkumulators beendet, denn bei der nächsten positiven Halbwelle, die an den Thyristor 9 gelangt, bleibt der Thyristor 9 gesperrt, weil dessen Steuerelektrode immer wesentlich niedrigeres Potential als seine Kathode aufweist und daher kein Steuersignal

!5 über den Widerstand 18 auf die Steuerelektrode gelangen kann. Bleibt der Thyristor 9 gesperrt, so liegt an der Reihenschaltung der Leuchtdiode 19 und des Widerstandes 20 die Differenz der positiven Halbwellenspannung und der Ladespannung des Akkumulators und die Leuchtdiode leuchtet auf und zeigt die Beendigung des Ladevorgangs an.

Die erfindungsgemäße Schaltanordnung arbeitet auch dann, wenn die Zweiweggleichrichterbrückenschaltung 3 fortgelassen wird, und die Sekundärwick-

2^ri lung des Transformators 1 unmittelbar an die lösbaren Steckverbindungen 4 und 5 angeschlossen ist. In diesem Fall liegt an den lösbaren Steckverbindungen 4 und 5 bzw. an den Speiseleitungen 7 und 8 in jeder Halbperiode der Netzwechselspannung nur eine positive Halbwellenspannung. Damit sich der Akkumulator nicht über die Sekundärwicklung des Transformators 1 entladen kann, ist in die Verbindung zwischen Widerstand 14 bzw. Anode des Thyristors 13 und Widerstand 18 bzw. Steuerelektrode des Thyristors 9

i^ri eine Sperrdiode 21 eingeschaltet. Ansonsten arbeitet die erfindungsgemäße Schaltanordnung wie vorstehend beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Schnelladung eines Akkumulators mit einem pulsierenden Strom, bei welcher zwischen einem Transformator bzw. einem an diesen angeschlossenen Gleichrichter und dem Pluspol des Akkumulators ein Thyristor angeordnet ist, der über einen die Spannung des Akkumulators in den Stromflußpausen erfassenden, weiteren ι ο Thyristor steuerbar ist, der mit seiner Anode einerseits mit der Steuerelektrode des ersten Thyristors und andererseits über einen ersten Widerstand mit dem Pluspol des Akkumulators und mit seiner Steuerelektrode mit dem Abgriff eines dem Akkumulator parallelgeschalteten Potentiometers verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode des weiteren Thyristors (13) über einen zweiten Widerstand (15) mit der Anode des ersten Thyristors (9) und über einen dritten Widerstand (16) mit dem Minuspol des Akkumulators (6) verbunden ist.