DE2701532A1

DE2701532A1 - Schaltungsanordnung zur ladung gasdichter akkumulatoren durch solargeneratoren

Info

Publication number: DE2701532A1
Application number: DE19772701532
Authority: DE
Inventors: Hans Kurt Dr Ing Koethe; Siegfried Mattes
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1977-01-15
Filing date: 1977-01-15
Publication date: 1978-07-20

Description

Schaltungsanordnung zur Ladung gasdichter Akkumul a-
toren durch Solargeneratoren Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Ladung gasdichter Akkumulatoren durch Solargeneratoren bei unterschiedlichen Beleuchtungsstärken Solargeneratoren bestehen in der Regel aus einer Reihenschaltung von einzelnen Solarzellen (photovoltaische Wandler). Jede dieser Solarzellen liefert, einen Beitrag von 0,4 bis 0,5 V zur Gesamtspannung des Solargenerators. Der Strom des Solargenerators ist bei gleicher Beleuchtungsintensität proportional zu der Fläche der einzelnen Solarzelle. Schaltungsanordnungen mit Solargeneratoren, insbesondere zur Versorgung elektrischer Kleingeräte wie beispielsweise elektrischer Uhren oder Taschenrechner, sollen einerseits bei schwachen Beleuchtungsintensitäten noch zur Versorgung der Geräte und zur Nachladung der Akkumulatoren fUhren, andererseits sollen jedoch starke Beleuchtungsintensitäten keine schädigende Überladung der Akkumulatoren beziehungsweiseluinen gefährlich hohen Ladespannungsanstieg zur Folge haben. Es ist üblich, bei solchen Anlagen die Ladespannung durch Z-Dioden oder Shunt-Regler zu begrenzen. Weiterhin ist es bekannt, Serienregler in die Zuleitung zu den Batterien einzufügen, um den Ladestrom nicht über einen bestimmten Grenzwert, der einen sicheren Batteriebetrieb gewährleistet, hinweg ansteigen zu lassen.
Schaltungsmaßnahmen dieser Art erweisen sich jedoch bei der Stromversorgung elektrischer Kleingeräte als nachteilig, da ein Teil der erzeugten elektrischen Energie durch Leckstrdme beziehungsweise Leistungsverluste der Regelelektronik aufgezehrt wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Ladespannung und Ladestrom bei sehr geringer Verlustleistung wirkungsvoll zu begrenzen. Bei schwacher Beleuchtung soll die vorhandene Enersie weitgehend ausgenutzt werden, während bei voller Beleuchtung eine Falschbehandlung der Akkumulatoren vermieden werden soll.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in den mindestens aus eineu Solargenerator, einer Sperrdiode und einem Akkumulator bestehenden Stromkreis ein Begrenzungswiderstand eingefügt ist und daß der Begrenzungswiderstand so bemessen ist, daß des Akkululator im vollständig aufgeladenen Zustand maximal der höchstzulässige Dauerladestrom zuführbar ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Schaltungsanordnung besteht der Begrenzungswiderstand aus einer Kombination von wenigstens zwei Widerständen, von denen einer ein temperaturabhängiger Widerstand ist, der mit dem Gehäuse des Akkuiulators thermisch verbunden ist. Ein weiterer Widerstand ist Uber einen Tastschalter zum Begrenzungswiderstand parallel schaltbar. Als Sperrdiode wird vorzugsweise eine Diode niedriger Scflwellapanmmg, z.B. eine Schottky Diode oder Gezqaniui-Dimode, eingesetzt. Es ist 3edoch auch möglich, als Sperrdiode eine Leuchtdiode zu verwenden, wodurch auf einfache Weise der Ladevorgang zu kontrollieren ist.
Im folgenden ist anhand der Figuren ia, ib und 2 der Gegenstand der Erfindung näher erläutert. Figur ia zeigt eine erfindungsgeiu e Schaltungsanordnung Figur 1 b ein Schaltungsbeispiel ftlr den Begrenzungswiderstand. In Figur 2 ist ein Diagran zur Ermittlung des unteren Grenzwertes für den Begrenzungswiderstand dargestellt.
Gemäß Figur la besteht der Ladestromkreis des Akkumulators 1 aus dem Solargenerator 2, der Sperrdiode 3 und dem Begrenzungswiderstand 4. Weiterhin ist über Schalter 5 der Verbraucher 6 mit den Klemmen des Akkumulators 1 verbunden. Um bei tiefentladenen Akkumulatoren eine kurzzeitige Erhöhung des Ladestromes vorzunehmen, ist ein zusätzlicher Widerstand 7 über Schalter 8 parallel zum Begrenzungswiderstand 4 anzuschließen.
Begrenzungswiderstand 4 ist in der Regel für Raumtemperatur dimensioniert. Da der Dauerladestrom jedoch mit abnehiender Akkuulatorentemperatur zu reduzieren ist, wird vorzugsweise eine Widerstandakombination aus einem ohmschen Widerstand und einem temperaturabhängigen Widerstand 8 eingesetzt. Als besonders vorteilhaft hat sich die in Figur ib dargestellte Kombination von ohmschen Widerständen 9 und 10 sowie dem temperaturabhängigen Widerstand 8 mit negativem Temperaturkoeffizienten erwiesen.
Zur Ermittlung des unteren Grenzwertes für den Begrenzungswiderstand 4 ist gemäß Figur 2 ein Strom-Spannungs-Diagramx vorgesehen. In dieser Figur wird für den Solargenerator die Charakteristik U = f(I) bei maximaler Beleuchtung von ca.
100 mW/co2 zugrundegelegt und für den vollständig aufgeladenen Akkumulator die Kennlinie UL = f(IL) eingetragen. Mit UoC ist die Leerlaufspannung und mit ISC der Kurzschlußstroi des Solargenerators eingetragen. Diese Kennlinie beschreibt die Ladespannung als Funktion des Ladestromes.Zieht m ein.
Parallele zur Ordinate, die die Abzisse bei demjenigen Strom schneidet, der als Dauerladestrom ID für den Akkumulator zulässig ist, so werden die Schnittpunkte A und B mit den Kurven UL und U erhalten. Die Potentialdifferenz zwischen diesen Schnittpunkten ist durch den Strom 1D zu dividieren. Der Quotient gibt sodann den unteren Grenzwert für den Begrenzungswiderstand an.
Der Gegenstand der Erfindung läßt sich auch bei Solar-Energieblöcken kleiner Leistung einsetzen. Solche Solar-Energieblöcke sind analog zu den nur aus galvanischen Elementen bestehenden Energieblöcken einsetzbar. Sie werden vorzugsweise für die Versorgung von Elektronikgeräten benutzt.
Weiterhin ist es möglich, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als Batterielader für einsteckbare Kleinakkumulatoren beziehungsweise zum Anschluß an elektrische Geräte mit eingebauten Kleinakkumulatoren zu verwenden.
- Patentansprüche - Leerseite

Claims

Patentansprtlche zur )Schaltungsanordnung zur Ladung gas dichter Akkumulato-< ren durch Solargeneratoren bei unterschiedlichen Beleuchtungsstärken, dadurch gekennzeichnet, daß in den mindestens aus einem Solargenerator (2), einer Sperrdiode (3) und einem Akkumulator (1) bestehenden Stromkreis ein Begrenzungswiderstand (4) eingefügt ist und daß der Begrenzungswiderstand (4) so bemessen ist, daß dem Akkumulator (1) im vollständig aufgeladenen Zustand maximal der höchstzulässige Dauerladestrom zuführbar ist.
2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand (4) aus einer Kombination von wenigstens zwei Widerständen besteht, von denen einer ein temperaturabhängiger Widerstand (8) ist, der mit dem Gehäuse des Akkumulators (1) thermisch verbunden ist.
3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (8) einen negativen Temperaturkoeffi zienten hat.
4) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Schalter (8) ein weiterer Widerstand (7) zum Begrenzungswiderstand (4) parallel schaltbar ist.
5) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sperrdiode (3) eine Leuchtdiode eingesetzt ist.