DE3236550A1

DE3236550A1 - Charging device

Info

Publication number: DE3236550A1
Application number: DE19823236550
Authority: DE
Inventors: Göran 7800 Freiburg Oejelid
Original assignee: FORMIWA FORSCHUNGS GmbH
Current assignee: FORMIWA FORSCHUNGS GmbH
Priority date: 1982-10-02
Filing date: 1982-10-02
Publication date: 1984-04-05

Abstract

The invention relates to charging devices for electrical accumulators. An object was to achieve a charging current which is largely independent of the internal resistance and charge state of the accumulator as well as of voltage fluctuations of the mains, and to reduce this current automatically when more than 90% of full charge has been reached. A further object was the arrangement of a measurement of the rising accumulator voltage during charging which is sufficiently precise and easy to read off that the charge state can be determined thereby. A further object was to facilitate the individual charging of a plurality of simultaneously connected accumulators using only one charging device. The objects are achieved particularly economically by a special thryistor circuit which is supplied with the multiple voltage of the accumulator, a high precision digital voltmeter, matched thereto, and an electronic stepping switch.

Description

Ladevorrichtung Loading device

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ladevorrichtungen für elektrische Akkumulatoren, und zwar auf die durch pulsierenden Ladestrom gekennzeichneten Vorrichtungen dieser Art.The present invention relates to charging devices for electric Accumulators, namely on the devices characterized by pulsating charging current this kind.

Bekannte Ladevorrichtungen zeichnen sich meistens dadurch aus, dass zu Beginn einer Batterieaufladung der Ladestrom wesentlich durch den inneren Widerstand der Vorrichtung begrenzt wird und gelegentlich unterbrochen wird von eingebauten Temperaturbegrenzern. Erst in einer späteren Phase bestimmt die Batterie den Ladestrom durch ihre wachsende Zellspannung.Known charging devices are usually characterized in that At the beginning of a battery charge, the charging current is largely due to the internal resistance the device is limited and occasionally interrupted by built-in Temperature limiters. Only in a later phase does the battery determine the charging current through their growing cell tension.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, den Ladestrom bis zum Erreichen einer mehr als 90 %igen Volladung konstant und dabei auch von Netzspannung unabhängig zu halten. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist, eine kontinuierliche Messung der Spannung des Akkumulators während der Aufladung vorzunehmen, und zwar mit einer so hohen Genauigkeit, dass die bisher Ubliche Säuregewichimessung zur Feststellung des Ladezustandes dadurch ersetzt werden kann.An object of the present invention is to increase the charging current to achieve a full charge of more than 90% constant and at the same time also dependent on the mains voltage to keep independent. Another object of the invention is a continuous Measure the voltage of the battery during charging, namely with such a high level of accuracy that the acid weight measurement that was customary up to now was used Determination of the state of charge can be replaced by it.

Ein noch weiterer Gegenstand der Erfindung ist, mehrere Akkumulatoren unabhängig voneinander durch eine selbsttätig wirkende elektronische Schaltvorrichtung von einer gemeinsainen Ladevorrichtung aufladen zu können.Still another object of the invention is a plurality of accumulators independently of one another by an automatically acting electronic switching device to be able to charge from a common charging device.

Die Erfindung wird im folgenden Im Anschluss an die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.The invention is described below in connection with the accompanying drawing described in more detail.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 in Form eines Schaltplans die Vorrichtung zur Konstanthaltung und Abstellung des Ladestroms in Fig. 2 die Vorrichtung zur genauen Spannungsmessung und in Fig. 3 den Schaltplan des elektronischen Schalters für die Aufladung von 5 Akkumulatoren durch eine einzige Ladevorri chtung.The drawing shows the device in FIG. 1 in the form of a circuit diagram to keep the charging current constant and to turn it off in FIG. 2, the device for precise voltage measurement and in Fig. 3 the circuit diagram of the electronic switch for charging 5 batteries with a single charging device.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Transformator, dessen Sekundärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist und 2 Thyristoren 2, 3 sowie 2 Dioden 4, 5 angeschlossen ist. Die Spannung der SekundXniicklung beträgt im Effektivwert ca. viermal die vorgesehene Batteriespannung.In Fig. 1, 1 denotes a transformer, its secondary winding has a center tap and 2 thyristors 2, 3 and 2 diodes 4, 5 are connected is. The voltage of the secondary winding is approximately four times the intended rms value Battery voltage.

Die 2 Thyristoren sind gemeinsam Uber einen Widerstand 7 an eine Ausgangsklemme 8 angeschlossen, während eine zweite Ausgangsklemme 9 der Mittelanzapfung des Transformators angeschlossen ist.The 2 thyristors are connected together via a resistor 7 to an output terminal 8 connected, while a second output terminal 9 is the center tap of the transformer connected.

Ein Triggerelement 10 ist an einen Kondensator 11 sowie Uber einen Regelwiderstand 6 an den Dioden 4 und 5 angeschlossen. Eine weitere Diode 12 verbindet einen Kondensator 13 mit dem Widerstand 7.A trigger element 10 is connected to a capacitor 11 and via a Variable resistor 6 connected to diodes 4 and 5. Another diode 12 connects a capacitor 13 with the resistor 7.

Ein Potentiometer 14 ist parallel zu diesem Kondensator geschaltet.A potentiometer 14 is connected in parallel with this capacitor.

Der Potentiometer ist einem Transistor 15 angeschlossen, dessen Emitter Uber einen Widerstand 16 in Verbindung mit dem Kondensator steht.The potentiometer is connected to a transistor 15, the emitter of which Is connected to the capacitor via a resistor 16.

Ein zweiter Potentiometer 17, der Uber eine Diode 18 mit den beiden Ausgangsklemmen 8, 9 verbunden ist, steht Uber eine Zenerdiode 19 auch mit dem Kondensator 11 in Verbindung.A second potentiometer 17, connected to the two via a diode 18 Output terminals 8, 9 is connected, is also connected to the capacitor via a Zener diode 19 11 in connection.

Die Vorrichtung funktioniert wie folgt: Wenn dem Transformator 1 Wechsel Spannung zugeführt wird, liefert er abwechselnd Uber-die Dioden 4 bzw. 5 und den Regelwiderstand 6 einen Aufladestrom fUr den Kondensator 11. Je nach Einstellung des Regel widerstands erreicht dadurch der Kondensator früher oder später während jeder Halbwelle die Spannung, wo das Triggerelement 10 eine Entladung des Kondensators durch die Thyristoren 2 und 3 besorgt. Dabei wird jeweils einer der beiden Thyristoren leitend und fUhrt Uber den Widerstand 7 Ladestrom an einen den Ausgangsklemmen angeschlossenen Akkumulator 20. Die dabei entstehende Spannung über den Widerstand 7 lädt Uber die Diode 12 den Kondensator 13 zu einer entsprechenden Spannung auf. Diese Spannung wird Uber den Potentiometer 14 abgezapft und bestimmt dadurch die Leitfähigkeit des Transistors 15 so, dass bel steigender Spannung die Leitfähigkeit auch steigt. Da der Transistor 15 Uber den Widerstand 16 in der Lage ist, den Kondensator 11 zu entladen, entsteht eine Konstanthaltung des mittleren Ladestroms auf einfachste Art und Weise, indem der Zündpunkt des Triggerelements 10 bei Tendenz zu steigendem Strom spSter verlegt wird. Im wesentlichen unabhängig von dieser der Konstanthaltung dienenden Regelung findet Uber die Zenerdiode 19, den Potentiometer 17 und die Diode 18 eine von der Spannung über den Anschlussklemmen 8, 9 gesteuerte Stromregelung statt, indem der Kondensator 11 Uber diese erwähnten Glieder bei Erreichen einer einstellbaren Klemmenspannung entladen wird. Dies bedeutet, dass bei der eingestellten Klemmenspannung der Ladestrom steil abnimmt und in eine Unterhaltsladung Ubergeht. Wichtig ist dabei, dass die Entladung des Kondensators in Abhängigkeit von der.Klemmenspannung gerade vor dem nächsten Stromimpuls erfolgt.The device works as follows: When the transformer 1 change Voltage is supplied, it supplies alternately Uber-the diodes 4 or 5 and the Variable resistor 6 a charging current for the capacitor 11. Depending on the setting As a result, the capacitor reaches the control resistance sooner or later during every half-wave the voltage where the trigger element 10 discharges the capacitor worried by thyristors 2 and 3. One of the two thyristors is used in each case conductive and carries charging current through resistor 7 to one of the output terminals Accumulator 20. The resulting voltage about the resistance 7 charges the capacitor 13 via the diode 12 to a corresponding voltage. This voltage is drawn off via the potentiometer 14 and thereby determines the Conductivity of transistor 15 so that the conductivity when the voltage rises also increases. Since the transistor 15 is able to use the resistor 16, the capacitor 11 to discharge, the mean charging current is kept constant at the simplest possible Way by the ignition point of the trigger element 10 with tendency to increase Electricity will be laid later. Essentially independent of this constant maintenance Serving control takes place via the Zener diode 19, the potentiometer 17 and the diode 18 a current regulation controlled by the voltage across the connection terminals 8, 9 instead, by the capacitor 11 over these mentioned limbs when reaching a adjustable terminal voltage is discharged. This means that at the set Terminal voltage the charging current decreases sharply and turns into a maintenance charge. It is important that the discharge of the capacitor depends on the terminal voltage occurs just before the next current pulse.

In Fig. 2 bezeichnet 1 einen Digitalumwandler bekannter Art, der Uber ein Antriebselement 2 sowie 3 Transistoren 3, 4, 5 die Aussteuerung von 3 StUck LED-AnzeSgeelementen 6, 7, 8-durchfUhren kann, Die Aussteuerung erfolgt dabei mit hoher Genauigkeit gemäss der zwischen den Eingangsklemmen 11 und 12 angelegten Spannung. die Uber einen Spannungsteiler 13, 14 und einen Integrationskreis 15, 16 angelegt wird. Die Klsemmenspannung dient auch zur Stromversorgung des Gerätes, indem Uber zwei Kondensatoren 17, 18 und ellen Spannungsregler 19 eine konstante Spannung dafUr gebildet wird. Diese Anordnung gibt in digitaler Form mit einer Genauigkeit von ca. 0,5 X die Klemmenspannung wieder und eignet sich dadurch für das Messen des unter Aufladung mit einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 stehenden Akkumulators. Die hohe Genauigkeit und bequeme Ablesbarkeit bilden dabei einen für die meisten Fälle ausreichenden Ersatz für die komplizierte Säuregewichtsmessung als Kontrolle des Ladezustandes.In Fig. 2, 1 denotes a digital converter of known type, the Uber a drive element 2 and 3 transistors 3, 4, 5 the control of 3 pieces LED display elements 6, 7, 8 can be carried out, the control is carried out with high accuracy according to the voltage applied between the input terminals 11 and 12. which are applied via a voltage divider 13, 14 and an integration circuit 15, 16 will. The terminal voltage is also used to power the device by adding Uber two capacitors 17, 18 and ellen voltage regulator 19 provide a constant voltage is formed. This arrangement is in digital form with an accuracy of approx. 0.5 X the terminal voltage again and is therefore suitable for measuring the under charging with a device according to FIG. 1 standing accumulator. the high accuracy and easy readability make up one for most cases sufficient substitute for the complicated acid weight measurement as a control of the State of charge.

In Fig. 3 bezeichnen 1 und 2 die Eingangsklemmen eines elektronischen Sukzessivschalters, dessen fUnf Paare Ausgangsklemmen 3, 4, 5, 6, 7 sich fUr den Anschluss von fünf aufzuladenden Akkumulatoren eignen. Der Schalter beinhaltet fünf für den Ladestrom ausreichende Thyristoren 11, 12, 13, 14, 15. Diese Thyristoren sind jeweils einem Kleinthyristor 21, 22, 23, 24, 25 zugeordnet in der Form, dass der Kleinthyristor seinen zugeordneten Thyristor zünden kann.In Fig. 3, 1 and 2 denote the input terminals of an electronic Successive switch with five pairs of output terminals 3, 4, 5, 6, 7 for the Connection of five accumulators to be charged is suitable. The switch includes five thyristors 11, 12, 13, 14, 15 sufficient for the charging current. These thyristors are each assigned to a small thyristor 21, 22, 23, 24, 25 in the form that the small thyristor can trigger its assigned thyristor.

Alle Kleinthyristoren 21 bis 25 sind miteinander durch identische RC-Netze 99, 20 verkettet. Die fünf RC-Netze sind über fUnf identische Dioden 30 mit einem Triggerelement 31 verbunden. Anodenseitig sind die Kleinthyristoren alle miteinander durch fUnf bipolare Kondensatoren 41 verbunden. Das Triggerelement ist einem Kondensator 32 sowie einem Aufladewiderstand 33 angeschlossen. Fünf identische Lampen 35 schliessen die Kleinthyristoren der einen Eingangsklemme 1 an. Ein Kondensator 30 ergänzt die Anordnung.All small thyristors 21 to 25 are identical to one another RC networks 99, 20 concatenated. The five RC networks are via five identical diodes 30 connected to a trigger element 31. The small thyristors are all on the anode side connected to one another by five bipolar capacitors 41. The trigger element is a capacitor 32 and a charging resistor 33 are connected. Five identical Lamps 35 connect the small thyristors to one input terminal 1. A capacitor 30 supplements the arrangement.

Die Funktion ist folgende: Wenn ein pulsierender Gleichstrom z.B. von einer Ladevorrichtung gem. Fig. 1 den Elngangsklemmen 1, 2 zugeführt wird, bekommt der Kleinthyristor 21 Uber den Kondensator 36 einen Zündimpuls und zündet seinen zugeordneten Thyristor 11, so dass ein dem Klemmenpaar 3 angeschlossener Akkumulator Verbindung mit den Eingangsklemmen 2, 3 bekommt und aufgeladen wird. Zugleich fängt eine Aufladung des Kondensators 32 durch den Widerstand 33 an und verursacht nach einer gewissen Zeit Uber das Triggerelement 31 einen Zündlmpuls durch die den Kleinthyristor 22 kontrollierenden Elemente 30 und 20. Dass nicht zugleich Zündimpulse auch für die anderen Kleinthyristoren entstehen, ist dadurch verhindert, dass über die Widerstände 19 alle Kondensatoren 20 ausser gerade diesen schon aufgeladen sind. Als nun der Kleinthyristor 22 gezündet wird, löscht er zugleich den Kleinthyristor 21 durch die eintretende Umpolung des mit beiden verbundenen Kondensatoren 41.The function is as follows: When a pulsating direct current e.g. is supplied to the input terminals 1, 2 by a loading device according to FIG the small thyristor 21 via the capacitor 36 an ignition pulse and ignites its assigned thyristor 11, so that an accumulator connected to the pair of terminals 3 Connection with the input terminals 2, 3 gets and is charged. At the same time it starts a charging of the capacitor 32 through the resistor 33 and caused after a certain time via the trigger element 31 an ignition pulse through the small thyristor 22 controlling elements 30 and 20. That not at the same time ignition pulses also for The other small thyristors are prevented from occurring via the resistors 19 all capacitors 20 apart from these are already charged. As now the Small thyristor 22 is ignited, it also extinguishes the small thyristor 21 the occurring polarity reversal of the capacitors 41 connected to the two.

Weiterhin sind also Kleinthyristor 22 und Thyristor 12 leitend und ein dem Ausgangsklemmenpaar 4 angeschlossener Akkumulator wird aufgeladen. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich beim nächsten Zündimpuls vom Triggerelement 33, aber diesmal betr.Furthermore, small thyristor 22 and thyristor 12 are conductive and an accumulator connected to the pair of output terminals 4 is charged. The one described The process is repeated with the next ignition pulse from the trigger element 33, but this time re.

der Kleinthyristoren 22 und 23. Für jeden neuen Zündlmpuls verschiebt sich somit der Welteranschluss für die Eingangsklemmen eine Stufe weiter unter die Ausgangsklemmen. Da sämtliche Kleinthyristoren miteinander verkettet sind, läuft der Vorgang auch vom Klemmenpaar 7 zur-W1ederanfang bei Kleenenpaar 3 zurück.of the small thyristors 22 and 23. Shifts for each new ignition pulse thus the world connection for the input terminals a step further under the output terminals. Since all small thyristors are chained together the process also runs from pair of clamps 7 to the beginning of the spring at Kleenenpaar 3 back.

Sollte ein Klemmenpaar keinen angeschlossenen Akkumulator haben, kant der nächste ZUndimpuls bedeutend schneller, weil die unbelastete Eingangsspannung den Kondensator 32 schneller auflädt.If a pair of clamps does not have a connected accumulator, kant the next ZUndimpuls significantly faster, because the unloaded input voltage charges capacitor 32 faster.

Durch entsprechende Auswahl der elektrischen Werte auf den Elementen 31, 32 und 33 kann mUhelos erreicht werden, dass das Weiterschalten bei einem nicht belasteten Klenmenpaar sehr rasch erfolgt. Es kann dadurch ohne nennenswerter Verlust an Ladezeit auch ein elnziger Akkumulator aufgeladen werden. Die Lampen 35 dienen als Strombegrenzer für die Kleinthyristoren und zugleich als Indikatoren für den Schaltvorgang,By appropriate selection of the electrical values on the elements 31, 32 and 33 can easily be achieved that switching to one is not loaded pair of clamps occurs very quickly. It can do this without any significant loss a ninety-eight battery can also be charged at the same time as charging time. The lamps 35 serve as a current limiter for the small thyristors and at the same time as indicators for the Switching process,

Claims

Claims 1. Charging device for electrical accumulators, characterized in that a transformer (1) is arranged at a voltage whose effective value is at least twice the battery voltage, a charging current via at least one thyristor (2), whereby the conductivity of the thyristor with the help of at least one transistor (15) in negative dependence on the charging current and with the help of a Zener diode (19) in negative dependence on the battery voltage is regulated independently above a certain threshold value.

2. Loading device according to claim l, characterized in that that a voltmeter of high accuracy and with digital display of the accumulator connection is assigned so that the battery voltage is continuously made into a paste.

3. Loading device according to claim 1 or 2, characterized in that that an electronic successive switch is arranged, the output terminals of the Device with a plurality of pairs of connecting terminals for accumulators to be charged to connect automatically and in certain successions.