DE2500173A1

DE2500173A1 - Universal-batterieladegeraet

Info

Publication number: DE2500173A1
Application number: DE19752500173
Authority: DE
Inventors: Henry Anthony Bogut
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1975-01-03
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DK148576C; GB1438439A; NL184447C; DK664174A; AU7719075A; AR204938A1; IL46380A0; FR2258731A1; NL7500529A; JPS50102837A; BR7410889D0; DK148576B; NL184447B; ZA7569B; ES433930A1; CA1025046A; JPS5440134B2; DE2500173C2; IL46380A; FR2258731B1

Description

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^vhn"^; ' ' " ' ' ^7/ .' 30. Dezember 1974

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Motorola, Inc., Chicago, Illinois / U.S.A.

Universal-Batterieladegerät

Die Erfindung betrifft ein Universal-13atterieladegerät zum Aufladen von Batterien, die unterschiedliche optimale Ladeströme benötigen, wobei $ede Batterie in einem Gehäuse angeordnet ist, das mit der Batterie verbundene Anschlüsse aufweist und wobei das Ladegerät eine Steckdose oder Gerätebuchse zur Aufnahme des Batteriegehäuses mit Geräteanschiüssen r.urn Herstellen der elektrischen Verbindung mit den Batterieanschlüssen aufweist.

Tragbare elektrische Geräte mit Batterieantrieb werden derzeit vielfach verwendet. Diese Batterien können wiederaufladbare Batterien sein, wie etwa Nickel-Cadmium-Batterien, so daß sie anstelle eines Batterieaustausches wieder aufgeladen werden können und somit erhebliche Kosten eingespart werden können. Derartige batteriebetriebene Geräte können Batterien völlig unterschiedlicher Kapazität benötigen und zum richtigen Aufladen derartiger Batterien sind somit unterschiedliche Ladeströme bzw. Aufladegeschwindigkeiten erforderlich. Um Platz und Kosten einzusparen, ist es daher wünschenswert, ein Universäl-Ladegerät zum Aufladen unterschiedlichster Batterien, die

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verschiedene Ladeströme benötigen, zu besitzen. Um dies zu erreichen, ist eine Steuerung des Ladestroms bzv/. der Auflartegeschwindigkeit in gewissem Ausmaß erforderlich. Ferner sind Informationen bezüglich des erforderlichen Ladestroms für die verschiedenen Batterien notwendig, so daß der richtige Ladestrom am Ladegerät eingestellt werden kann. Um falsches Aufladen zu verhindern, ist es vünschenswert, daß der Ladestrom für die zu ladende Batterie automatisch eingestellt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Universal-Batterieladegerät für Batterien zu schaffen, die unterschiedliche Ladeströme benötigen, das den der Batterie zugeführten Iadestrom optimal steuert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Widerstand in dem gleichen Gehäuse angeordnet, in dem sich die Batterie befindet, der einen dem Ladestrom der zugehörigen Batterje entsprechenden Widerstandswert aufweist. Das Ladegerät weist zur Aufnahme des Batteriegehäuses eine Gerätebuchse oder Steckdose mit darin befindlichen Steckern oder Qeräteanschlüssen auf, die die Verbindung zu den Anschlüssen am Batteriegehäuse herstellen, die wiederum mit der Batterie und dem Widerstand verbunden sind. Ferner ist ein Ladestrom-Speiseschaltkreis vorgesehen; der einen Transistor zur Steuerung des Ladestromes aufweist. Der Leitungszustand des Transistors wird von einer mit dem Widerstand in der Batterie verbundenen Schaltungsanordnung gesteuert, und der der Batterie zur Aufladung zugeführte Strom steht in Relation zum Widerstandswert des Widerstandes.

Die Schaltungsanordnung zur Steuerung des Speisetransistors kann einen Regler in Form eines integrierten Schaltkreises

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aufweisen, der den über die Widerstandseinrichtung zugeführten Strom entsprechend einer anliegenden Steuerspannung steuert. Die Steuerspannung wird von einer Steuerschaltungsanordnung erzeugt, mit welcher der der Batterie zugehörige Widerstand verbunden ist, und der Wert der Steuerspannung steht in Relation zum Widerstandswert des Widerstands. Aufgrund des Stromes durc'i die Wi de rs tandsein richtung fällt eine Spannung ab, die dom Transistor zur Steuerung seiner Leitfähigkeit und des durch ihn fließenden Ladestromes zugeführt wird. Der Ladeschaltkreis weist eine Diode auf, an der ein Spannungsabfall auftritt, wenn der Ladestrom durch die Diode fließt. Ein Transistor liegt mit seiner Basis-EroLtter-Strecke an der Diode, während sein Kollektor mit einer lichteniittierenden Diode verbunden ist, so daß bei Fließen eines Stromes über den Ladestromkreis der Transistor durch den Spannungsabfall an der Diode in die Leitung getrieben wird, und die lichtemittierende Diode anzeigt, daß ein Ladestrom zur Batterie fließt.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Universal-Batterieladegerätes mit einer aufzuladenden Batterie, und

Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausf Uhrungsform des erfindungsgemäßen Ladegerätes.

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In Fig. 1 ist ein Batteriegehäuse 10 dargestellt, das eine Batterie 12 enthält, die zusammen mit einem Widerstand 14 in dem gleichen Gehäuse angeordnet ist. Drei Anschlüsse sind an dem Batteriegehäuse 10 vorgesehen, nämlich ein gemeinsamer Anschl\:.ß 16 für die Batterie 12 und den Widerstand 14, ein mit der Batterie verbundener Anschluß 17 und ein mit dem Widerstand verbundener Anschluß 18. Der Widerstandswert des Widerstandes 14 ist entsprechend dem richtigen oder optimalen Ladestrom ausgewählt, der beim Aufladen der Batterie fließen soll«, Obwohl ein Widerstand dargestellt und beschrieben wird, ist ersichtlich, daß auch ein anderes elektrisches Element verwendet werden kann, dessen Wert derart ausgewählt ist, daß er in Relation zum optimalen Ladestrom der Batterie steht bzw. diesem entspricht.

Als Speisespannung liegt eine Gleichspannung am Anschluß 20 der Schaltungsanordnung, der über einen Widerstand 21 mit dem Emitter eines Transistors. 22 verbunden ist, dessen Kollektor über eine Diode 24 mit einem Anschluß 26 einer Gerätebuchse oder Steckdose 28 verbunden ist. Dementsprechend steuert der Transistor 22 den über den Speiseanschluß 20 zugeführten Ladestrom für die Batterie 12. Der Stromkreis zur Batterie wird durch eine Masseverbindung mittels eines Anschlusses 30 der Gerätebuchse 28 vervollständigt bzw. geschlossen. Die Leitung des Transistors 22 und damit auch der Ladestrom werden durch das Potential gesteuert, das an dessen Basis anliegt.

Die Schaltungsanordnung zur Steuerung des der Basis des Transistors 22 zugeführten Potentials weist Transistoren 31 und auf. über einen einen Widerstand 33 und zwischen den Speise-

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anschluß 20 und Masse geschaltete Dioden 34 und 35 aufweisenden Spannungsteiler wird ein Potential der Basis des Transistors

31 zugeführt, um diesen vorzuspannen. Der Kollektor des Transistors 31 ist mit dem Speiseanschluß 20 über in Reihe geschaltete Widerstände 36 und 37 verbunden, während der Emitter über einen Widerstand 38 mit Masse verbunden ist. Das Potential an der Verbindungsstelle der Widerstände 36 und 37 wird der Basis des Transistors 32 zugeführt, dessen Kollektor auf dem Potential des Speiseanschlusses 20 liegt, während sein Emitter über einen Widerstand 39 an Masse liegt. Der Strom durch den Transistor 31 steuert die der Basis des Transistors 32 zugeführte Vorspannung und somit dessen Leitung. Der Emitter des Transistors

32 steuert wiederum die der Basis? des Transistors 22 zugeführte Vorspannung und somit den der Batterie 12 zugeführten Ladestrom.

Der in dem Batteriegehäuse 10 angeordnete Widerstand 14 ist mit der die Transistoren .31 und 32 aufweisenden Steuerschaltungsanordnung verbunden, um den Ladestrom zu steuern. Der Emitter des Transistors 31 ist mit einem Anschluß 40 der Gerätebuchse 28 verbunden, der mit dem Anschluß 18 des Batteriegehäuses in Kontakt steht, so daß der Widerstand 14 in der Batterie dem Widerstand 38 parallel geschaltet wird. Dementsprechend steuert der Widerstand 14 in der Batterie den Widerstandswert des Emitter-Kollektor-Stromkreises des Transistors 31 und somit das der Basis des Transistors 32 von diesem Stromkreis .zugeführte Potential. Indem Widerstände verschiedenen Widerstandswertes in dem Batteriegehäuse angeordnet werden, läßt sich das dem Transistor 32 zugeführte Potential ändern, wodurch wiederum das der Basis des Transistors 22 zugeführte Potential und damit der der Batterie zugeführte Ladestrom in gleicher Weise geändert werden. Mittels des Ladeschaltkreises können

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daher die optimalen Ladeströme für Batterien unterschiedlicher Kapazitäten automatisch entsprechend den Widerstand sv/erten der in den Gehäusen zusammen mit den Batterien angeordneten Widerstände erzeugt werden.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Universal-Batterieladegerätes dargestellt, bei der die Steuerschaltungsanordnung für das Ladesystem weitestgehend durch im Handel erhältliche integrierte Schaltkreise gebildet wird. Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung sind die Batterie 10, die Gerätebuchse 28 zur Aufnahme der Batterie und der Schaltkreis mit dem Transistor 22 zur Zuführung des Ladestromes zur Batterie die gleichen wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, so daß diesen Elementen auch in Fig. 2 die gleichen Bezugszahlen gegeben wurden wie in Fig. 1.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist ein Widerstand 41 mit dem Speiseanschluß 20 und einem Anschluß 44 eines integrierten Schaltkreises 42 verbunden. Der integrierte Schaltkreis 42 steuert den Strom durch den Widerstand 41, wodurch das an ihm abfallende Potential gesteuert wird. Dieses Potential wird der Basis des Transistors 22 zugeführt, um dessen Leitfähigkeit und damit den der Batterie über die Diode 24 und den Anschluß 26 der Gerätebuchse 28 sowie den Anschluß 17 am Batteriegehäuse 10 zugeführten Ladestrom zu steuern.

Der integrierte Schaltkreis 42 dient als Stromregler zur Steuerung des Stromes durch den Widerstand 41. Der integrierte Schaltkreis 42 kann ein monolithischer oder integrierter Standard-Schaltkreis sein, etwa ein integrierter Schaltkreis des Typs MFC 6O3OA, der von der Firma Motorola, Inc., hergestellt wird. Der Strom durch den Regler 42 wird mittels des Potentials ge-

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steuert, das einem Steueranschluß 43 des Reglers zugeführt wird. Dieses Potential wird von dem Stromkreis gesteuert, der vom Versorgungspotential-Anschluß 44 über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 45 des Reglers und Widerstände 46, 47 und 48 verläuft, die sich außerhalb des Reglers 42 befinden. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände 46 und 47 ist mit dem in der Gerätebuchse 2P> vorgesehenen Anschluß 40 verbunden, um über den Anschluß 18 des Batteriegehäuses 10 eine Verbindung zu dem darin befindlichen Widerstand 14 herzustellen. Somit liegt der Widerstand 14 parallel zu den Widerständen 47 und 48 an Masse, und der Widerstandswert des Widerstands I4 beeinflußt den durch die Widerstände 47 und 48 fließender Strom und somit auch das am Widerstand 48 abfallende Potential, das am Steueranschluß 43 des Reglers anliegt.

Der Regler 42 weist eine erste Zenerdiode 50 auf, die über einen Widerstand 51 mit dem Speiseanschluß 44 verbunden ist. Die an der Zenerdiode 50 abfallende Spannung wird über eine Diode 52 einer Zenerdiode 54 zugeführt, die außerdem über einen Speisetransistor 55 und einen Widerstand 56 mit dem Stromversorgungsanschluß 44 verbunden ist. Das Potential an der Zenerdiode 54 ergibt ein sehr genau geregeltes Potential an der Basis eines Transistors 58, wodurch wiederum der Strom durch einen Widerstände 60, 61, 62, 63 und Dioden 64, 65 und 66 aufweisenden Spannungsteiler gesteuert wird. Das Potential an der Verbindungsstelle der Widerstände 61 und 62 dieses Spannungsteilers wird der Basis eines Transistors 68 zugeführt, der zusammen mit einem Transistor 70 einen Differenzverstärker bildet. Ein Transistor 72 bildet die Stromquelle für den Differenzverstärker, und das der Basis dieses Transistors zugeführte Potential wird durch das Potential am Verbindungspunkt der Dioden 65 und 66 des be-

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reits erwähnten Spannungsteilers gesteuert. Dieses gleiche Potential wird einem Stromquellentransistor 74 zugeführt, der den Strom durch Transistoren 76 und 77 steuert.

Der Transistor 76 erzeugt eine feste Vorspannung zur Steuerung der Leitung des Transistors 55, der die Zenerdiode 54 versorgt, wie bereits beschrieben. Der Transistor 77 steuert den Strom durch einen Transistor 78, der in Reihe mit einem Widerstand 79 zwischen den Stromversorgungsanschluß 44 und den Kollektor des Transistors 70 des Differenzverstärkers geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 68 des Differenzverstärkers ist direkt mit dem Stromversorgungsanschluß 44 verbunden, und die Transistoren 68 und 70 leiten entsprechend dem der Basis des Transistors 68 zugeführten Bezugspotential und dem vom Anschluß 43 der Basis des Transistors 70 zugeführten Steuerpotential. Der Kollektor des Transistors 70 ist mit der Basis eines Transistors 80 verbunden, der seinerseits mit einem Durchlaßtransistor 45 gekoppelt ist, um eine Darlington-Anordnung zu bilden. Der Differenzverstärker steuert somit über den Transistor 80 die Leitung des Durchlaßtransistors 45.

Außerdem ist ein Transistor 82 mit dem Kollektor des Transistors 70 des Differenzverstärkers verbunden, dessen Emitter mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 46 und 47 verbunden ist. Tritt ein übermäßiger Spannungsabfall am Widerstand 46 aufgrund eines starken, durch den Widerstand fließenden Stromes auf, so leitet der Transistor 82, um das Potential an einem Leiter 84 abzusenken, wodurch die Leitung des Transistors 80 gesteuert wird. Hierdurch wird eine Begrenzerwirkung des Reglers 42 erzielt. Ein externer Kondensator 86 überbrückt den Leiter 84.

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Wie bereits erwähnt, steuert das Potential am Steuerpunkt 43 den Strom durch die Schaltungsanordnung 42, und dies wiederum wird durch Steuerung der Leitung des Transistors 70 des Differenzverstärkers zur Steuerung des Potentials am Punkt 84 erzielt. Dies steuert den Transistor 80, der wiederum den Durchlaßtransistor 45 zur Steuerung des Stromes durch den Widerstand 46 steuert. Somit regelt der Regler 42 den Strom vom Versorgungsanschluß 20 über den Widerstand 41 des Ladeschaltkreises zum Versorgungsanschluß 44 des Reglers 42.

Da der im Batteriegehäuse 10 angeordnete Widerstand 14 den Widerständen 47 und 48 parallel geschaltet ist, steuert der Widerstandswert dieses Widerstandes die Aufteilung des Stromes auf den Widerstand 14 und die Widerstände 47 und 48 und damit das am Widerstand 48 abfallende Potential, das am Anschluß 43 anliegt. Mittels des Transistors 82 wird eine Strombegrenzerwirkung erzielt, so daß bei Auftreten eines übermäßig hohen Stromes durch den Widerstand 46 das Potential am Leiter 84 auf Massepotential reduziert wird, wodurch das der Basis des Transistors 80 zugeführte Potential und somit auch die Leitfähigkeit des Durchlaßtransistors 45 reduziert werden.

Es ist somit ersichtlich, daß bei Einführen eines Batteriegehäuses in die Geräte- oder Anschlußbuchse 28, das Anschlüsse aufweist, die mit den Anschlüssen, Steckern oder Verbindungsklemmen 26, 30 und 40 der Anschlußbuchse in Kontakt treten, der über den Widerstand 41 des Ladeschaltkreises fließende Strom vom Widerstandswert des zur Batterie gehörigen Widerstandes 14 abhängt. Hierdurch wird die Leitung des Transistors 22 gesteuert, wodurch wiederum der der Batterie 12 zugeführte Ladestrom gesteuert wird.

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Um eine Anzeige zu erhalten, wenn ein Ladestrom der Batterie zugeführt wird, ist ein Transistor 90 mit der Diode 24 in der Reihenschaltung gekoppelt, über die der Ladestrom zugeführt wird. Basis und Emitter des Transistors 90 sind mit der Diode 24 verbunden, so daß der Transistor 90 in die Leitung getrieben wird, wenn ein Ladestrom über die Diode 24 fließt und einen Spanfiungsabfall an der Diode verursacht. Eine lichtemittierende Diode 92 ist mit dem Kollektor des Transistors 90 und über einen Widerstand 93 mit Masse verbunden. Wenn der Transistor 90 leitet, fließt ein Strom durch die Diode 92, so daß sie Licht emittiert und anzeigt, daß ein Ladestrom der Batterie über die Geräte- oder Anschlußbuchse 28 i'.ugeführt wird.

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Claims

- 11 Patentansprüche ί 1. JUr

1. lUniversal-Batterieladegerät zum Aufladen von Batterien,

unterschiedliche optimale Ladeströme benötigen, wobei jede Batterie in einem Gehäuse angeordnet ist, das mit der Batterie verbundene Anschlüsse aufweist und wobei das Ladegerät eine Steckdose oder Gerätebuchse zur Aufnahme des Batteriegehäuses mit Geräteanschlüssen zum Herstellen der elektrischen Verbindung mit den Batterieanschlüsseii aufweist, gekennzeichnet durch einen innerhalb des Batteriegehäuses (10) angeordneten Widerstand (14), dessen Widerstandswert dem optimalen Ladestrom der Batterie entspricht und der mit den Batterieanschlüssen verbunden ist, durch eine Schaltungsanordnung (31-38) zur Erzeugung einer Steuerspannung, die mit den Geräteanschlüssen (26, 30, 40) der Gerätebuchse zwecks Verbindung über die Anschlüsse (16, 17» 18) des Batteriegehäuses (10) mit dem Widerstand (14) zur Zuführung von Strom verbunden ist und eine Steuerspannung erzeugt, deren Wert dem Wert des Widerstands (14) entspricht, durch eine Schaltungsanordnung (20, 21, 22, 24) zur Zuführung des Ladestroms, die mit den Geräteanschlüssen (26, 30, 40) der Gerätebuchse (28) zwecks Verbindung über die Anschlüsse (1-6, 17, 18) des Batteriegehäuses (10) mit der darin befindlichen Batterie verbunden ist und einen Steuerschaltkreis (22) zur Steuerung des zugeführten Ladestroms entsprechend einer anliegenden Steuerspannung aufweist, und durch einen Schaltkreis (32, 39), der die Schaltungsanordnung (31-38) zur Erzeugung einer Steuerspannung mit dem Steuerschaltkreis (22) verbindet, um die Steuerspannung dem Steuerschaltkreis (22) zur Steuerung des der Batterie zugeführten Ladestromes zuzuführen.

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2. Universal-Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (31-38; 41-86) zur Erzeugung einer St euer spannung eine Widerstandsanordnung (36, 37, 38; 41) und einen mit dem zur Batterie (12) gehörenden Widerstand (14) gekoppelten Schaltkreis (31 ; 42) zur Zuführung von Strom über die Widerstandsanordnung (36, 37, 38; 41) aufweist, deren Widerstandswert in Relation zum Widerstandswert des Widerstands (14) steht, wodurch eine Steuerspannung an der Widerstandsanordnung (36, 37, 38; 41) erhalten wird, deren Wert in Relation zum Wert des Widerstands (14) steht.

3. Universal-Batterieladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (31 ; 42) zur Zuführung von Strom zu der Widerstandsanordnung (36, 37, 38; 41) einen Regler (42) in Form eines integrierten Schaltkreises aufweist, der einen Steueranschluß (43) besitzt und einen Stromkreis (45, 46, 47, 48). enthält, der den Steueranschluß (43) mit dem Anschluß (18) zur Verbindung des zur Batterie gehörenden Widerstandes (14) verbindet.

4. Universal-Batterieladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (31» 42) zur Zuführung von Strom über die Widerstandsanordnung (36, 37, 38; 41) einen Transistor (45) mit Basis-, Emitter- und Kollektor-Elektroden sowie eine der Basiselektrode eine Bezugs spannung zuführende Bezugsschaltung (50-86) aufweist, wobei die Kollektorelektrode mit der Widerstandsanordnung (36, 37, 38; 41) und die Emitterelektrode mit dem Anschluß (18) verbunden ist, um eine Verbindung zu dem zur Batterie gehörenden Widerstand (14) herzustellen.

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5. Universal-Batterieladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet- daß die Schaltungsanordnung (20, 21, 22, 24) zur Zuführung eines Ladestromes einen Transistor (22) enthält, der eine Emitter-Kollektor-Strecke zur Steuerung des den Anschlüssen zum Aufladen der Batterie zugeführten Stromes und eine mit der Widerstandsanordnung (36, 37, 38; 41) verbundene Basiselektrode aufweist, wodurch die an der Widerstandsanordnung abfallende Spannung die· Leitung des Transistors (22) steuert.

6. Universal-Batterieladegerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durcl« eine Diode (24), die mit der Schaltungsanordnung zur Zuführung des Ladestromes einschließlich der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (22) und der Anschlüsse zur Zuführung des Ladestroms zur Batterie verbunden ist, durch einen mit der Diode (24) verbundenen Schalter (90), und durch eine mit dem Schalter (90) verbundene Anzeige (92), wobei der Schalter (90) durch eine Spannung an der Diode (24) bei Durchfluß eines Ladestroms durch die Diode (24) leitend wird und die Anzeige (92) betätigt.

7. Universal-Batterieladegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Transistor (90) ist, dessen Basis-Emitter-Strecke mit der Diode (24) verbunden ist, und daß die Anzeige eine mit dem Kollektor des Transistors (90) verbundene lichtemittierende Diode (92) ist.

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