DE2652166C2 - Schaltungsanordnung zur Schnelladung eines Akkumulators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Schneiladung eines Akkumulators in zwei Ladephasen, mit einem Schwellwertschalter zur Beendigung der ersten Ladephase bei Überschreite^, eines Batteriespannungsgrenzwertes, mit einem Taktgeber zur zeitgesteuerten Intervalladung in der zweiter "Ladephase und mit einem steuerbaren Ladeschalter, dem an seinem SteueranschluS die Signale des Schweiiwenschaiters und des Impulsgebers zugeführt werden.

Eine solche Schaltungsanordnung ist der DE-AS 21 14 100 zu entnehmen. Die Ladeimpulse der zweiten Ladephase, die bei Erreichen des Schwellwertes durch den Schmitt-Trigger als Schwellwertschalter beendet werden, haben dabei eine variable Länge. Aus der DE-PS 12 14 309 ist ein Verfahren zur Erhaltung der Ladung alkalischer Akkumulatoren bekannt, bei dem die Akkumulatoren zeilabhängig jeweils nach längerer Pause kurzzeitig mit dem vollen Nennladestrom geladen werden. Falls der Akkumulator bei Netzausfall entladen wurde, wird er in einer ersten zeitgesteuerten Ladephase mit Nennladestrom geladen und anschließend wird wiederum die Selbstentladung durch kurze zeitlich konstante Stromimpalse ausgeglichen. Die Erhaltungsladung wird durch Zeitgeber gesteuert. Da nur der Nennladestrom in Impulsen zugeführt wird, ergeben sich Nachteile, wenn die Batterie in kurzer Zeit aufgeladen werden soll.

Aus der DE-PS 20 61 055 ist eine Schaltungsanordnung zur Schneiladung eines Akkumulators mit einem pulsierenden Strom bekannt, nach der in den Stromflußpausen die Akkumulatorenspannung über ein Diskriminatorelement gemessen wird. Als Kriterium für eine bestimmte eingeladene Kapazität wird die Ladespannung herangezogen. Nach Erreichen der Ladespannung wird mittels Diskriminators auf einen relativ kleinen Dauerladestrom umgeschaltet, was auf Dauer gesehen der Kapazitätslage der Zellen abträglich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine durch spannungsempfindliche Schwellwertschalter gesteuerte Schaltungsanordnung zur Schneiladung von Akkumulatoren anzugeben, bei der mit möglichst geringem Schaltungsaufwand in der zweiten Ladephase zeitlich konstante Ladeimpulse erzeugt werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ladeschalter an seinem Steueranschluß nur Ausschaltsignale empfängt, daß sein Steueranschluß über die Schaltstrekke eines elektronischen Schaltelements mit dem Schwellwertschalter verbunden ist und daß das elektronische Schaltelement einen potentialfreien Steuereingang besitzt, der an den Taktgeber angeschlossen ist

ίο In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist als elektronisches Schaltelement ein Optokoppler eingesetzt Die Zeitsteuerung und Schnelladeschaltung arbeiten voneinander unabhängig, sie beeinflussen sich nicht In der Zeitlichen Reihenfolge wird die Schnelladung bis zum Erreichen der Ladeschlußspannung durchgeführt erst anschließend setzt die Intervalladung ein.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.

Fig.2 zeigt den zeitlichen Verlauf von Ladestrom, Ladespannung und Steuerstrom des Taktgebers.
Gemäß F i g. 1 ist Transformator 3 mit seiner Primärwicklung 4 an die KJemmen 1. 2 eines Wechselspannungsnetzes angeschlossen. Die Sekundärwicklung 5 ist mit einem als Brückenschaltung betriebenen Gleichrichter 6 verbunden, dessen Ausgang 7 über einen steuerbaren Schalter O an die positive Klemme 10 eines Akkumulators 11 anzuschließen ist. Der andere Ausgang 8 des Gleichrichters ist an die negative Klemme 12 des Akkumulators angeschlossen. Der steuerbare Schalter enthält als Schaltstrecke einen Thyristor 13, dessen Steuerelektrode mit dem Emitter eines Transistors 14 verbunden ist Der Kollektor des Transistors 14 ist ebenso wie die Anode des Thyristors 13 mit Ausgang 7 des Gleichrichters 6 verbünde«. Zwischen Kollektor und Basis des Transistors 14 ist ein Widerstand 15 geschaltet Der steuerbare Schalter 9 besitzt einen Steuereingang 16, der mit dem Kollektor eines Optokopplers 17 verbunden ist. Die Steuereingänge 18,19 des Optokopplers sind an einen Taktgeber 20 angeschlossen. Der Emitter des Optokopplers ist mit dem Ausgang 21 eines Schwellwertschalters 22 verbunden. Schwellwertschalter 22 ist ein Diskriminatorelement, das die Spannung der Batterie erfaßt. Er besteht aus den Transistoren 23 und 24, seine Meßsingänge 25 und 26 sind mit den Klemmen 10 und 12 des Akkumulators 11 verbunden. Basis und Emitter des invers betriebenen Transistors 23 sind mit dem Kollektor beziehungsweise mit der Basis des Transistors 24 verbunden. Der Emitter des Transistors 24 ist über den Abgriff eines Potentiometers 27 und einen Widerstand 28 an die negative Klemme 12 des Akkumulators 11 angeschlossen. Der zwischen Widerstand 28 und Potentiometer 27 liegende Verbindungspunkt 29 ist über Widerstand 30, Anschlußpunkt 31 und über die Dioden 32 und 33 mit der Sekundärwicklung 5 des Transformators 3 verbunden. Diskriminatorelemente dieser Art sind beispielsweise aus der DE-PS 20 61 055 bekannt.

Akkumulator 11 wird in der ersten Ladephase über den steuerbaren Schalter 9 mit einem von Gleichrichter 6 abgegebenen pulsierenden Gleichstrom kontinuierlich geladen. Gleichrichter 6 wandelt den anliegenden sinusförmigen Wechselstrom in Halbwellen um. Nachdem die Spannung einer Halbwelle die Klemmenspannung des Akkumulators 11 überschritten hat, werden über Widerstand 15 die Basis des Transistors 14 sowie der

Steueranschluß des Thyristors 13 angesteuert Über Thyristor 13 fließt solange ein Ladestrom, bis der Wert des Haltestromes unterschritten wird.

Der mit der Basis des Transistors 14 verbundene Optokoppler 17 wird zwar ständig von Taktgeber 20 angesteuert, doch hat dies während der ersten Ladephase keine Auswirkung, da vom Ausgang 21 des Schwellwertschalters 22 kein Signal abgegeben wird. Erst nach Erreichen der Ladeschlußspannung liegt zu Beginn der zweiten Ladephase an> Ausgang 21 ein Potential, das zur Sperrung des Transistors 14 ausreicht Dieses Signal gelangt Ober die Kouekior-Emitter-Strecke des Optokopplers 17 an die Basis des Transistors 3.4. Während der Sperrzeit des Optokopplers 17 ist die Einwirkung des von Schwellwertschalter 22 abgegebenen Signale auf die Basis des Transistors 14 nicht möglich. Sofern die Spannung des Gleichrichters 6 die Klemmenspannung des Akkumulators 11 überschreitet, werden Transistor 14 und Thyristor 13 leitend und Akkumulator 11 wird nachgeladen. Der Zustand des Schwellwertschalter* andert sich nach Erreichen der Ladeschlußspannung in der ersten Ladephase außer nach Netzausfall oder kurzzeitigem Schließen des Tasters 34 nicht mehr.

Anhand der F i g. 2 ist der Verlauf von Ladestrom /_t, Ladespannung i/und Steuerstrom /5« des Taktgebers in Abhängigkeit von der Zeit C erläutert In der ersten Ladephase wird der Ladestrom Il kontinuierlich zugeführt, bis die Klemmenspannung U des Akkumulators zum Zeitpunkt ti die vorgegebene Ladeschlußspartnung U1 erreicht hat Während der ersten Phase werden vom Taktgeber Steuerimpulse für den Optokoppler erzeugt, diese sind jedoch auf den Verlauf der Ladung ohne Wirkung.

Nach Erreichen der Ladeschlußspannung i/l wird zum Zeitpunkt 11 auf Ladephase 2 umgeschaltet Der Ladestrom wird dabei unterbrochen, die Klemmenspannung i/des Akkumulators sinkt infolge Selbstentladung und Entladung über Meßwiderstände ab. Solange der Taktgeber einen Steuerstrom Ist erzeugt, ist die Schaltstrecke des Optokopplers durchgesteuert. Erst bei Ausfall des Steuerstromes sperrt die Kollektor-Emitter-Strecke des Optokopplers 17. Als Folge werden Transistor 14 und Thyristor 13 leitend. Der Akkumulator 11 wird somit während der Impulspause des Taktgebers 20 kurzzeitig geladen. Das Verhältnis zwischen Impulsdauer und Impulspause des Taktgebers 20 wird in Abhängigkeit von der Selbstentladung des Akkumulators eingestellt.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß einerseits der Akkumulator in bekannter Weise verhältnismäßig schnell aufgeladen werden kann, andererseits der Akkumulator durch die anschließende Intervalladung keine Kapazitätseinbuße erleidet. Weiterhin ist es möglich, eine zusätzliche Zeitbegrenzung für Ladephase 1 vorzusehen, falls der Schwellwertschalter nicht ansprechen sollte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Schneiladung eines Akkumulators in zwei Ladephasen, mit einem Schwellwertschalter zur Beendigung der ersten Ladephase bei Oberschreiten eines Batteriespannungsgrenzwertes, mit einem Taktgeber zur zeitgesteuerten Intervalladung in der zweiten Ladephase und mit einem steuerbaren Ladeschalter, dem an seinem Steueranschluß die Signale des Schwellwertschalters und des Impulsgebers zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeschalter (9) an seinem Steueranschluß (16) nur Ausschaltsignale empfängt, daß sein Steueranschluß (16) über die Schaltstrecke eines elektronischen Schaltelementes (17) mit dem Schwellwertschalter (22) verbunden ist und daß das elektronische Schaltelement (17) einen psientialfreien Steuereingang (18,19) besitzt, der an den Taktgeber (20) angeschlossen ist

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronisches Schaltelement ein Optokoppler eingesetzt ist