DE2507110A1

DE2507110A1 - Monitoring device for battery charging unit - has comparator based on threshold and breakdown voltages of semiconductors

Info

Publication number: DE2507110A1
Application number: DE19752507110
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Grad Rabe; Heinrich Schlueter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1976-09-02

Abstract

The monitoring device for a battery charging unit has a comparator which is based on the threshold and breakdown voltages of semiconductors. The unit is designed for three-stage charging, and the comparator compares nominal with actual values of the charging process. The comparator comprises a controlled rectifier whose voltage is applied through a resistor to the comparator and a voltage derived from the charging current is also applied to the comparator. A current measuring resistor is inserted into the comparator circuit, to which a current is directed exclusively at the beginning of a new charging stage. The two-pole input of a signal converter detects this current connection and is connected to the current measuring resistor (9).

Description

1?Einrichtung zur bberwachung des Betriebszustandes bei einem Ladegerät für Dreistufenladung" Die Erfindung bezieht sich auf ein geregeltes Batterieladegerät für Dreistufenladung mit einer den Ladevorgang unter Ausnutzung der Schwellen- und Durchbruchspannung von Halbleiterventilen steuernden Soll-Istwert-Vergleichsanordnung und einen gesteuerten Ladegleichrichter und betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Betriebszustandes des Batterieladegerätes, bei welchem über Widerstände em Eingang der Vergleichsanordnung die Ladespannung des Ladegleichrichters und parallel damit über einen Stromzweig mit einem Widerstand und einer ersten Diode und mit einem Parallelstromzweig mit einer der ersten entgegengepolten zweiten Diode eine vom Ladestrom abgeleitete Gleichspannung zugeführt sind. 1? Device for monitoring the operating status of a charger for three-stage charging "The invention relates to a regulated battery charger for three-stage charging with a charging process using the threshold and Breakdown voltage of semiconductor valves controlling setpoint / actual value comparison arrangement and a controlled charging rectifier and relates to a device for monitoring the operating status of the battery charger, in which via resistors em input the comparison arrangement, the charging voltage of the charging rectifier and in parallel with it via a branch with a resistor and a first diode and with one Parallel branch with one of the first oppositely polarized second diode one of the Charging current derived DC voltage are supplied.

Durch die DU-PS 1 220 016 ist ein Regelgerät für Dreistufenladung von Batterien, welches wie eingangs erläutert zusammengesetzt ist, jedoch einen ungesteuerten Gleichrichter und ein Stellglied enthält, bekannt, und welches in den Grundzügen auch schaltungstechnisch wie oben angegeben ausgeführt ist Die wesentlichen schaltungstechnischen Unterschiede demgegenüber sind bei dem bekannten Regelgerät, daß mit einer Gleichspannungsquelle eine konstante in Sperrichtung der zweiten Diode gepolte Sollspannung für die Spannungsreglung in dem Parallelstromzweig eingeprägt ist und daß die Reihenschaltung der Zenerdiode und der Spannungsquelle, aus welcher die vom Ladestrom abgeleitete Gleichspannung zugeführt ist, mit einem Nebenwiderstand überbrückt ist. Hinsichtlich der Überwachung des Betriebszustandes bei dem bekannten Gerät für Dreistufenladung macht die oben genannte Patentschrift keine Aussagen.The DU-PS 1 220 016 is a control device for three-stage charging of batteries, which is assembled as explained above, but one uncontrolled rectifier and containing an actuator, known, and which in the basic features are also implemented in terms of circuitry as stated above. The essentials In contrast, there are circuit-related differences in the known control device, that with a DC voltage source a constant in the reverse direction of the second diode polarized nominal voltage for voltage regulation impressed in the parallel current branch and that the series connection of the Zener diode and the voltage source from which from the charging current derived DC voltage is supplied with a shunt resistor is bridged. With regard to the monitoring of the operating status in the known device for three-stage charging makes the above-mentioned patent specification no statements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur bberwachung des Betriebs zustandes bei einem Ladegerät für Dreistufenladung zu schaffen, mittels welcher bei einem automatischen Verlauf der Dreistufenladung jeweils der Beginn einer neuen Ladestufe signalisiert wird und dabei bedarfsweise eine Relaisbestätigung gesteuert wird.The invention is based on the object of a device for monitoring to create the operating state of a charger for three-stage charging, by means of which is the beginning of each automatic three-stage charging process a new charge level is signaled and, if necessary, a relay confirmation is controlled.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Ladegerät für Dreistufenladung der eingangs beschriebenen Art dadurch zu lösen, daß in einem Stromzweig der Soll-Istwert-Vergleichsanordnung, in welchem ausschließlich ein Strom zu Beginn einer neuen Ladestufe eingeschaltet wird, ein Strommeßwiderstand angeordnet ist, an welchem der zweipolige Eingang eines die Einschaltung des Stromes erfassenden Signalumsetzers angeschlossen ist.According to the invention, this object is in the case of a charger for three-stage charging of the type described above to be solved in that in a current branch of the setpoint / actual value comparison arrangement, in which only a current is switched on at the beginning of a new charging stage is, a current measuring resistor is arranged, to which the two-pole input of a the switching on of the signal converter detecting the current is connected.

Um speziell den Stromeinsatz des Ladestromes der dritten Ladestufe zu signalisieren, sind gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung in dem Stromzweig Widerstand und die erste Diode über einen Strommeßwiderstand verbunden, Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist der Signalumsetzer zur Erfassung des Stromeinsatzes in der dritten Ladestufe zur gleichzeitigen Abgabe eines Startsignales für eine Schaltuhr ausgeführt.In particular, the current use of the charging current of the third charging stage to signal are in accordance with a further embodiment of the invention in the branch Resistor and the first diode connected via a current measuring resistor, another one The signal converter for detecting the use of electricity is an embodiment of the invention in the third charging stage for the simultaneous delivery of a start signal for a Timer executed.

Die durch Erfindung erzielten Vorteile sind eine absolut genaue und ungefälschte Erfassung des Beginns einer neuen Ladestufe, ohne daß vorher eine Anpassung und Einstellung an einem Stellelement erforderlich ist, sowie eine Erfassung unabhängig von der Größe der Spannung oder des Stromes, welche für eine Ladestufe jeweils signifikant sind.The advantages achieved by the invention are absolutely accurate and falsified detection of the start of a new charge level without prior adjustment and setting on an actuator is required, as well as a detection independently from the size of the voltage or current required for a charging stage are each significant.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt mit einer Einrichtung zur Überwachung des Einsetzens der dritten Ladestufe bei einem Ladegerät für gesteuerte -Dreistufenladung IUIo, welches nachstehend beschrieben wird. Es zeigt Figur 1 die Schaltung der Soll-Istwert-Vergleichsanordnung des Ladegerätes mit einem Stromlauf während der ersten Ladestufe Figur 2 die Schaltung nach Figur 1 mit dem Stromlauf während der zweiten Ladestufe und Figur 3 die Schaltung nach Figur 1 und 2 mit dem Stromlauf während der dritten Ladestufe.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing with a device for monitoring the onset of the third charging stage in a Charger for controlled three-stage charging IUIo, which is described below will. FIG. 1 shows the circuit of the setpoint / actual value comparison arrangement of the charger with a current flow during the first charging stage Figure 2 shows the circuit according to FIG 1 with the current flow during the second charging stage and FIG. 3 shows the circuit according to Figures 1 and 2 with the current flow during the third charging stage.

Die Stromläufe sind bezeichnet und durch Pfeile markiert. Es sind die durch die Ladespannung verursachten Ströme nicht ausgefüllt dargestellt.The current courses are labeled and marked by arrows. There are the currents caused by the charging voltage are not shown in full.

Die in der Zeichnung gezeigte Schaltung der Soll-Istwert-Vergleichsanordnung ist bei den Figuren 1 bis 3 jeweils die gleiche und ist auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Vergleichsanordnung 5 ist einem Ladestromkreis des Ladegerätes mit einem gesteuerten Ladegleichrichter 1, einer Batterie 2 und einem Gleichstromwandler 3 zugeordnet. Über den Ladestromabgang des Gleichrichters 1 liegt ein ohmscher Spannungsteiler 4, von welchem ein Teil der Ladespannung U abgegriffen und dem Eingang der SoIl-Istwert-Vergleichsanordnung 5 zugeführt ist. Der Ausgang des Gleichstromwandlers 3 liegt in einem Stromkreis mit drei ohmschen Widerständen 31,32,33 in welchem der Stromwandler einen ladestromproportionalen Gleichstrom 1g einprägt. Die Widerstände 32 und 33 sind stellbar ausgeführt. Dem Widerstand 33 liegt eine Zenerdiode 33' parallel, um die Spannung am T derstand zu begrenzen. Der positive Ausgang des Stromwandlers 3 ist über die Emitter-Basis-Diode eines Steuertransistors 6 und eine hierzu entgegengepolte Zenerdiode 6', ferner einen Basiswiderstand 6" mit dem negativen Ausgang und über einen -ididerstand R mit dem positiven Ausgang am Spannungsteiler 4 des Ladegleichrichters 1 verbunden. Der negative Ausgang des Gleichstromwandlers 3 ist über eine erste Diode 7, welche der Zenerrichtung der dem Widerstand 33 parallelen Zenerdiode 33' in Reihenschaltung entgegengepolt ist, mit dem negativen Ausgang des Gleichrichters 1 verbunden. Des weiteren ist die Verbindung der Widerstände 32 und 33 im Stromkreis am Ausgang des Stromwandlers 3 vom negativen Ausgang des Ladegleichrichters 1 durch eine zweite Diode 8 abgeblockt.The circuit of the setpoint / actual value comparison arrangement shown in the drawing is the same in FIGS. 1 to 3 and is also given the same reference numerals Mistake. The comparison arrangement 5 is a charging circuit of the charger a controlled charging rectifier 1, a battery 2 and a DC / DC converter 3 assigned. An ohmic voltage divider is located across the charging current outlet of the rectifier 1 4, from which part of the charging voltage U is tapped, and the input of the target actual value comparison arrangement 5 is supplied. The output of the DC converter 3 is in a circuit with three ohmic resistors 31,32,33 in which the current transformer has one charging current proportional Imprints direct current 1g. The resistors 32 and 33 are adjustable. To the Resistor 33 is a Zener diode 33 'in parallel to derstand the voltage at T. to limit. The positive output of the current transformer 3 is via the emitter-base diode a control transistor 6 and a Zener diode 6 'polarized opposite thereto, furthermore a base resistor 6 "with the negative output and a resistor R connected to the positive output at the voltage divider 4 of the charging rectifier 1. The negative output of the DC converter 3 is via a first diode 7, which the Zener establishment of the Zener diode 33 'parallel to the resistor 33 in series connection is opposite polarity, connected to the negative output of the rectifier 1. Of further is the connection of the resistors 32 and 33 in the circuit at the output of the Current converter 3 from the negative output of the charging rectifier 1 through a second Diode 8 blocked.

Es wird bei dieser Schaltungsanordnung dem unmittelbar am Spannungsteilerausgang des Gleichrichters 1 liegenden Eingang der Soll-Istwert-Vergleichsanordnung eine an den zwei Widerständen 31 und 32 gebildete ladestromproportionale Gleichspannung Ug über den Stromzweig mit dem Widerstand 33 und der hierzu parallelen Zenerdiode 33' sowie mit der ersten Diode 7 einerseits und den Widerstand R andererseits parallel der vom Spannungsteiler 4 zugeführten Ladespannung U zugeführt. Um das Einsetzen des zeitlich zu begrenzenden Stromflusses eines konstanten Ladestromes I in der dritten Ladestufe zu erfassen, ist in dem vorerwähnten Stromzweig zwischen der ersten Diode 7 und dem Widerstand 33 ein Meßwiderstand 9 angeordnet, an welchem ein geeigneter Signalumsetzer 9' angeschlossen ist.In this circuit arrangement it is applied directly to the voltage divider output of the rectifier 1 lying input of the setpoint / actual value comparison arrangement a DC voltage, which is proportional to the charge current, formed across the two resistors 31 and 32 Ug via the branch with the resistor 33 and the parallel Zener diode 33 'as well as with the first diode 7 on the one hand and the resistor R on the other hand in parallel the charging voltage U supplied by the voltage divider 4. To the onset the time-limited current flow of a constant charging current I in the The third charging stage is to be detected in the aforementioned branch between the first Diode 7 and the resistor 33, a measuring resistor 9 is arranged on which a suitable Signal converter 9 'is connected.

Von der beschriebenen Soll-Istwert-Vergleichsanordnung ist der Steuertransistor 6 mit seiner Steuerstrecke das aktive Vergleichselement, durch welches am Kollektor die Stellelemente des Gleichrichters 1 gesteuert werden, während die Zenerdiode o' das Basiselement für die Sollwertvorgabe bei der Konstantregeltung des Ladestromes oder der Ladespannung in den drei Ladestufen bildet.The control transistor is of the set-actual value comparison arrangement described 6 with its control path is the active comparison element through which the collector the control elements of the Rectifier 1 can be controlled while the Zener diode o 'the basic element for the setpoint specification for constant control of the charging current or the charging voltage in the three charging stages.

Beim Laden der Batterie 2 nach einer IUI0-Kennlinie ist die Wirlungsweise der Anordnung die folgende: während der ersten Ladestufe treibt der Stromwandler 3 einen strom Ig über die Widerstände 31,32,33. Den Widerständen 31, 32 liegt über die Diode 8 und den Basiswiderstand 6" die Reihenschaltung der Steuerstrecke von Transistor 6 und der Zenerdiode 6' parallel. Der Ladestrom I wird in der ersten Ladestufe dadurch begrenzt, daß der Spannungsabfall an den Widerständen 31 und 32 bei zunehmendem Ladestrom größer wird als die Summe der Zenerspannung von 6' und der Schwellwertspannung der Emitter-Basis-Diode des Transistors 6. Tritt dies ein, so fließt in dem ebenstrotnkreis des Stromzweiges der Widerstände 31, 32 ein den Transistor 6 aufsteuernder Zenerstrom 1z über die Diode 8. Durch die Kollektorspannung des Transistors wird dabei der Gleichrichter 1 so gesteuert, daß Lade- und Batteriespannung zunimmt, während der Ladestrom begrenzt wird Die Strombegrenzung ist einstellbar mittels des Stellwiderstandes 32.When charging battery 2 according to an IUI0 characteristic, the operating mode is The arrangement is as follows: during the first charging stage, the current transformer drives 3 a current Ig through the resistors 31,32,33. The resistors 31, 32 is above the diode 8 and the base resistor 6 ″ the series connection of the control path of Transistor 6 and the Zener diode 6 'in parallel. The charging current I is in the first Charging stage limited by the fact that the voltage drop across resistors 31 and 32 becomes greater than the sum of the Zener voltage of 6 'and as the charging current increases the threshold voltage of the emitter-base diode of transistor 6.If this occurs, so flows in the Ebenstrotnkreis of the branch of the resistors 31, 32 a Transistor 6 gearing up Zener current 1z through diode 8. Through the collector voltage of the transistor, the rectifier 1 is controlled so that the charging and battery voltage increases while the charging current is limited. The current limitation is adjustable by means of the variable resistor 32.

Am Schluß der ersten Ladestufe hat die Ladespannung U soweit zugenommen, daß der von dem Spannungsteiler 4 am Ausgang des Ladegleichrichters abgegriffene Teil der Ladespannung größer wird als die Summe der Zanerspannung und der Schwellwertspannung der Emitter-Basis-Diode des Transistors 6. Hierdurch kommt ein den Transistor , zusätzlich aufsteuernder, über den vilderstand R fließender Gleichstrom I2 zustande, so daß nunmehr der Ladestrom I gesenkt und die Lade- und Batteriespannung U begrenzt fird (zweite Ladestufe). Die Spannungebegrenzung ist einstellbar mittels des Stellwiderstandes des Spannungsteilere 4.At the end of the first charging stage, the charging voltage U has increased to the extent that that the tapped from the voltage divider 4 at the output of the charging rectifier Part of the charging voltage is greater than the sum of the Zaner voltage and the threshold voltage the emitter-base diode of the transistor 6.This creates the transistor, Additional direct current I2 flowing through the vilderstand R is generated, so that now the charging current I is reduced and the charging and battery voltage U is limited fird (second charge level). The voltage limitation can be set using the variable resistor of the voltage divider 4.

Mm Schluß der zweiten Ladestufe ist der Ladestrom I soweit abgesunken, daß an den drei Widerständen 31,32,33 der Spannungsabfall des von dem Jandler 3 eingeprägten Gleichstromes Ig bzw. Ig-Iz -IZ goringer wird als die Summe der Zenerspannung von 6' und der Schs^ellwertspannung der Emitter-Basis-Diode des Transistors 6. Es kommt dadurch ein vom Spannungsteiler 4 ausgehender, über den Widerstand R und nunmehr über die Widerstände 31,32 und 33 und die erste Diode 7 fließender Gleichstrom I3 zustande, wodurch dem Steuertransistor 6 nur der an den Widerständen 31, 32, 33 anstehende Teil der vom Spannungsteiler 4 abgegriffenen Spannung zugefuhrt wird. Hierdurch wird dann bewirkt, daß der Ladestrom I wiederum auf einem bestimmten, jetzt aber geringeren Erst, welcher nicht unterschritten werden kann, begrenzt wird, und welcher mittels des Stellwiderstandes 33 einzustellen ist. Die Ladespannung U nimmt von nun an wieder zuO Der Übergang von der zweiten zur dritten Ladestufe wird dadurch bewirkt, daß die Diode 7, wenn der Ladestrom I den durch Widerstand 33 bestimmten Grenzwert erreicht, als Ablösediode in Durchlaßrichtung gepolt wird. Im Gegensatz hierzu wirkt beim Übergang von der ersten zur zweiten Ladestufe in der ungekehrten Richtung die Diode 8 als Ablösediode.At the end of the second charging stage, the charging current I has fallen so far, that at the three resistors 31,32,33 the voltage drop of the Jandler 3 impressed direct current Ig or Ig-Iz -IZ is goringer than the sum of the Zener voltage of 6 'and the threshold voltage of the emitter-base diode of the transistor 6. Es This causes an outgoing from the voltage divider 4, via the resistor R and now Direct current I3 flowing via the resistors 31, 32 and 33 and the first diode 7 comes about, whereby the control transistor 6 only the at the resistors 31, 32, 33 pending part of the voltage tapped by the voltage divider 4 is supplied. This then has the effect that the charging current I is again on a certain, but now lower first, which cannot be fallen below, is limited, and which is to be set by means of the variable resistor 33. The charging voltage U increases again from now on O The transition from the second to the third charging stage is caused by the diode 7, when the charging current I through resistance 33 reached a certain limit value when the separation diode is polarized in the forward direction. In contrast to this, in the transition from the first to the second charging stage the opposite direction the diode 8 as a separation diode.

Bei dem Übergang von der zweiten zur dritten Ladestufe erweist sich der Einsatz des Durchlaßstromes I3 in der Diode 7 als sicheres Kriterium für den Einsatz des Ladestromes in der dritten Ladestufe. Dieser Einsatz wird durch die Überwachung des Entstehens eines Spannungsabfalles am Meßwiderstand 9, hervorgerufen durch den Durchlaßstrom I3, erfaßt mittels eines als Überwachungsorgan verwendeten Signalumsetzers 9', dessen Eingang an 9 angeschlossen ist. Es kann dieser Signalumsetzer z.B.The transition from the second to the third charging stage proves itself the use of the forward current I3 in the diode 7 as a safe criterion for the Use of the charging current in the third charging stage. This mission is supported by the Monitoring of the occurrence of a voltage drop across the measuring resistor 9 caused by the forward current I3, detected by means of a used as a monitoring device Signal converter 9 ', the input of which is connected to 9. This signal converter can do it e.g.

zwei Ausgänge aufweisen und so ausgebildet span, daß beim Entstehen des erfaßten Spannungssignales ein Ausgang ein Melderelais M für die Einschaltung einer den Betriebszustand Dritte Dadestufe" anzeigenden Leuchte oder dgl. steuert und gleichzeitig der zweite Ausgang eine die Laufzeit der dritten Ladestufe vorgebenden Schaltuhr 5 betätigt und in Gang setzt.have two exits and so designed span that when arising of the detected voltage signal an output a signal relay M for switching on a lamp or the like that indicates the operating state "Third Dadestufe" and at the same time the second output is the running time of the third Charging stage-specifying timer 5 actuated and set in motion.

Claims

Patent claims:

EinrichtunC: for monitoring the operating status of a regulated Battery charger for three-stage charging with one of the charging process under utilization the setpoint / actual value comparison arrangement controlling the threshold and breakdown voltage of semiconductors and a controlled charging rectifier, where-v at the input via a resistor the comparison arrangement, the charging voltage of the charging rectifier and in parallel with it via a branch with a resistor and a first diode and with one Parallel branch with one of the first oppositely polarized second diode one of the Charging current derived direct voltage are supplied, characterized in that in a branch of the setpoint / actual value comparison arrangement, in which exclusively a current is switched on at the beginning of a new charging stage (U, I), a current measuring resistor (9) is arranged, at which the two-pole input of the switching on this Current detecting signal converter (9 ') is connected.

2. Device according to claim 1, characterized in that in the Current branch of the resistor (33) and the first diode (7) via a current measuring resistor (9) are connected.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the signal converter (9 ') for detecting the current input (I) in the third charging stage formed with simultaneous delivery of a St artsignales for a timer (5) is.