DE2559364A1

DE2559364A1 - Monitoring circuit for battery charge state - has several cells connected in series and uses series chain of transistors to balance cell loads

Info

Publication number: DE2559364A1
Application number: DE19752559364
Authority: DE
Inventors: Hansrichard Dipl Phys D Schulz
Original assignee: Maxs AG
Current assignee: Maxs AG
Priority date: 1975-12-31
Filing date: 1975-12-31
Publication date: 1977-07-14

Abstract

A limit switch (T11-Tn1) is connected in parallel with each cell (B1-Bn) and controlled by the respective cell voltage. Switch outputs are connected to the inputs of a series AND gate (G) which operates a switch (T1) between the battery and load (RL). Threshold value transistors may be used as the limit switches (T11-Tn1). The base terminal of each of the latter is connected through a resistor (R12-RnZ) to a second set of transistors (T12-Tn2) which together form the series AND gate (G) with a coupling transistor (T2). The transistor chain enables the load on each cell to regulate itself in accordance with the state of charge.

Description

Schaltungsanordnung zur automatischen UberwachungCircuit arrangement for automatic monitoring

des Ladezustandes eines Akkumulators Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur automatischen Überwachung des Ladezustandes eines Akkumulators mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen.the state of charge of a battery The invention relates to a circuit arrangement for the automatic monitoring of the state of charge of an accumulator with several cells connected in series.

Es sind Ladeschaltungen bekannt, bei welchen der Ladestromkreis selbsttätig unterbrochen wird, wenn der Akkumulator auf die vorgeschriebene Sollspannung aufgeladen ist, um eine Überladung , die zu einer vorzeitigen Zerstörung der Akkumulatorzellen führen kann, zu vermeiden.There are known charging circuits in which the charging circuit is automatic is interrupted when the accumulator is charged to the prescribed target voltage is to avoid overcharging, which leads to premature destruction of the battery cells can lead to avoid.

Es sind dagegen keine Schaltungen bekannt, mit welchen die einzelnen Akkumulatorzellen im Entladebetrieb wirksam vor Beschädigungen oder Zerstörungen bewahrt werden können. Im Endladebetrieb besteht nämlich die Gefahr der Zerstörung vor allem deswegen, weil von den miteinander in Serie geschalteten Zellen die schwächeren Zellen entladen oder sogar von den stärkeren Zellen über den Verbraucherstromkreis umgepolt werden können. Infolge der normalen Fertigungstoleranzen sowie des unterschiedlichen Verbrauchs einzelner Zellen haben diese zwangsläufig relativ stark differierende Leistungen.However, there are no known circuits with which the individual Battery cells are effective against damage or destruction in discharge mode can be preserved. This is because there is a risk in unloading operation the Destruction mainly because of the cells connected in series with one another Discharge the weaker cells or even from the stronger cells via the consumer circuit polarity can be reversed. As a result of the normal manufacturing tolerances as well as the different Consumption of individual cells these inevitably have relatively strong differences Services.

Bei einem Akkumulator mit in Reihe geschalteten Zellen bestimmt das schwächste Glied, nämlich die Zelle mit der geringsten Leistung, seine Lebensdauer. Hinzu kommt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung mit der Anzahl der Entlade- und Ladezyklen zunimmt. Diese Voraussetzungen führen dazu, dass die Kombination von Akkumulatoren mit Schnelladegeräten, insbesondere Schnellladedynamos, und Verbrauchern mit relativ grossen Entladeströmen, wie sie z.B. zum Betrieb von Scheinwerfern oder Motoren notwendig sind, wegen der untragbar hohen Ausfallquote für die Praxis unbrauchbar ist. Diese an sich bei zahlreichen Anwendungen sehr sinnvolle Kombination ist bislang an diesen Problemen gescheitert.In the case of an accumulator with cells connected in series, this determines weakest link, namely the cell with the lowest performance, its service life. In addition, the probability of destruction with the number of discharge and charge cycles increases. These requirements lead to the combination of accumulators with quick chargers, in particular quick charging dynamos, and consumers with relatively large discharge currents, such as those used for operating headlights or Motors are necessary, because of the intolerably high failure rate for practice unusable is. This combination, which in itself is very useful in numerous applications, has been up to now failed because of these problems.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu lösen, d.h. eine Schaltungsanordnung zu schaffen, mit welcher wirksam verhindert wird, dass einzelne Zellen total entladen oder sogar umgepolt werden, wodurch die Lebensdauer eines Akkumulators entscheidend verlängert werden kann.The present invention is based on this problem to solve, i.e. to create a circuit arrangement with which effectively prevents becomes that individual cells are totally discharged or even reversed in polarity, whereby the Lifespan of a battery can be extended significantly.

Nach dem Grundgedanken vorliegender Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spannung j jeder einzelnen Zelle nach Polarität und Grösse getrennt festgestellt und der Entladestrom, d.h. der Verbraucherstromkreis, sofort unterbrochen wird, wenn an wenigstens einer Zelle die vorgeschriebene Entladespannung einer Zelle unterschritten wird.According to the basic idea of the present invention, this object is achieved solved that the voltage j of each individual cell separated according to polarity and size detected and the discharge current, i.e. the consumer circuit, interrupted immediately when the prescribed discharge voltage of a cell is applied to at least one cell is fallen below.

Die praktische Verwirklichung dieses Grundgedankens besteht erfindungsgemäss darin, dass parallel zu jeder Zelle en in Abhangigkeit von der jeweiligen Zellenspannung steuerbarer Grenzwertschalter vorgesehen ist, wobei die Ausgänge aller Grenzwertschalter mit den Eingängen eines Serien-UND-Gatters in Verbindungstehen und im Stromkreis zwischen dem Akkumulator und dem Verbraucher ein vom UND-Gatter gesteuerter Unterbrecherschalter liegt.The practical implementation of this basic idea is according to the invention in that parallel to each cell s depending on the respective cell voltage controllable limit switch is provided, the outputs of all limit switches connected to the inputs of a series AND gate and in the circuit between the accumulator and the consumer a switch controlled by the AND gate lies.

Sinkt die Spannung einer einzigen Zelle unter den vorgewahlten zulässigen Spannungswert, so wird der Verbraucherstromkreis unterbrochen. Es kann nicht geschehen, dass eine Zelle total entladen oder sogar umgepolt wird.If the voltage of a single cell falls below the preselected permissible value Voltage value, the consumer circuit is interrupted. It can't happen that a cell is totally discharged or even reversed in polarity.

Als Grenzwertschalter eignen sich z.B. Transistoren, deren Steuerelektroden jeweils mit den Elektroden der Akkumulatorzellen verbunden sind. Das Serien-UND-Gatter kann ebenfalls aus Transistoren bestehen, die in Serie geschaltet sind und deren Steuerelektroden mit den Ausgängen der Grenzwerttransistoren in Verbindung stehen. In entsprechender Weise bietet sich als Unterbrecherschalter ein vom UND-Gatter gesteuerter Leistungstransistor an, wie dieser bei Ladegeräten bereits Verwendung findet.Transistors, for example, and their control electrodes are suitable as limit value switches are each connected to the electrodes of the battery cells. The series AND gate can also consist of transistors connected in series and their Control electrodes are connected to the outputs of the limit value transistors. In a corresponding manner, an AND gate can be used as an interrupter switch controlled power transistor, like this one already used in chargers finds.

Um bei einer derartigen Schaltung zu vermeiden, dass die Akkumulatorzellen über die relativ niederohmige Basis-Emitterstrecke des Leistungstransistors entladen werden, wird ferner vorgeschlagen, in dem Stromkreis zwischen Akkumulator und Leistungstransistor einen Schalter an£uordnen, welcher nur bei Einschalten oder Anschliessen eines Verbrauchers selbsttätig geschlossen wird. Hierbei kann es sich entweder um einen mechanisch betätigbaren oder auch einen elektronisch gesteuerten Schalter handeln.In order to avoid that the accumulator cells discharged through the relatively low-resistance base-emitter path of the power transistor is also proposed in the circuit between the accumulator and the power transistor Arrange a switch which only works when a consumer is switched on or connected is closed automatically. This can either be mechanical act actuatable or an electronically controlled switch.

Im letzteren Fall ist in erfindungsgemässer Weise in Reihe mit dem UND-Gatter ein weiterer Steuertransistor vorgesehen, der gesperrt ist, wenn an der Reihenschaltung eines im Verbraucherstromkreis angeordneten Widerstandes mit der Basis-Emitterstrecke des Leistungstransistors eine dem Basis-Ruhestrom entsprechende Spannung abfällt.In the latter case is in series with the inventive manner AND gate, another control transistor is provided, which is blocked when the Series connection of a resistor arranged in the consumer circuit with the The base-emitter path of the power transistor corresponds to the base quiescent current Voltage drops.

Bei dieser Schaltung ist es ferner möglich, in einfacher Weise den Entladestrom auf einen für den verwendeten Akkumulator zulässigen Wert automatisch zu begrenzen und damit zu vermeiden, dass bei Kurzschlüssen im Verbraucherkreis einzelne Akkumulatorzellen durch über belastung zerstört werden. In Weiterbildung der Erfindung wird dies dadurch gelöst, dass mittels der an dem erwDhnten Vorwiderstand abfallenden Spannung ein Transistor gesteuert wird, der im Uberlastungsfall durchgeschaltet wird und hierdurch einen Transistor des UND-Gatters sperrt.In this circuit, it is also possible in a simple manner Discharge current to a value permissible for the accumulator used automatically to limit and thus avoid short circuits in the consumer circuit individual accumulator cells are destroyed by excessive load. In further training According to the invention, this is achieved in that by means of the aforementioned series resistor falling voltage a transistor is controlled, which is switched through in case of overload and thereby blocks a transistor of the AND gate.

Diese Schaltungsmassnahmen, mit welchen verhindert wird, dass einzelne Zellen beim Entladevorgang durch totale Entladung oder Umpolung vorzeitig zerstört werden, lassen sich in einfacher Weise mit an sich bekannten Schaltungen zur automatischen Begrenzung des Ladestromes kombinieren. Bei diesen bekannten Schaltungen wird die Akkumulatorspannung während des Ladevorganges ständig gemessen und ein im Ladestromkreis angeordneter Schalter, vorzugsweise ein Leistungstransistor selbsttätig in Abhängigkeit von der Akkumulatorspannung gesperrt, wenn diese ihren Sollwert erreicht.These circuit measures, with which it is prevented that individual Cells prematurely destroyed during the discharge process by total discharge or polarity reversal can be in a simple manner with circuits known per se for automatic Combine limitation of the charging current. In these known circuits, the Accumulator voltage measured continuously during the charging process and one in the charging circuit arranged switch, preferably a power transistor automatically dependent blocked by the battery voltage when it reaches its setpoint.

Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die tatsächlich gemessene Akkumulatorenspannung dadurch verfälscht ist, dass der Ladestrom am Zelleninnenwiderstand einen Spannungsabfall erzeugt.The disadvantage here, however, is that the battery voltage actually measured is falsified by the fact that the charging current at the cell internal resistance causes a voltage drop generated.

Bei einer an sich bekannten Schaltung wird dies dadurch vermieden, dass der Akkumulator aus einer Wechselspannungsquelle über eine der Gleichrichtung dienende Thyristorschaltung derart vesorgt wird, dass der Ladevorgang nur während der positiven Halbwellen erfolgt und während der negativen Halbwellen die Akkumulatorspannung gemessen wird. Aus der gemessenen Akkumulatorspannung wird eine Steuergrösse hergeleitet, mittels welcher der Ladestromkreis bei Erreichen einer vorgeschriebenen Akkumulatorspannung unterbrochen wird.In a circuit known per se, this is avoided by that the accumulator from an AC voltage source via one of the rectification serving thyristor circuit is supplied in such a way that the charging process only during of the positive half-waves and the battery voltage during the negative half-waves is measured. A control variable is derived from the measured battery voltage, by means of which the charging circuit when a prescribed battery voltage is reached is interrupted.

Diese Prinzip lässt sich bei einfachren Schaltungsanordnungen wegen des relativ hohen Schaltungsaufwandes sowie dann nicht arwenden, wenn als Ladegerät ein Gleichstromgenerator vorgesehen ist.This principle can be because of simpler circuit arrangements the relatively high circuit complexity and then do not use when as a charger a DC generator is provided.

In solchen Fällen wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, den im Ladestromkreis vorgesehenen Leistungstransistor mittels eines Impulsgenerators, der zwei invertierende Ausgänge besitzt, derart zu steuern, dass der Ladevorgang wie bei der an sich bekannten Thyristorschaltung nur während einer Halbwelle erfolgt, wahrend für die Dauer der anderen Halbwelle die Akkumulatorspannung einem nur während dieser Zeit parallel geschalteten Spannungsteiler zugeführt wird, dessen Teilerspannung den im Ladestromkreis angeordneten Leistungstransistor steuert, nämlich sperrt, wenn die Akkumulatorspannung ihren vorgeschriebenen Sollwert erreicht hat. Damit die Sperrung auch währen der Dauer der positiven Impulse, also bei abgetrenntem Spannungsteiler, aufrecht-erhalten wird, ist parallel zu einem Teilerwiderstand ein rückgekoppelter Gleichspannungsverstärker vorgesehen, dessen Ausgangsspannung sprungartig ansteigt, wenn der Grenzwert erreicht ist und auch bei fehlender Eingangsspannung aufrechterhalten wird.In such cases, it is proposed according to a further feature of the invention, the power transistor provided in the charging circuit by means of a pulse generator, which has two inverting outputs to control the charging process as with the known thyristor circuit only takes place during a half-wave, while for the duration of the other half-wave the battery voltage is only during one this time voltage divider connected in parallel is supplied, its divider voltage controls the power transistor arranged in the charging circuit, namely blocks, when the battery voltage has reached its prescribed target value. In order to the blocking also during the duration of the positive impulses, i.e. at separated Voltage divider, maintained, is parallel to a divider resistor a feedback DC voltage amplifier is provided, its output voltage increases suddenly when the limit value is reached and also when there is no input voltage is maintained.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung erfolgt die Speisung dieses vorzugsweise integrierten Verstärkers nicht aus der Akkumulatorspannung sondern unmittelbar aus der Spannung des Ladegerates, also des Gleichstromdynamos. Diese Massnahme hat den Vorteil, dass der rückgekoppelte Gleichspannungsverstärker bei Absinken, insbesondere Wegfall, der Dynamospannung in seinen Ausgangszustand zurückfällt, so dass ein besonderer Schalter zum Zurücksetzen dieses rückgekoppelten Gleichspannungsverstärkers nicht notwendig ist.According to a further proposal of the invention, this is fed preferably integrated amplifier not from the battery voltage but directly from the voltage of the charger, i.e. the DC dynamo. These Measure has the advantage that the fed back DC voltage amplifier at Decrease, in particular cessation, of the dynamo voltage falling back to its initial state, so that a special switch to reset this fed back DC voltage amplifier is not necessary.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemassen Vorschläge werden nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, deren Schaltbilder in der Zeichnung dargestellt sind, im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 Schaltbild einer Entladeschutzschaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 Schaltbild einer Entladeschutzschaltung mit elektronischem Unterbrecherschalter gem. einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 Schaltbild einer mit den Entladeschutzschaltungen gem. Fig. 1 und 2 kombinierbaren Ladeschutzschaltung nach einem ersten Ausführungsbeispiel und Fig. 4 Schaltbild einer gleichfalls mit den Entladeschutzschaltungen nach Fig. 1 oder 2 kombinierbaren Entladeschutzschaltung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.Further details of the inventive proposals are given below based on preferred exemplary embodiments, the circuit diagrams of which are shown in the drawing are explained in detail. In the drawing, FIG. 1 shows a circuit diagram of a discharge protection circuit according to a first embodiment, Fig. 2 circuit diagram of a discharge protection circuit with electronic circuit breaker according to a second embodiment, 3 is a circuit diagram of a circuit that can be combined with the discharge protection circuits according to FIGS Charge protection circuit according to a first embodiment and Fig. 4 circuit diagram of a likewise with the discharge protection circuits according to FIG. 1 or 2 combinable discharge protection circuit according to a second embodiment.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Entladeschutzschaltungen für einen Akkumulator B mit n-Zellen, von welchen die erste Zelle B1 und die letzte B dargestellt sind. An diesem Akkun mulator sei ein Verbraucher angeschlossen, der als Lastwiderstand RL symbolisiert ist. Im Stromkreis zwischen Akkumulator B und Verbrauch RL ist ein Leistungstransistor T9 vorgesehen, der im wesentlichen die Funktion eines Schalters hat. Die Basis dieses Transistors T1 wird über ein Serien-UND-Gatter G angesteuert, das aus den Transistor ren T12 bis Tn2, die jeweils den Akkumulatorzellen B1 bis Bn zugeordnet sind, gebildet ist. Die Arbeitstromkreise dieser Transistoren T12 bis Tn2 sind in Reihe geschaltet und führen dem Leistungstransistor T1 über den Basiswiderstand R1 den Basistrom zu. Die Sperrung eines der Transistoren D12 bis n2 führt zur Sperrung des Transistors T1.Figures 1 and 2 show two exemplary embodiments according to the invention Discharge protection circuits for an accumulator B with n cells, of which the first Cell B1 and the last B are shown. There is a consumer on this accumulator connected, which is symbolized as load resistor RL. In the circuit between Accumulator B and consumption RL, a power transistor T9 is provided, which is in the essentially has the function of a switch. The base of this transistor becomes T1 controlled via a series AND gate G, which consists of the transistor ren T12 to Tn2, which are each assigned to the accumulator cells B1 to Bn is formed. The working circuits these transistors T12 to Tn2 are connected in series and lead the power transistor T1 to the base current via the base resistor R1. The blocking of one of the transistors D12 to n2 leads to the blocking of the transistor T1.

Nach dem wesentlichen Vorschlag gem vorliegender Erfindung werden die Spannungen der einzelnen Akkumulatorzellen Bi bis Bn unabhängig voneinander kontrolliert. Zu diesem Zweck ist parallel zu jeder Zelle B1 bis Bn ein Steuerkreis, bestehend aus dem Steuertransistor T11 bis Tn1 und dem Vorwiderstand R11 bzw. Rn1, geschaltet. Ist die Zellenspannung positiv und z.B. grösser als 0,6 Volt, so wird der jeweilige Steuertransistor X ... Tn1 durchgeschaltet und der Transistor T12 bzw. Tn2 über den Vorwiderstand 212 bzw. Rn2 geöffnet. Sinkt dagegen die Spannung einer der Akkumulatorzellen -31 bis Bn unter die definierte Grenzspannung von z.B. o,6 Volt, so wird der zugehörige Transistor des Serien-UND-Gatters G über den jeweiligen Steuertransistor gesperrt. Dies hat die Sperrung des Leistungstransistors T1 und damit die Unterbrechung des Entladestromkreises zum Verbraucher RL zur Folge.According to the essential proposal according to the present invention the voltages of the individual accumulator cells Bi to Bn independently of one another controlled. For this purpose, a control circuit is parallel to each cell B1 to Bn, consisting of the control transistor T11 to Tn1 and the series resistor R11 or Rn1, switched. If the cell voltage is positive and e.g. greater than 0.6 volts, then the respective control transistor X ... Tn1 is switched on and the transistor T12 or Tn2 opened via the series resistor 212 or Rn2. If, on the other hand, the voltage drops one of the accumulator cells -31 to Bn below the defined limit voltage of e.g. 0.6 volts, the associated transistor of the series AND gate G is over the respective control transistor blocked. This has the blocking of the power transistor T1 and thus the interruption of the discharge circuit to the consumer RL result.

Eine weitere Entladung oder gar eine Umpolung einer Zelle wird damit verhindert.A further discharge or even a polarity reversal of a cell is thereby prevented.

Werden als Steuertransistoren T1 bis Tn1 sowie für das UND-Gatter G Transistoren mit hoher Gleichstromverstärkung verwendet, so ist die Strombelastung dieser Mess- und Steueranordnung für jede einzelne Zelle relativ gering und liegt in der Grössenordnung von wenigen Mikroampere.Used as control transistors T1 to Tn1 and for the AND gate G transistors with high DC gain are used, so is the current load this measuring and control arrangement for each individual cell and is relatively small on the order of a few microamps.

Stärker füllt dagegen schon der Basisruhestrom des Leistungstransistors T1 ins Gewicht, dessen Stromverstärkung relativ niedrig ist. Um eine vorzeitige Entladung des Akkumulators durch don Basisruhestrom zu verhindern, ist zwischen Akkumulator und Leistungstransistor T1 ein Unterbrecherschalter S vorgesehen, der bei Anschluss des Verbrauchers RL manuell oder auch selbsttätig eingeschaltet wird.In contrast, the base quiescent current of the power transistor fills more T1 is important, the current gain of which is relatively low. To a premature To prevent discharge of the accumulator by the basic quiescent current is between Accumulator and power transistor T1, an interrupter switch S is provided, the is switched on manually or automatically when the consumer RL is connected.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Abwandlung der Schaltung gem. Fig. 1 ist dieser mechanische Unterbrecherschalter durch eine selbsttätig arbeitende Zusatz-Elektronik ersetzt. Bei dieser Zusatz-Elektronik wrkt als Schalter der Transistor T2, der im Basis-Stromkreis des Transistors T1 in Reihe mit den Transistoren T12 bis Tn2 des UND-Gatters G liegt und dessen Kollektor bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über den Basis-Widerstand R1 mit der Basis des Leistungstransistors T1 verbunden ist. Er ist in Abhängigkeit vom Entladestrom derart gesteuert, dass er bei angeschlossenem Verbraucher geöffnet, dagegen bei unterbrochenem Verbraucherstromkreis gesperrt ist. Zur Erzeugung der hierfür erforderlichen Steuerspannung ist zwischen Leistungstransistor Ti und dem Akkumulator B ein Widerstand R4 vorgesehen. Mit dem an diesem Widerstand R4 und dem Leistungstransistor T1 auftretenden Spannungsabfall wird über den Basis-Widerstand 113 der Transistor T3 angesteuert, der seinerseits über den Basiswiderstand R2 den Transistor T2 steuert. Bei unterbrochenem Verbraucherstromkreis liegt in der Basis des Transistors Tx der am Widerstand R4 und der Basis-Emitterstrecke des Transistors Tq durch dessen Basis-Ruhestrom erzeugte Spannungsabfall, der nicht ausreicht, den Transistor T3 zu öffnen. Folglich sind die Transistoren T2 und T1 gleichfalls gesperrt. Im Belastungsfall dagegen ist der Spannungsabfall am Widerstand R4 und dem Transistor T1 so gross, dass die Transistoren T3 und T2 durchgeschaltet sind.In the modification of the circuit shown in FIG. 1 is this mechanical breaker switch by an automatically working Additional electronics replaced. With this additional electronics, the transistor works as a switch T2, which is in the base circuit of the transistor T1 in series with the transistors T12 to Tn2 of the AND gate G and its collector in the illustrated embodiment connected to the base of the power transistor T1 via the base resistor R1 is. He is controlled depending on the discharge current in such a way that that it is open when the consumer is connected, but when the consumer circuit is interrupted Is blocked. To generate the control voltage required for this, between Power transistor Ti and the accumulator B, a resistor R4 is provided. With the voltage drop occurring across this resistor R4 and the power transistor T1 the transistor T3 is controlled via the base resistor 113, which in turn controls the transistor T2 via the base resistor R2. When the consumer circuit is interrupted lies in the base of the transistor Tx on the resistor R4 and the base-emitter path of the transistor Tq by its base quiescent current generated voltage drop that is not sufficient to open the transistor T3. Hence, transistors are T2 and T1 also blocked. In the case of load, on the other hand, there is the voltage drop across the resistor R4 and the transistor T1 so large that the transistors T3 and T2 are turned on are.

Diese Schaltung bietet vorteilhafterweise weiterhin die Möglichkeit eines sehr einfach aufgebauten Sberlastschutzes.This circuit advantageously still offers the possibility a very simply structured sberload protection.

Diese Aufgabe dient der Transistor T4, dessen Basis von der an dem Widerstand R4 abfallenden Spannung angesteuert wird. Uberschreitet die Sparmung an R4 infolge zunehmender Belastung einen festgesetzen Sollwert, so wird der Transistor T4 durchgeschaltet, wodurch der Transistor T3, dessen Basis über den Transistor T4 angesteuert wird, sowie der Transistor T2 gesperrt werden. Durch diese einfache Massnahme wird eine Beschädigung oder Zerstörung des Akkumulators B und des Leistungstransistors T1 zuverlüssig vermieden.This task is used by the transistor T4, whose base depends on the Resistor R4 falling voltage is controlled. Exceeds the savings at R4 as a result of increasing load a fixed setpoint value, the transistor T4 switched through, whereby the transistor T3, whose base via the transistor T4 is controlled and the transistor T2 is blocked. Through this simple The measure will be damage to or destruction of the accumulator B and the power transistor T1 reliably avoided.

Während die Schaltungsanordnungen nach den Figuren 1 und 2 dem Schutze des Akkumulators beim Entladevorgang dienen, soll mit den Schaltungen nach Fig. 3 und 4 der Akkumulator während des Ladevorganges geschützt werden. Diese Ladesschutzschaltungen können unmittelbar mit den Entladeschutzschaltungen gem. Fig. 1 und 2 verbunden werden, da die im Ladestromkreis vorgesehene Diode D1 für eine gleichstrommmässige Trennung beider Kreise or.While the circuit arrangements according to Figures 1 and 2 the protection of the accumulator during the discharging process should be used with the circuits according to Fig. 3 and 4 the accumulator is protected during the charging process. These charge protection circuits can be connected directly to the discharge protection circuits according to FIGS because the provided in the charging circuit diode D1 for a direct current Separation of both circles or.

Als Ladeeinrichtung ditilt z.B. e in ein Gleichstromgenerator Ge, der jedoch durch jeden anderen Gleichstromerzeuger ersetzt werden kann. Der vom Generator Ge erzeugte Gleichstrom wird über den Widerstand R10, den Leitungstransistor T5 und die Diode D1 dem Akkumulator B zugeführt. Die Ladeschutzschaltungen nach Fig. 3 und 4 haben die Aufgabe, den Ladestrom zu unterbrechen, sowie der Akkumulator seine Sollspannung erreicht hat, um eine Überladung und damit vorzeitige Zerstörung des Akkumulators zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird mittels des parallel zu den Akkumulatorzellen geschalteten Spannungsteilers R21, R22 eine der Akkumulatorspannung proportionale Spannung abgeleitet, mittels welcher die Basis des im Ladestromkreis gelegenen Leistungstransistors T5 über die Transistoren T6 und T7 derart gesteuert wird, dass bei Erreichen der Akkumulator-Sollspannung der Transistor T6 durchgeschaltet, wodurch der über die Transistoren T7 und T steuert Ladestrom allmählich reduziert wird. Stift der in Reihe mit dem Spannung teiler 1121, 1122 angeordneten Zener-Diode D2 wird die erforderliche, im wesentlichen stromunabhängige Vergleichsspannung erzeugt.As a charging device e.g. e in a direct current generator Ge, which can, however, be replaced by any other DC generator. The from Generator Ge is generated direct current via the resistor R10, the line transistor T5 and the diode D1 are fed to the accumulator B. The charge protection circuits according to Fig. 3 and 4 have the task of interrupting the charging current, as well as the accumulator has reached its nominal voltage to avoid overloading and thus premature destruction of the accumulator. For this purpose, the parallel to the Battery cells connected voltage divider R21, R22 one of the battery voltage proportional voltage derived by means of which the base of the charging circuit located power transistor T5 via the transistors T6 and T7 controlled in this way is that when the battery target voltage is reached, the transistor T6 is switched through, whereby the charging current controlled via the transistors T7 and T is gradually reduced will. Pin of the Zener diode arranged in series with the voltage divider 1121, 1122 D2, the required, essentially current-independent comparison voltage is generated.

Parallel zum Ausgang des Gleichstromgenerators ist ein weiterer Spannungsteiler mit den Widerständen R23, R24 geschaltet, mit welchem die zum Durchschalten des Transistors T7 erforderliche Basis-Spannung erzeugt wird.Another voltage divider is parallel to the output of the DC generator connected to the resistors R23, R24, with which the for switching through the Transistor T7 required base voltage is generated.

Nachteilig bei der Ladeschutzschaltung gem. Fig. 3 ist, dass sich der gemessenen Akkumulatorspannung die gleichzeitig vorhandene, durch den Ladestrom an dem Akkumulatorinnenwiderstand abfallende Spannung überlagert, so dass die Messung und damit die Steuerung ungenau ist.The disadvantage of the charge protection circuit according to FIG of the measured battery voltage is the one that is simultaneously present due to the charging current superimposed on the internal resistance of the accumulator, so that the measurement and so the control is inaccurate.

Dieser Nachteil wird bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Ladeschutzschaltung gemäss Fig. 4 vermieden.This disadvantage becomes one in a further embodiment inventive charge protection circuit according to FIG. 4 avoided.

Das Grundprinzip dieser Schaltung besteht darin, dass der Ladegleichstrom impulsartig zugeführt wird und dass wahrend der Impulspausen die Überprüfung der Akkumulatorspannung erfolgt. Hierdurch wird vermieden, dass sich der zu prüfenden Akkumulatorspannung der durch den Lade strom verursachte Spannungsabfall überlagert und damit das Messergebnis verfülscht.The basic principle of this circuit is that the charging direct current is supplied in a pulsed manner and that during the pulse pauses the checking of the Accumulator voltage takes place. This avoids that the to be checked Battery voltage superimposed on the voltage drop caused by the charging current and thus falsify the measurement result.

Bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung wird dieses Prinzip dadurch verwirklicht, dass der den Basisstrom des Leistungstransistors T5 steuernde Transistor T7 impulsartig durchgeschaltet und gesperrt wird. Diesem Zweck dient ein Rechteckimpulsgenerator, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von zwei invertierenden, integrierten Verstärkern V1 und V2 in Verbindung mit den Rückkopplungswiderständen R28, R29 und dem Kondensator C gebildet wird. Frequenzbestimmend bei diesem Impulsgenerator sind im wesentlichen der Widerstand R 28 sowie der Kondensator C. Der erste Ausgang des Rechtechimpulsgenerators steuert die Basis des Transistors T7 über den Widerstand R7 an. Der zweite, ein invertiertes Signal erzeugende Ausgang ist über den Widerstand R8 mit der Basis des Transistors T8 verbunden, mit welchem die Basis des Transistors T9 über den Widerstand R9 angesteuert wird. Dieser Transistor T9 dient der impulsartigen Zu- und Abschaltung des parallel zu dem Akkumulatorzellen B1 bis Bn angeordneten und aus den Widerständen R25, r26 und 1127 bestehendea Spannungsteilers. Die Dimensionierung der Schaltung ist derart, dass der Transistor T9 immer dann durchgeschaltet ist, wenn der Transistor T5 gesperrt ist, d.h. dass die Batteriespannung am Spannungsteiler R25, R26, 1127 anliegt, wenn der Ladestrom unterbrochen ist.This principle is used in the circuit arrangement according to the invention realized in that the controlling the base current of the power transistor T5 Transistor T7 is switched through and blocked in a pulsed manner. Serves this purpose a square pulse generator, which in the illustrated embodiment of two inverting, integrated amplifiers V1 and V2 in connection with the feedback resistors R28, R29 and capacitor C is formed. Determining the frequency of this pulse generator are essentially the resistor R 28 and the capacitor C. The first output of the computing pulse generator controls the base of the transistor T7 through resistor R7. The second output, which generates an inverted signal is connected via the resistor R8 to the base of the transistor T8, with which the base of the transistor T9 is controlled via the resistor R9. This transistor T9 is used for the pulse-like connection and disconnection of the parallel to the accumulator cells B1 to Bn arranged and consisting of the resistors R25, r26 and 1127a voltage divider. The dimensioning of the circuit is such that the transistor T9 always is switched through when the transistor T5 is blocked, i.e. that the battery voltage at the voltage divider R25, R26, 1127 when the charging current is interrupted.

Ähnlich wie bei der Schaltungsanordnung gem. Fig. 3 wird auch bei dieser Schaltungsanordnung aus der Spannungsteilerspannung eine Steuerspannung abgeleitet, welche bei tberschreiten eines vorbestimmten Sollwertes den über den Basis-Widerstand R6 mit dem Spannungsteilerpunkt verbundenen Transistor T6 durchschaltet, wodurch der Steuertransistor T7 und der Leistungstransistor T5 gesperrt werden.Similar to the circuit arrangement according to FIG this circuit arrangement derives a control voltage from the voltage divider voltage, which when a predetermined setpoint is exceeded via the base resistance R6 connected to the voltage divider point transistor T6 turns on, whereby the control transistor T7 and the power transistor T5 are blocked.

Der Teilerwiderstand R26 ist von einem über diesen rückgekoppelten Gleichspannungsverstärker überbrückt, welcher aus zwei invertierenden, integrierten Verstärkerbausteinen V3 und V4 besteht. Diese Schaltungsanordnung hat die Eigenschaft, dass die Ausgangsspannung des Verstärkerbausteins V4, wenn die Eingangsspannung des Verstärkerbausteins V3 einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, sprungartig ansteigt und auch bei Wegfall der Eingangsspannung erhalten bleibt. Erreicht die am Teilerpunkt zwischem dem Widerständen 1125 und R26 anstehende Spannung den der Akkumulatorsollspannung entsprechenden Wert, so wird der Gleichspannungsverstarker V3, V4 in der beschriebenen Weise durchgeschaltet und der Leistungstransistor T5 über die Steuertransistoren T6 und T7 gesperrt. Die Sparrung bleibt auch dann aufrechterhalten, wenlinach Beendigung der Tastpause über den Widerstand R7 mit einem Rechteckimpuls angesteuert wird.The divider resistance R26 is from one fed back via this Bridged DC voltage amplifier, which consists of two inverting, integrated There is amplifier modules V3 and V4. This circuit arrangement has the property that the output voltage of the amplifier module V4 when the input voltage of the amplifier module V3 exceeds a predetermined threshold value abruptly increases and is maintained even if the input voltage is lost. Reached the at the divider point between the resistors 1125 and R26 the voltage present Accumulator nominal voltage corresponding value, then the DC voltage amplifier V3, V4 switched through in the manner described and the power transistor T5 via the control transistors T6 and T7 blocked. The saving is also maintained after the end of the key pause via the resistor R7 with a square pulse is controlled.

In zeichnerisch nicht dargestellter Weise werden die integrierten Verstärker V3, V4 von der Generatorspannung und nicht von der Akkumulatorspannung gespeist. Dies hat den Vorteil, dass die Verstärkerschaltung V3, V4 selbsttätig in den gesperrten Zustand zurückfallt, wenn die Generatorspannung unter den Öffnungsschwellwert des Transistors T8 abgesunken ist, so dass ein Schalter zum Zurücksetzen von V3 und V4 in den gesperrten Zustand nicht erforderlich ist.In a manner not shown in the drawing, the integrated Amplifier V3, V4 from the generator voltage and not from the battery voltage fed. This has the advantage that the amplifier circuit V3, V4 is automatic reverts to the blocked state when the generator voltage falls below the opening threshold value of transistor T8 has dropped, so that a switch to reset V3 and V4 in the locked state is not required.

Wie bei der Entladeschutzschaltung gem. Fig. 2 ist auch bei den Ladeschutzschaltungen gem. Fig. 3 und Fig. 4 eine Anordnung zur Strombegrenzung vorgesehen, welche die insbesondere bei Beginn der Ladung oder bei Kurzschluss auftretende Überlastung und damit evtl. Zerstörung des Transistors T5 verhindert. Diese Aufgabe hat der Transistor T10, dessen Basis von der Spannung gesteuert wird, die an dem im Ladestromkreis angeordneten Widerstand R10 abfällt. Übersteigt dieser Spannungsabfall die Flussspannung des Transistors T10 so wird dieser durchgeschaltet und folglich der Basis -Strom des Transistors T5 herabgesetzt, so dass eine Überlastung des Leistungstransistors T5 vermieden wird.As is the case with the discharge protection circuit according to FIG according to Fig. 3 and Fig. 4, an arrangement for current limiting is provided which the especially at the start of charging or in the event of a short circuit and thus prevents possible destruction of the transistor T5. This is the job of the Transistor T10, the base of which is controlled by the voltage applied to that in the charging circuit arranged resistor R10 drops. If this voltage drop exceeds the forward voltage of the transistor T10 this is switched through and consequently the base current of the transistor T5 reduced, so that an overload of the power transistor T5 is avoided.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Circuit arrangement for automatic Monitoring of the state of charge of an accumulator with several connected in series Cells, characterized in that parallel to each cell (B1 to Bn) an in Limit value switch that can be controlled depending on the respective cell voltage (T11 to Tn1) it is provided that the outputs of the limit value switches (T11 to Tn1) with connected to the inputs of a series AND gate () and that in the circuit between the accumulator (B) and the consumer (RL) one of the AND gate (G) controlled breaker switch (T1).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the limit switches are transistors (T11 to Tn1), the control electrodes of which are respectively connected to the electrodes of the accumulator cells (B1 to Bn) that the series AND gate (G) consists of series-connected transistors (T12 to Tn2), their control electrodes are connected to the outputs of the limit value transistors (T11 to Tn1) and that the breaker switch is a power transistor controlled by the AND gate (G) (T1) is.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that in the circuit between the accumulator (B) and the power transistor (T1) or in the Base circuit of the power transistor (T1) a switch (S, T2) is arranged, which can be activated automatically by switching on or connecting a consumer (R11) is.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that a further transistor (T2) is arranged in series with the series AND gate (G), which is only switched through when the consumer circuit is closed.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that a series resistor in series with the power transistor (T1) in the working circuit (R4) is arranged and that the series resistor (R4) and power transistor (T1) falling voltage is fed to a control transistor (T3), the output of which with the control electrode further arranged in series with the series AND gate (G) Transistor (T2) is connected.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the voltage dropping across the series resistor (R4) in the working circuit Another control transistor (T4) is fed, the output of which is connected to the base of the first control transistor is connected and when it is exceeded its forward voltage opened and thus by limiting the control current of the line transistor (T1) limits the discharge current.

7. Circuit arrangement according to one of the preceding claims with a power transistor arranged between a charger and the accumulator, which is blocked when the nominal battery voltage is reached, characterized in that that a voltage divider (R21, R22 or R25, R26, R27) is arranged, whose dividing point with the base of a first Control transistor (T6) is connected, the output of which is connected to the base of a second Control transistor (T7) is connected to which the base current of the power transistor (T5) is controlled.

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that A voltage divider (R23, R24) is arranged parallel to the output of the charging device (Ge) whose Teulerpunkt is connected to the base of the second control transistor (T7) is.

9. Circuit arrangement according to claim 7, characterized by a Pulse generator with two inverting outputs, the first output of which denotes the Base current of the power transistor (T5) controlling the control transistor (T7) periodically switches through and blocks and its second output has a voltage divider (R25, R26, R27) arranged switching transistor (T9) switches through and blocks in phase opposition, whereby a resistor of the voltage divider (R26) from a feedback DC voltage amplifier (V3, V4) is bridged and the bridged resistor (R26) and the DC voltage amplifier (V3, V4) are dimensioned in such a way that when the target battery voltage is reached the output voltage of the fed-back DC voltage amplifier (V3, V4) abruptly and the control transistor controlling the base current of the line transistor (T5) (T7) is blocked.

1o. Circuit arrangement according to Claim 9, characterized in that the fed back DC voltage amplifier (V3, V4) from the charger, preferably a direct current generator (Ge), is fed and is constructed in such a way that it when the supply voltage drops back to its initial state.

11. Circuit arrangement according to one of claims 7 to 10, characterized characterized in that a series resistor (R10) is arranged in the charging circuit, with whose voltage drop is controlled by a transistor (T10) serving to limit the charging current whose output is connected to the base of the power transistor.