DE2659125C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Batterieladegerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges Batterieladegerät ist in der US-PS 36 96 283 beschrieben.

Eine ständig steigende Zahl von Geräten wird durch aufladbare Zellen betrieben, beispielsweise mit Nickel-Kadmium- Zellen. Diese Geräte benötigen Zellen mit einer Vielzahl von verschiedenen räumlichen Abmessungen und elektrischen Kennlinien.

Die Zellen werden allgemein auf der Basis der Außenabmessungen gekennzeichnet. Gemäß dieser Kennzeichnung durch die Abmessungen sind die drei Größen AA, C und D bekannt.

Bei bestimmten Baureihen von Nickel-Kadmium-Zellen sind die elektrischen Kennlinien für die Zellen der Größen C und D gleich, und die elektrischen Kennlinien oder Kennwerte der Zellen der Größe AA unterscheiden sich von den Kennwerten der Größen C und D in folgender Weise:

Die Vielfalt der für Konsumgütergeräte in weitem Umfang verwendeten Zellentypen macht es erforderlich, ein Ladegerät zu schaffen, das die verschiedensten Zelltypen aufnimmt.

Das Batterieladegerät gemäß der eingangs genannten US-PS 36 96 283 kann zwar aufladbare Batterien unterschiedlicher Baugröße aufnehmen. Zur Ausbildung unterschiedlicher Nennladeströme ist jedoch jeder einzelne Modul mit einem besonderen Widerstand versehen, der Verlust verursacht, Platz beansprucht und Wärme erzeugt.

In der DE-OS 19 40 911 ist ein Batterieladegerät beschrieben, das eine Anpassung an unterschiedliche Batteriespannungen ermöglicht, aber es hat keine weite Verbreitung auf dem Konsumgütermarkt gefunden, insbesondere weil es nicht zur Einstellung des Ladestroms dient.

Ferner ist aus der DE-AS 15 63 677 ein elektrisches Gerät für wahlweisen Netz- oder Batteriebetrieb bekannt, bei dem Module an unterschiedliche Trafo-Anzapfungen des Netzteiles durch entsprechende Belegung der Anschlußkontakte angeschlossen werden.

Die DE-AS 23 65 579 beschreibt Batteriehaltungen mit Abteilungen mit langgestreckten Öffnungen und elastischen Ansatzstücken, wobei die Öffnungen kleiner sind als der Zellendurchmesser.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Batterieladegerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit einem einfachen und billigen Aufbau eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Zellentypen und die Einstellung der erforderlichen Ladestromstärke gestattet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die jeweils einen Zellentyp entsprechenden Zellhaltermodule selektiv und austauschbar mit der Ladestromquelle verbindbar sind, wobei unterschiedliche Spannungen beim Laden verwendbar sind. Weiterhin kann auf einfache Weise eine unbeabsichtigte Entladung der in einen Modul eingesetzten Zellen verhindert werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ladestromquelle und eines Zellenhalter-Moduls für die Größe "AA".

Die Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des unteren Endes des Moduls nach Fig. 1 entlang der Linie 2-2.

Die Fig. 3 ist eine Teilschnittansicht des Moduls der Fig. 1 entlang der Linie 3-3.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht einer Seite eines Zellenhalter-Moduls für die Größe "C" als Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht des oberen Endes des Moduls nach Fig. 4 entlang der Linie 5-5.

Die Fig. 6 zeigt eine Ansicht des unteren Endes des Moduls nach Fig. 4 entlang der Linie 6-6.

Die Fig. 7 ist ein Schaltplan der Ladestromquelle.

Die Fig. 8 ist ein Schaltplan des Moduls nach Fig. 1.

Die Fig. 9 ist ein Schaltplan des Moduls nach Fig. 4.

In den Fig. 1 und 4 wird ein Ladesystem zum Aufladen einer Vielfalt von Zellentypen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung abgebildet. Das System besteht allgemein aus einer Ladestromquelle 11 und einer Anzahl von Zellenhalter-Modulen 13, 15. Die Fig. 1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Quelle 11 und des Moduls 13, die zum Aufladen miteinander verbunden sind.

Die Fig. 4 zeigt eine Ansicht des Moduls 15, das mit der Quelle 11 zur Aufladung von Zellen einer anderen Größe verbunden werden kann.

Nur zur Veranschaulichung werden Zellenhalter-Module von zwei der drei üblichen Zellentypen AA, C und D gezeigt, für welche die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann. Die Module für die Zellen der Größe "C" und "D" sind mechanisch und elektrisch gleich aufgebaut, wobei lediglich das Modul für die Zellen der Größe "C" räumliche Abmessungen zur Aufnahme der kleineren Zellen der Größe "C" und das Modul für die Zellen der Größe "D" räumliche Abmessungen zur Aufnahme der größeren Zellen der Größe "D" besitzt. Daher wird als Beispiel für beide Moduls nur ein Modul für Zellen der Größe "C" beschrieben.

Die Ladestromquelle 11 besteht aus einem konventionellen Transformator mit hoher Impedanz und Mittelabgriff entsprechend dem Schaltplan in Fig. 7. An der Stirnfläche des Gehäuses des Ladegerätes sind zwei Flachsteckerstifte 12, 14 vorgesehen zum Anschluß an eine Quelle für Wechselstrom 120 V.

Die Module 13 und 15 sind eingerichtet zum selektiven austauschbaren Anschluß an die Quelle 11 über Verbindungsteile, die an der Quelle 11 in Form der Anschlüsse 19, 21, 23 und auf dem Modul 13, 15 als Anschlüsse 25, 27, 29 vorgesehen sind (siehe Fig. 2) bzw. als Anschlüsse 31, 33 (siehe Fig. 5).

Die Module sind vorzugsweise aus Kunststofformteilen aufgebaut und umfassen jeweils eine Anzahl von Abteilen zum Einsetzen von Zellen eines bestimmten Typs. Wie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, besitzt das Modul 13 vier Abteile 39, 41, 43, 45 zur Aufnahme von vier Zellen der Größe "AA". Das Modul 13 ist abgebildet mit einer Zelle 44 der Größe "AA", die aus dem Abteil 39 herausgenommen ist.

Die Abteile 41, 43 und 45 sind mit zum Aufladen eingesetzten Zellen 46, 48, 47 der Größe "AA" dargestellt. Das Modul 15 (siehe Fig. 4) besitzt ein Paar von Abteilen 52, 53 zur Aufnahme von zwei Zellen der Größe "C".

Die einzelnen Abteile 39, 41, 43 und 45 des Moduls 13 sind ähnlich aufgebaut. Beispielsweise ist das Abteil 39 durch ein Paar von elastischen Seitenwandstücken 60, 61, die Trennwand 62 und ein Paar Endwände 58, 63 begrenzt. An einem Ende des Abteils 39 ist eine leitende Spiralfeder 64 auf der Endwand mit einer Öse 65 befestigt, um eine darin eingesetzte Zelle fest und federnd zu halten. Die Feder 64 ergibt auch noch einen elektrischen Kontakt zu dem negativen Anschluß einer Zelle in dem Abteil 39. Am gegenüberliegenden Ende des Abteils 39 ist eine Kontaktöse 66 in der Endwand 58 befestigt und durch sie hindurchgeführt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem positiven Anschluß einer in das Abteil 39 eingesetzten Zelle und dem Anschluß 25 zu erhalten.

Das Abteil 41 ist in ähnlicher Weise begrenzt durch ein Paar federnder Ansätze 67, 68, durch Endwände 58, 63 und eine Trennwand 62. Der elektrische Kontakt zum negativen Anschluß der Zelle 46 wird über eine Spiralfeder 74 hergestellt, die über eine Halteanschlußöse 72 an der Wand 58 befestigt ist. Die Anschlußöse 72 ist durch die Endwand 58 geführt und ergibt zusammen mit einer metallischen Anschlußplatte 50 mit einem darauf befestigten Anschluß 27 die elektrische Verbindung zwischen der Feder 74 und dem Anschluß 27. Der elektrische Kontakt mit dem positiven Anschluß der Zelle 46 wird über eine Kontaktöse 78 hergestellt. Die elektrische Verbindung zwischen den Ösen 65 und 78 wird über eine Diode 77 hergestellt, wie es noch nachstehend in Verbindung mit der Fig. 8 ausführlich erläutert wird.

Die übrigen beiden Abteile 43, 45 des Moduls 13 (siehe Fig. 2) besitzen einen Aufbau identisch zu dem Aufbau der vorstehend beschriebenen Abteile 39, 41. Die elektrischen Verbindungen zwischen dem Anschluß 28 und dem positiven Anschluß der Zelle 47 in dem Abteil 41, zwischen dem negativen Anschluß der Zelle 47 und dem positiven Anschluß der Zelle 48 im Abteil 43 über eine Diode 79, zwischen dem negativen Anschluß der Zelle 48 und dem Anschluß 27 über die Anschlußplatte 50 werden in analoger Weise vorgenommen, wie dies vorstehend für die Abteile 39, 41 beschrieben wurde.

Es wird jetzt auf die Fig. 4, 5 und 6 Bezug genommen. Das Abteil 52 ist durch die Endwände 101, 103, Seitenwandstücke 105, 107 und eine Trennwand 109 begrenzt. Das Abteil 53 wird durch die Endwände 101, 103, Seitenwandstücke 111, 113 und die Trennwand 115 begrenzt.

Anschlüsse 31, 33 sind (siehe Fig. 5) an der Endwand 101 mit beliebigen üblichen Mitteln befestigt. Der Anschluß 31 ist mit dem positiven Anschluß einer in das Abteil 52 eingesetzte Zelle über eine Verbindungsleitung 116 und eine Kontaktöse 117 verbunden. Innen an der Endwand 103 ist eine Spiralfeder 119 befestigt, um eine feste, federnde Halterung der Zelle im Abteil 52 zu erhalten und eine elektrisch leitende Verbindung zu dem positiven Anschluß der Zelle herzustellen.

Die elektrische Verbindung zwischen dem negativen Anschluß einer Zelle im Abteil 52 und dem positiven Anschluß einer Zelle im Abteil 53 wird hergestellt über die Spiralfeder 119, eine Kontaktöse 120, eine Diode 85 und eine Kontaktöse 121. Die Öse 121 bildet eine leitende Verbindung mit dem positiven Anschluß einer Zelle im Abteil 53.

Der negative Anschluß einer Zelle im Abteil 53 ist elektrisch mit dem Anschluß 33 über eine Spiralfeder 123 verbunden, die an der Innenseite der Seitenwand 101 befestigt ist.

Ein weiteres Merkmal der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht in den Einsatzansätzen 125 und 127. Die Einsatzansätze verkleinern die Öffnung der Abteile 52 und 53 auf eine solche Weise, daß beim Einsetzen oder Herausnehmen einer Zelle, beispielsweise in das Abteil 53, die Zelle so eingesetzt werden muß, daß der negative Anschlußteil der Zelle in den Bereich zwischen den Seitenwandansätzen 111, 113 eingeführt werden muß. Dabei wird dann die Zelle praktisch axial zum Kontakt mit und zum Niederdrücken der Feder 123 verschoben und dann der positive Anschluß der Zelle nach innen in das Abteil 53 und in Kontakt mit der Kontaktöse 121 gedrückt.

Dieser von den Einsatzansätzen 125, 127 erzwungene Einsetzvorgang ist besonders vorteilhaft bei Verwendung von Nickel-Kadmium-Zellen der Größe "C" und "D" gemäß der Beschreibung in der U.S. Patentschrift 36 84 583. Diese Zellen werden vorzugsweise aufgebaut, daß ein Ende eines rohrförmigen Außengehäuses aus Kunststoff durch eine Metallscheibe verschlossen ist. Die Metallscheibe dient als negativer Anschluß der Zelle. Es wurde gefunden, daß ohne Verwendung der Einsatzansätze die Spiralfeder eine Tendenz dazu aufweist, an der gerollten Kante des rohrförmigen Gehäuses einzuhaken. Hierdurch wird das Einsetzen und Herausnehmen der Zellen schwierig und es kann auch zu einer Beschädigung des Zellengehäuses führen.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer elektrischen Ladeschaltung für das Ladesystem. Die Fig. 7 zeigt den Schaltplan der Ladestromquelle 11. Die Fig. 8 zeigt den Schaltplan des Moduls 13 zum Aufladen von entweder 2 oder 4 Zellen der Größe "AA". Die Fig. 9 zeigt den Schaltplan für das Zellenhalter- Modul 15 von 2 Zellen der Größe "C". Wie vorstehend erläutert wird ein Schaltplan für das Zellenhalter-Modul für die Größe "D" nicht gezeigt, da es elektrisch identisch mit dem Modul 15 nach Fig. 9 ist.

Gemäß der Abbildung in Fig. 7 umfaßt die Quelle 11 einen Transformator 71, um aus der normalen Netzwechselspannung 110-120 V einen Ausgangsstrom mit der richtigen Amplitude für den Verbraucher in Form des Moduls 13, 15 zu erhalten. Der Anschluß 21 ist über einen Mittelabgriff mit der Sekundärwicklung des Transformators 71 verbunden, um gleich große und entgegengesetzte Eingangswechselspannungen für das Modul 13 zu erhalten.

Wie in Fig. 8 dargestellt umfaßt die Schaltung für das Modul 13 zwei Abschnitte 73 und 75 zur Aufnahme von entweder zwei oder vier Zellen der Größe AA zum Aufladen. Wenn nur zwei Zellen gleichzeitig aufgeladen werden sollen, dann müssen beide Zellen in den gleichen Schaltungsteil eingesetzt werden, sodaß sie einen geschlossenen Leitungsweg für den Ladestrom bilden. Der Abschnitt 73 verbindet ein Paar von in den Abteilen 39, 41 eingesetzten Zellen 44, 46 der Größe AA in Reihe miteinander zum Aufladen über einen Ladestromweg, welcher durch die Verbindung der Anschlüsse 25, 27 des Moduls mit den Ladeanschlüssen 19, 21 gebildet wird. In ähnlicher Weise verbindet der Abschnitt 75 ein Paar von in den Abteilen 43, 45 eingesetzten Zellen 47, 48 der Größe AA in Reihe miteinander zum Aufladen über einen Ladestromweg, welcher durch die Verbindung der Anschlüsse 27, 29 des Moduls mit den Anschlüssen 21, 23 des Ladegerätes gebildet wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist gegeben durch ein Paar von Einrichtungen 77, 79 zur Verhinderung einer Entladung, welche in den Abschnitten 73 bzw. 75 angeschlossen sind, um das unbeabsichtigte Kurzschließen der Zweige 73, 75 zu verhindern, wenn diese von der Quelle 11 abgetrennt sind. In der abgebildeten Ausführungsform sind diese Einrichtungen 77, 79 in Form von Dioden vorgesehen, die zwischen jedes Paar von Zellen 44, 46 an den Kontakten 65, 87 und zwischen den Zellen 47, 48 an den Kontakten 88, 70 angeschlossen sind. Wenn die Zellen in das Modul 13 eingesetzt sind, dann können die Zellen im Abschnitt 73, 75 keine hohe Leistung an einen Verbraucher liefern, der zwischen den Anschlüssen 25, 27 und 29 angeschlossen ist. Hierdurch kann das Modul von dem Benutzer sicher mit eingesetzten Zellen transportiert werden, ohne daß die Gefahr eines unbeabsichtigten Kurzschließens der Schaltungszweige 73, 75 an den Anschlüssen 25, 27 und 29 besteht. Die Dioden 77, 79 dienen auch noch zur Gleichrichtung des von der Quelle 11 gelieferten Wechselstroms, wenn das Moduls 13 an sie angeschlossen wird.

Die entgegengesetzt gepolte Anordnung der Zellen 44, 46 bezüglich der Zellen 47, 48 ist ebenfalls ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung. Durch diese Anordnung müßte ein Entladestrom im Gegenuhrzeigersinn in dem Abschnitt 73 und im Uhrzeigersinn in dem Abschnitt 75 fließen. Auf diese Weise wird eine übermäßig hohe Leistungsabgabe an einen mit Kurzschluß zwischen die Kontakte 87, 88 geschalteten Verbraucher verhindert durch die entgegengesetzte Polarität der Zellen 46, 48.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht darin, daß die Zellen 44, 46 in der positiven Halbperiode der Wechselspannung und die Zellen 48, 47 in der negativen Halbperiode aufgeladen werden. Auf diese Weise wird die volle Periodendauer der Wechselspannung zur Aufladung ausgenutzt und hierdurch erhält man einen Betrieb des Transformators mit gutem Wirkungsgrad.

Die Fig. 9 zeigt die Schaltung zur Verbindung eines Paars, von Zellen 81, 83 der Größe "C", welche in die Abteile 52 bzw. 53 eingesetzt sind. Dabei werden diese Zellen in Reihe geschaltet zur Aufladung über einen Ladestromweg, welcher durch die Verbindung der Anschlüsse 31, 33 des Moduls mit den Anschlüssen 19 bzw. 23 der Ladestromquelle gebildet wird. Es wird keine Verbindung zu dem Anschluß 21 am Mittelabgriff hergestellt. Daher wird die gesamte Wechselspannung des Transformators 71 der Schaltung des Moduls 15 zugeführt. Eine Einrichtung 85 zur Verhinderung der Entladung ist zwischen den Zellen 81, 83 mit der Schaltung des Moduls 15 verbunden. Ähnlich wie die Einrichtung 77, 79 des Moduls 13 zur Verhinderung einer Entladung besitzt auch die Einrichtung 85 die Doppelfunktion einer Verhinderung einer unbeabsichtigt starken Entladung der Zellen durch einen Kurzschluß über den Anschlüssen 31, 33 und die Funktion der Gleichrichtung der Ausgangswechselspannung der Quelle 11 während des Aufladens.

Die Lage der Dioden 77, 79, 85 gemäß den Fig. 8 und 9, in denen diese Dioden in Reihe zwischen benachbarten Zellen mit Reihenschaltung verbunden sind, wird bevorzugt. Man wird jedoch erkennen, daß die Dioden auch elektrisch in Reihe zwischen den Modulanschluß und eine der Zellen des in Reihe geschalteten Paars geschaltet werden können. Beispielsweise kann in einer Anordnung nach Fig. 9 die Diode 85 in Reihe zwischen den Anschluß 31 und den positiven Anschluß der Zelle 81 geschaltet werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung gestattet das Aufladen von Zellen mit verschiedenen elektrischen Kennlinien oder Kennwerten mit der gleichen Ladestromquelle. Wie vorstehend ausgeführt beträgt die empfohlene Ladestromstärke für bestimmte Zellen der Größe AA 50 mA und die bevorzugte Ladestromstärke für bestimmte Zellen der Größe C und D beträgt 100 mA. Die Ladestromquelle 11 (siehe Fig. 7) ist so ausgelegt, daß sie eine Ladestromstärke von etwa 100 mA an ein Paar von Zellen 81, 83 der Größe "C" liefert, wenn das Modul 15 (siehe Fig. 9) über die gesamte EMK der Sekundärwicklung der Quelle geschaltet ist. Die Quelle 11 liefert damit eine Ladestromstärke von etwa 50 mA an jedes Paar von Zellen 44, 46 und 47, 48 der Größe "AA", wenn das Modul 13 (siehe Fig. 8) mit der Quelle 11 verbunden ist. Dies wird dadurch erreicht, daß jedes Paar von Zellen der Größe "AA" über eine Hälfte der EMK der Sekundärwicklung der Quelle 11 geschaltet ist.

Erfindungsgemäß erhält man daher ein einfaches Ladesystem mit geringen Kosten zum Aufladen der üblicherweise erhältlichen Zellen, beispielsweise solche Zellen der Größen "AA", "C" und "D".

Claims (7)

1. Batterieladegerät, das aufweist,

• 1. eine Ladestromquelle, bestehend aus einem Gehäuse und einem darin angeordneten Transformator mit End- bzw. Mittelanzapfungsanschlüssen,
• 2. mit der Ladestromquelle verbindbare Module mit Abteilungen zur Aufnahme von Zellen mit unterschiedlicher geometrischer Form und Größe, unterschiedlichen Nennladeströmen und gleicher Nennspannung,
• 3. in den Modulen untergebrachte Dioden zur Gleichrichtung und zur Verhinderung der Entladung,

dadurch gekennzeichnet,

• 4. daß die drei Anzapfungen über drei Steckkontakte (19, 21, 23) aus der Ladestromquelle (11) herausgeführt sind,
• 5. daß ein erster Zellhaltermodul (13) drei Steckkontakte (25, 27, 29), die mit den drei Steckkontakten (19, 21, 23) der Ladestromquelle (11) zusammenpassen, und eine Schaltungsanordnung (Fig. 8) aufweist, die wenigstens eine Zelle (44, 46) zwischen jeweils eine End- und die Mittelanzapfungs-Steckkontakte (19, 21, 23) der Ladestromquelle (11) schaltet,
• 6. daß ein zweiter Zellhaltermodul (15) nur zwei Steckkontakte (31, 33) aufweist, die mit den Endanzapfungs- Steckkontakten (19, 23) der Stromquelle (11) zusammenpassen.

2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen mit gleichnamigen Polen an die Mittelanzapfung (27) angeschlossen sind.

3. Batterieladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (77, 79) einen Vollweg-Gleichrichter für den Ladestrom aus der Ladestromquelle (11) bilden.

4. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen paarweise in Reihe an die Transformatoranzapfungen geschaltet sind, wobei die Abteilungen des ersten Zellhaltermoduls (13) ein erstes und ein zweites Paar von Zellen Seite an Seite mit entgegengesetzter Polarität aufnehmen, wobei die Paare gegensinnig gepolt angeordnet sind, und daß eine erste Diode (77) zwischen dem ersten Zellenpaar (44, 46) und eine zweite Diode (79) zwischen dem zweiten Zellenpaar (47, 48) eingefügt ist.

5. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteilungen (39, 41, 43, 45; 52, 53) der ersten und zweiten Module (13, 15) jeweils eine langgestreckte Öffnung zum Einsetzen einer Zelle und neben einem Ende der Öffnung wenigstens ein elastisches Ansatzstück (60, 61, 67, 68; 105, 107, 111, 113) aufweisen, das die Öffnung kleiner als den Durchmesser der einzusetzenden Zelle macht.

6. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (71) eine hohe Impedanz aufweist.