DE2500173C2 - Gerät zum Laden von Batterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Laden von Batterien nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Tragbare elektrische Geräte mit Batterieantrieb werden derzeit vielfach verwendet Diese Batterien können wiederaufladbar sind, wie etwa Nickel-Cadmium-Batterien, wodurch im Vergieich zu einem Batterieaustausch erhebliche Kosten einzusparen sind. Derartige batteriebetriebene Geräte benötigen Batterien völlig unterschiedlicher Kapazität und zu deren richtigem Aufladen sind somit unterschiedliche Ladeströme bzw. Aufladegeschwindigkeiten erforderlich. Um Platz und Kosten einzusparen, ist es daher wünschenswert, ein sogenanntes Universal-Ladegerät zum Aufladen unterschiedlichster Batterien, die verschiedene Ladeströme benötigen, zu besitzen. Um dies zu erreichen, muß der Ladestrom bzw. die Aufladegeschwindigkeit in gewissem Ausmaß steuerbar sein. Ferner sind Informationen bezüglich des erforderlichen Ladestroms für die verschiedenen Batterien notwendig, so daß der richtige Ladestrom am Ladegerät eingestellt werden kann. Um ein falsches Aufladen zu verhindern, sollte auch der Ladestrom für die zu ladende Batterie automatisch einstellbar sein.

Bei einem aus der US-PS 36 96 283 bekannten Gerät der eingangs genannten Art enthält der Ladestromkreis jeder Batterie einen in Reihe geschalteten festen Vorwiderstand, mit dem der Soll-Ladestrom eingestellt wird. Eine solche Anordnung ist aber nachteilig, da der Ist-Ladestrom mit zunehmender Batteriespannung sinkt; das für viele Batteriearten geforderte Laden mit konstantem Strom ist daher nicht zu erreichen. Nach dem in dieser US-PS gemachten Vorschlag, in Reihe mit dem Vorwiderstand eine Glühlampe zu legen und deren

-■5 stromabhängigen elektrischen Widerstand zum Stabilisieren des Ladestroms auszunutzen, lassen sich nur temperaturbedingte Änderungen der elektrischen Parameter innerhalb eines sehr schmalen Schwankungsbereichs ausgleichen. Außerdem ist die Betriebssicherheit des bekannten Geräts unzureichend, weil bei in den Behälter eingesetzter Batterie für den Benutzer keine Gewißheit besteht, daß der Ladestrom tatsächlich fließt.

Aus der FR-PS 13 50 813 ist weiterhin eine Batterie-Ladeschaltung bekannt, bei der mit Hilfe von Transistoren und Widerständen der Ladestrompegel eingestellt werden kann. Außerdem ist in der GB-PS 10 08 421 eine ähnliche Batterie-Ladeschaltung beschrieben, bei der eine Batterieklemme mit einer Batterie über einen temperaturempfindlichen Widerstand verbunden werden kann, um die Ladung zu bestimmen. In der Zeitschrift »Elektro-Technik«, 1966, Seite 666, ist ein Ladegerät für Batterien beschrieben, bei dem eine Transistorschaltung auf einer gedruckten Leiterplatte eine Spannungsregelung und eine Strombegrenzung übernehmen soll, um ein schonendes Aufladen der Batterie mit Konstantspannung zu gewährleisten. Schließlich ist noch aus der GB-PS 11 03 566 eine Schaltung bekannt, mit der eine Gleichspannung erzeugt werden kann, welche für zwei

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Nennspannungen verwendet werden kann, um so durch manuelle Schaltvorgänge zwei Arbeitsspannungen von beispielsweise 12 V bzw. 24 V zu erreichen.

Keine dieser bekannten Batterie-Lade'.chaltungen sieht aber eine Möglichkeit vor, den Ladestrom einer Batterie automatisch unabhängig von Störeinflüssen einstellen zu können, um so ein besonders genaues und schonendes Laden der Batterie zu erzielen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein besonders betriebssicheres und einer Überwachung leicht zugängliches Gerät zum Laden von Batterien der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem der Ladestrom für jede Batterie außerordentlich genau und unabhängig von Störeinflüssen eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Gerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmaien gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 9.

Für das elektrische Bauelement kann in zweckmäßiger Weise ein Widerstand verwendet werden, der in dem gleichen Behälter wie die Batterie angeordnet ist. Die Stromregelschaltung weist als Sollwertgeber diesen Widerstand auf, so daß der Ladestrom in Relation zum Widerstandswert des Widerstandes steht und ein einfach aufgebautes Gerät erhalten wird, mit dem der Ladestrom für jede Batterie außerordentlich genau und unabhängig von Störeinflüssen eingestellt werden kann.

Aufgrund des Stromes durch den Widerstand fällt die Spannung ab, die einem Transistor der Stromregelschaltung zur Steuerung seiner Leitfähigkeit und des durch ihn fließenden Ladestromes zugeführt wird. Der Ladestromkreis kann eine Diode aufweisen, an der ein Spannungsabfall auftritt, wenn der Ladestrom durch die Diode fließt. Ein Schalttransistor kann mit seiner Basis-Emitter-Strecke an der Diode liegen, während sein Kollektor mit einer Leuchtdiode verbunden ist, so daß bei Fließen eines Stromes über den Ladestromkreis der Transistor durch den Spannungsabfall an der Diode in Leitung getrieben wird und die Leuchtdiode anzeigt, daß ein Ladestrom zur Batterie fließt.

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

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes mit einer aufzuladenden Batterie, und

F i g. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes.

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

Als Speisespannung liegt eine Gleichspannung an einem Anschluß 20. 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 Eteuert der Transistor 22 den über den Speiseanschluß 20 zugeführten Ladestrom für die Batterie 12. Der Stromkreis zur Batterie 12 wird durch eine Masseverbindung mittels eines Anschlusses 30 der Gerätebuchse 28 vervollständigt. Die Leitung durch den Transistor 22 und damit auch der Ladestrom werden to durch das Potential gesteuert, das an dessen Basis anliegt

Eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des der Basis des Transistors 22 zugeführten Potentials weist Transistoren 31 und 32 auf. Ober einen einen Widerstand 33 und zwischen den Anschluß 20 und Masse geschaltete Dioden 34 und 35 aufweisenden Spannungsteiler wird der Potential der Basis des Transistors 31 zugeführt, um diesen vorzuspannen. Der Kollektor des Transistors 31 ist mit dem Anschluß 20 über in Reihe geschaltete Wi-

derstände 36 und 37 verbunden, während der Emitter über einen Widerstand 38 an Masse liegt. 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 mit Masse verbunden ist. Der Strom durch den Transistor 31 steuert die der Basis des Transistors 32 zugeführte Vorspannung und somit dessen Leitungszustand. 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 Batteriebchälter 10 angeordnete Widerstand 14 ist mit der die Transistoren 31 und 32 aufweisenden Steuer-Schaltungsanordnung 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 Batteriebehälters 10 in Kontakt steht, so daß der Widerstand 14 in der Batterie 12 dem Widerstand 38 parallel geschaltet wird.

Dementsprechend steuert der Widerstand 14 in der Batterie 12 den Widerstandswert des Emitter-Kollektor-Stromkreises des Transistors 31 und somit das der Basis des Transistors 32 von diesem Stromkreis zugeführte Potential. Indem Widerstände \ erschiedenen Widerstandswertes in dem Batteriebehalter 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 12 zugeführte Ladestrom in gleicher Weise geändert

so werden. Mittels des Batterieladegerätes können daher optimale Ladeströme für Batterien unterschiedlicher Kapazitäten automatisch entsprechend den Widerstandswerten der in den Behältern zusammen mit den Batterien angeordneten Widerstände erzeugt werden.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt, bei der die Stetier-Schaltungsanordnung für das Ladesystem weitestgehend durch im Handel erhältliche integrierte Schaltkreise gebildet wird. Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung sind die Batterie 12, die Gerätebuchse 28 zur Aufnahme der Batterie 12 und der Schaltkreis mit dem Transistor 22 zur Zuführung des Ladestromes zur Battciic die gleichen wie bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1. so daß diesen Bauelementen auch in F ig. 2

bi die gleichen Bczugszahlen gegeben wurden wie in F i g. 1.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 ist ein Widerstand 41 mit dem Anschluß 20 und einem Anschluß

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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 12 über die Diode 24 und den Anschluß 26 der Gerätebuchse 28 sowie den Anschluß 17 am Batteriebehälter 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 6030A, der von der Firma Motorola Inc. hergestellt wird. Der Strom durch den Schaltkreis 42 wird mittels des Potentials gesteuert, das einem Steueranschiuß 43 des Schaltkreises 42 zugeführt wird. Dieses Potential wird von dem Stromkreis gesteuert, der vom Versorgungspotential-Anschluß 44 über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 45 des Schaltkreises 42 und Widerstände 46, 47 und 48 verläuft, die sich außerhalb des Schaltkreises 42 befinden. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Widerstände 46 und 47 ist mit dem in der Gerätebuchse 28 vorgesehenen Anschluß 40 verbunden, um über den Anschluß 18 des Batteriebehälters 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 14 beeinflußt den durch die Widerstände 47 und 48 fließenden Strom und somit auch das am Widerstand 48 abfallende Potential, das am Steueranschluß 43 des Reglers anliegt.

Der Schaltkreis 42 weist eine erste Zenerdiode 50 auf, die über einen Widerstand 51 mit dem Anschluß 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 Anschluß 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 Diode 65 und 66 des bereits 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 des Leitungszustands des Transistors 55, der die Zenerdiode 54 versorgt, wie bereits beschrieben wurde. Der Transistor 77 steuert den Strom durch einen Transistor 78, der in Reihe mit einem Widerstand 79 zwischen den Stromversorgungs-Anschluß 44 und den Kollektor des Transistors 70 des Differenzverstärkers geschaltet ist Der Kollektor des Transistors 68 des Differenzverstärkers ist direkt mit dem Stromversorgungs-Anschluß 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 somii über den Transistor 80 den Leitungszustand des Durchlaß-Transistors 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 46 fließenden Stromes auf, so leitet der Transistor 82, um das Potential an einem Leiter 84 abzusenken, wodurch der Leitungszustand des Transistors 80 gesteuert wird. Hierdurch wird eine Begrenzerwirkung des Schaltkreises 42 erzielt. Ein εχίεΓ-ner Kondensator 86 überbrückt den Leiter 84.

Wie bereits erwähnt wurde, steuert das Potential am Anschluß 43 den Strom durch dien Schaltkreis 42. und dies wiederum wird durch Steuerung des Leitungszustandes des Transistors 70 des Differenzverstärkers zur Steuerung des Potentials am Leiter 84 erzielt. Dies steuert den Transistor 80, der wiederum den Durchlaß-Transistor 45 zur Steuerung des Stromes durch den Widerstand 46 steuert. Somit regelt der Schaltkreis 42 den Strom vom Anschluß 20 über den Widerstand 41 des Ladeschaltkreises zum Anschluß 44 des Schaltkreises 42. Da der im Batteriebehälter 10 angeordnete Widerstand 14 den Widerständen 47 und 48 parallel geschaltet ist, steuert der Widerstandswert dieses Widerstandes 14 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 Durchlaß-Transistors 45 reduziert werden.

Es ist somit ersichtlich, daß bei Einführen eines Batteriebehälters in die Geräte- oder Anschlußbuchse 28, wobei der Batteriebehälter 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 12 gehörigen Widerstandes 14 abhängt Hierdurch wird die Leitung des Transistors 22 gesteuert, wodurch wiederum

so derder Batterie 12zugeführte Ladestrom gesteuert wird.
Um eine Anzeige zu erhalten, wenn ein Ladestrom der Batterie 12 zugeführt wird, ist ein Transistor 90 vorgesehen. Die Diode 24 liegt im Ladestromkreis und Basis und Emitter des Transistors 90 sind mit den An-Schlüssen der Diode 24 verbunden, so daß der Transistor 90 in Leitung getrieben wird, wenn ein Ladestrom über die Diode 24 fließt und einen Spannungsabfall an der Diode 24 verursacht Eine Leuchtdiode 92 ist mit dem Kollektor des Transistors 90 und über einen Widerstand

ω 93 mit Masse verbunden. Wenn der Transistor 90 leitet fließt ein Strom durch die Leuchtdiode 92, so daß diese Licht emittiert und anzeigt daß ein Ladestrom der Batterie 12 über die Geräte- oder Anschlußbuchse 28 zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

25 OO 173 Patentansprüche:

1. Gerät zum Laden von Batterien, die unterschiedliche optimale Soll-Ladeströme aufweisen, mit einem Ladeteii und einem zur Aufnahme der zugehörigen Batterie dienenden Behälter, der innere Anschlußkontakte für die Batterie und äußere Steckkontakte zum Verbinden mit dem Ladeteil sowie ein elektrisches Bauelement mit einer charakteristischen, ihm eigenen elektrischen Größe, durch die der Ladestrom auf den Soll-Ladestrom festgelegt wird, besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß eins Stromregelschaltung (31—39; 42, 46—48, 86) vorgesehen ist, deren Sollwertgeber das elektrische Bauelement (14) ist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Längstransistor (22) vorgesehen _fst, über dessen Kollektor-Emitter-Strecke der Batterie (12) der Ladestrom von einem Spannungsversorgungsanschluß (20) her zugeführt wird und der zur Steuerung des Ladestroms an der Basis angesteuert wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Vortransistor (32), der mit seinem Emitter an die Basis des Längstransistors (22) angeschlossen ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelschaltung einen Konstantspannungsgenerator (31—39) mit einem Transistor (31) enthält, dessen Emitter über einen Widerstand (38) an Masse gelegt ist, daß das elektrische Bauelement (14) ein Widerstand ist und daß der Widerstand (14) bei in das Gerät eingesetztem Batteriebehälter (10) über einen Steckkontakt (30) parallel zum Emitterwiderstand (38) gelegt ist.

5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spannungsversorgungsanschluß (20) und der Basis des Längstransistors (22) ein Widerstand (41) liegt, daß von der Basis des Längstransistors (22) parallH zur Basis-Emitterbzw. Basis-Kollektor-Strecke des Längstransistors (22) nach Masse eine Schaltung mit steuerbarem elektrischem Ersatzwiderstand liegt und daß der Sollwertgeber für die letztgenannte Schaltung das Bauelement (14) ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schaltung mit steuerbarem elektrischem Ersatzwiderstand um eine Spannungsregelschaltung (42) handelt, die mit ihrem Ausgang (44) an der Basis des Längstransistors (22) liegt, daß der Konstantspannungsausgang der Spannungsregelschaltung (42) gegebenenfalls über einen Strombegrenzungswiderstand auf den Kopfpunkt von zwei Spannungsteiler-Widerständen (47, 48) führt, deren gemeinsamer Anschluß an den Steuereingang (43) der Spannungsregelschaltung (42) gelegt ist, daß es sich bei dem elektrischen Bauelement (14) um einen Widerstand handelt und daß bei in das Gerät eingesetztem Behälter (10) über den Stechkontakt (30) der Widerstand (14) parallel zu den beiden in Serie liegenden Spannungsteilerwiderständen (47, 48) gelegt wird.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsregelschaltung als integrierter Baustein ausgeführt ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (24) vorgesehen ist. die im Ladestromkreis zwischen dem Längstransistor (22) und der Batterie (12) liegt, daß an die Diode (24) eine Schalteinrichtung angeschlossen isi und daß die Schalteinrichtung eine Anzeigeeinrichtung erregt

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß es sich bei der Schalteinrichtung um einen Schalttransistor (90) handelt daß die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors (90) parallel zu der Diode (24) gelegt ist und daß es sich bei der Anzeigeeinrichtung um eine Lumineszenzdiode (92) handelt.