DE3827045A1 - Verpolungsschutzeinrichtung fuer akkuladegeraete - Google Patents
Verpolungsschutzeinrichtung fuer akkuladegeraeteInfo
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- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/0034—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using reverse polarity correcting or protecting circuits
Description
Die Erfindung betrifft eine Verpolungsschutzeinrichtung für
Akkuladegeräte, bei welcher die Akkus oder Akkupacks, die ggf.
mit Temperaturfühlern ausgestattet sind, in beliebiger Polung
anschließbar sind.
Ladegeräte zum Aufladen von Akkumulatoren können nur dann sinn
voll eingesetzt werden, wenn die zu ladenden Akkus in richtiger
Polung in die für den jeweiligen Akkutyp bestimmte Aufnahme
eingesteckt werden. Die meisten Akkuladegeräte sind zwar mit
einem Verpolungsschutz ausgestattet, der verhindert, daß das
Ladegerät oder der Akku beschädigt wird, jedoch bemerkt der
Betreiber eines falsch eingesteckten Akkus erst nach längerer
Zeit den Fehler, indem der Akku ungeladen bleibt.
Bei manchen Ladegeräten sind durch entsprechende mechanische
Ausgestaltungen, zum Beispiel Nasen oder unsymmetrische Anord
nung der Anschlüsse, Vorkehrungen gegen ein Falscheinstecken
bei normalem Gebrauch getroffen worden. Diese Vorkehrungen ver
sagen aber meist bei kräftigem Zupacken und Einstecken des
Akkupacks in den dafür vorgesehenen Ladeschacht, so daß trotz
dieser Vorkehrungen Beschädigungen an Ladegerät und Akku nicht
sicher vermieden werden können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mög
lichkeit zu schaffen und eine Lösung anzugeben, die bei belie
big gepoltem Anschließen des Akkus an das Ladegerät ein ord
nungsgemäßes und vorschriftsmäßiges Laden des Akkus gestattet.
Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung durch die im Haupt
anspruch angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Gegenstan
des der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die vorgeschlagene Lösung wird somit der Vorteil erzielt,
daß Akkumulatoren in beliebiger Polung mit ihrem Ladegerät ver
bunden werden können, ohne daß dieses zu Beschädigungen an
beiden Geräten führt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines durch Zeichnungen
erläuterten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Akkuladegerätes mit einer
Verpolungsschutzeinrichtung,
Fig. 2 ein prinzipielles Stromlaufdiagramm einer Spannungs
meßeinrichtung,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Steuereinrichtung,
Fig. 4
und 5 Impulsdiagramme zur Veranschaulichung des Betriebs
ablaufs in dem Akkuladegerät, der Spannungsmeßein
richtung und der Steuereinrichtung,
Fig. 6 ein alternatives Prinzipschaltbild einer Steuer
einrichtung und
Fig. 7
und 8 Impulsdiagramme zur Veranschaulichung des Betriebs
ablaufs im Akkuladegerät und der alternativen Steuer
einrichtung.
In Fig. 1 ist das Prinzip eines Akkuladegerätes mit eingebauter
Verpolungsschutzeinrichtung dargestellt. Es besteht aus einer
an sich bekannten Ladeschaltung (LS) und ggf. einer Temperatur
meßeinrichtung (TM), die immer dann vorgesehen ist, wenn es
sich bei dem Ladegerät um ein für Akkuschnelladung geeignetes
Gerät handelt.
Der zu ladende Akkumulator (A 1, A 2) wird über eine Buchsenan
ordnung (BU 1 bis BU 3), die sich beispielsweise in einem Steck
schacht des Ladegerätes befinden kann, mit diesem verbunden.
Fig. 1 zeigt die beiden alternativen Anschlußmöglichkeiten
eines Akkumulators; die erste über der gestrichelten Linie (G),
die zweite unterhalb derselben. Die drei Anschlußbuchsen (BU 1
bis BU 3) werden über eine aus den Schaltern (K 1 bis K 8) be
stehende Schalteranordnung, gesteuert von einer Steuerein
richtung (LOG), mit einer Meßeinrichtung (ME), der Ladeschal
tung (LS) und einer Temperaturmeßeinrichtung (TM) in einer
Weise verbunden, die sowohl eine Beschädigung des Ladegerätes,
als auch des Akkumulators vermeiden soll und die im folgenden
beschrieben wird.
Nachdem der Akkumulator mit seinen Kontakten durch Einstecken
in den dafür vorgesehenen Schacht mit dem Ladegerät verbunden
ist, wird dieses eingeschaltet oder gestartet. Zu Beginn, zu
einem Zeitpunkt also, wo man noch nicht weiß, in welcher Polung
der Akkumulator mit dem Ladegerät verbunden ist, befinden sich
die Steuersignale (K 1 bis K 8), welche die Steuereinrichtung
(LOG) erzeugt, auf ihrem Ruhepegel, so daß alle Schalter (K 1
bis K 8) geöffnet sind. Der Flip-Flop (FF) der in Fig. 3
dargestellten Steuerschaltung wurde mit dem Einschalten oder
Starten über ein Startsignal (ST) an seinem Setzeingang (S)
gesetzt, so daß er das Ausgangssignal (T 1) als ein Signal
erzeugt, das sich im Arbeitspegel befindet, wohingegen das
Signal (T 2) den hierzu inversen Pegel aufweist. Unter der
Annahme einer positiven Logik befindet sich also das Signal
(T 1) auf binär (1) = positiver Pegel und das Signal (T 2) auf
binär (0) = Bezugspegel.
Das Ausgangssignal (T 1) des Flip-Flop (FF) entspricht auch den
Steuersignalen (k 6 und k 7), welche die Schalter (K 6 und K 7) be
tätigen und damit die Buchse (BU 1) an den Eingang (b) der Meß
einrichtung (ME) und die Buchse (BU 2) an deren Eingang (a)
anlegen.
Es gibt nun die beiden Möglichkeiten, daß entweder der Pluspol
des Akkumulators oder der freie Anschluß des Temperaturfühlers
(Th 2) anliegen. An Buchse (BU 2) liegt dann entweder der
Minuspol (-) dieses Akkumulators oder der Anschluß des
Temperaturfühlers, der mit dem Minuspol des Akkumulators
verbunden ist.
Im ersteren Fall stellt die Meßeinrichtung (ME) das Anliegen
einer Spannung an den beiden Buchsen fest, indem das Prüfrelais
(P 1) über die in diesem Falle richtig gepolte Diode (D 1) an
spricht. Der Kontakt (p 1) schaltet nun die Meßleitung (ML 1) vom
Bezugspotential Erde (Masse) auf einen entsprechenden positiven
Pegel. Dieses hat zur Folge, daß in der Steuereinrichtung in
Fig. 3 die nun an der UND-Schaltung (U 1) anliegenden Signale
(T 1 und ML 1) diese durchschalten, so daß sie an ihrem Ausgang
die Steuersignale (k 1, k 3 und k 5) abgeben kann, welche die
Schalter (K 1, K 3 und K 5) betätigen.
Das invertierte Ausgangssignal der UND-Schaltung (U 1), das im
Inverter (I) invertiert wurde, und an einem Verzögerungsglied
(D) und einer weiteren UND-Schaltung (U 3) anliegt, hat keine
Wirkung auf den Flip-Flop (FF) und die UND-Schaltung (U 3).
Somit bleiben die Steuersignale (k 2, k 3 und k 4) auf dem Bezugs
pegel, indem sie die ihnen zugeordneten Schalter (K 2, K 3 und
K 4) nicht schließen können.
Die nun geschlossenen Schalter (K 1, K 3 und K 5) legen die Lade
schaltung (LS) und die Temperaturmeßeinrichtung an die jeweils
richtigen Buchsen, so daß der Akkumulator ordnungsgemäß geladen
werden kann.
Ist der Akkumulator in der unterhalb der gestrichelten Linie
(G) dargestellten Weise angeschlossen, dann stellt die Meßein
richtung (ME) an ihren Eingangsklemmen keine Spannung fest, so
daß sie zunächst kein Ausgangssignal (ML 1 bzw. ML 2) erzeugt,
was bedeutet, daß über die Meßleitung (ML) von der Meßeinrich
tung zur Steuereinrichtung (LOG) nur der Bezugspegel übertragen
wird.
In der Steuereinrichtung hat das die Folge, daß das invertierte
Ausgangssignal der UND-Schaltung (U 1), das nunmehr einen
positiven Pegel aufweist, an die UND-Schaltung (U 3) angelegt
wird. Nach einer Verzögerungszeit (tD), die in dem Verzöge
rungsglied (D) erzeugt wird, gelangt dieses Signal zum Rück
setzeingang des Flip-Flops (FF), so daß dieser umkippt und nun
mehr ein Ausgangssignal (T 2) mit positivem und ein Ausgangs
signal (T 1) mit dem Bezugspegel erzeugt. Wenn das Ausgangs
signal (T 2) nun an der UND-Schaltung (U 3) anliegt, erzeugt
diese ein Ausgangssignal mit positivem Pegel, das als Steuer
signale (k 7 und k 8) an die Schalter (K 7 und K 8) sowie an eine
UND-Schaltung (U 2) angelegt wird.
Mit dem Schließen der Schalter (K 7 und K 8) wird nun der Akku
mulator, von dem angenommen wurde, daß er die unter der ge
strichelten Linie (G) dargestellte Anschlußlage aufweist, so
angeschlossen, daß dann der Pluspol des Akkumulators an dem
Eingang (b) und der Minuspol am Eingang (a) der Meßeinrichtung
(ME) liegt. Dadurch kann das Prüfrelais (P 1) ansprechen und auf
die bereits erwähnte Weise das Signal (ML 1) erzeugen, das über
die Meßleitung (ML) zur Steuereinrichtung übertragen wird. Das
Signal (ML 1) gelangt in der Steuereinrichtung auch zur
UND-Schaltung (U 2), so daß deren logische Bedingung erfüllt ist
und diese die Steuersignale (k 2, k 3 und k 4) erzeugt, die nun
die Schalter (K 2, K 3 und K 4) schließen, so daß der Akkumulator
mit der richtigen Polarität mit der Ladeschaltung und der
Temperaturfühler auf die richtige Weise mit der
Temperaturmeßeinrichtung (TM) verbunden sind.
Die Impulsdiagramme in den Fig. 4 und 5 zeigen im einzelnen den
zeitlichen Verlauf der Steuersignale in der Steuerschaltung für
die beiden unterschiedlichen Fälle möglicher Akkupolungen beim
Anschluß desselben an das Ladegerät.
Eine etwas einfachere Steuereinrichtung zeigt Fig. 6, die
dann verwendet werden kann, wenn die Meßeinrichtung (ME) nicht
nur die Polarität des angeschlossenen Akkus anhand einer
Spannungsmessung, sondern auch an einer Widerstandsmessung
feststellen kann. Dazu erhält die Meßeinrichtung einen
prinzipiellen Aufbau, wie er in Fig. 2a dargestellt ist. Die An
schlußleitungen (a und b) werden parallel an die Eingänge einer
Spannungsmeßeinrichtung (UM) und einer Widerstandsmeß
einrichtung (WM) geführt. Sind die Eingangsleitungen (a und b)
mit Buchsen verbunden, an welchen die Akkuzellen liegen, dann
spricht die Spannungsmeßeinrichtung (UM) an und erzeugt das
Ausgangssignal (ML 1). Sind dagegen die Anschlußleitungen (a und
b) der Meßeinrichtung (ME) mit Buchsen verbunden, an denen der
Temperaturfühler liegt, dann spricht die Widerstands
meßeinrichtung (WM) an, die dann das Ausgangssignal (ML 2) er
zeugt.
Bei einer Meßeinrichtung nach Fig. 2a kann auch in der Steuer
einrichtung der Schalter (K 8) entfallen, so daß sie, da sie nun
das Steuersignal (K 8) nicht mehr zu erzeugen braucht, einfacher
gestaltet werden kann. Diese Vereinfachung basiert auf der
Überlegung, daß es genügt, die Verhältnisse an den Buchsen (BU 1
und BU 2) oder (BU 2 und BU 3) zu überprüfen, in welch letzterem
Fall der Schalter (K 6) anstelle des Schalters (K 8) und das
Steuersignal (k 6) anstelle des Steuersignales (k 8) entfallen
kann. An dem jeweiligen Buchsenpaar (BU 1/BU 2 oder BU 2/BU 3)
liegt dann, je nach Polung des eingesteckten Akkus, mindestens
eine Akkuzelle oder ein Temperaturfühler.
In Fig. 6 ist eine Steuereinrichtung dargestellt, bei der nur
das Buchsenpaar (BU 1/BU 2) für die Prüfung der Polarität ver
wendet wird. Somit fehlt der Schalter (K 8), und das für seine
Steuerung benötigte Steuersignal (k 8) kann entfallen.
Gestartet wird die Einrichtung nach Fig. 6 durch ein Signal
(T 1), das gleichzeitig auch die Steuersignale (k 6 und k 7)
repräsentiert. Daher werden die Schalter (K 6 und K 7) geschlos
sen und das genannte Buchsenpaar an die Eingangsleitungen (a
und b) der Meßeinrichtung (ME) angelegt. Liegt nun die Akku
zelle oder liegen die Akkuzellen bei einem Akkupack an den
Buchsen an, dann spricht die Spannungsmeßeinrichtung (UM) mit
der Erzeugung des Steuersignales (ML 1) an. Damit ist die
Bedingung für die UND-Schaltung (U 1) erfüllt, wodurch die
Steuersignale (k 1, k 3 und k 5) erzeugt werden, welche die
Schalter (K 1, K 3 und K 5) schließen. Damit wird die Ladeschal
tung (LS) und ggf. der Temperaturfühler (TM) in der richtigen
Polarität an den Akku angeschlossen.
Ist die Polarität des eingesteckten Akkus allerdings so, daß an
dem Buchsenpaar (BU 1/BU 2) die Anschlüsse des Temperaturfühlers
anliegen, dann erzeugt in der Meßeinrichtung (ME) die Wider
standsmeßeinrichtung (WM) das Steuersignal (ML 2), das dann
seinerseits die UND-Schaltung (U 4) durchschaltet, die ihrer
seits die Steuersignale (k 2, k 3 und k 4) erzeugt. Damit werden
die Schalter (K 2, K 3 und K 4) geschlossen, wodurch bewirkt wird,
daß der Akku mit der richtigen Polarität an die Ladeschaltung
und die Temperaturmeßeinrichtung angeschlossen wird. Die Dia
gramme in den Fig. 7 und 8 zeigen den zeitlichen Verlauf der
Steuersignale in der Steuereinrichtung nach Fig. 6 für die
beiden Möglichkeiten, mit denen der Akku in den Akkuschacht des
Ladegerätes eingesteckt wurde.
Eine Reihe von Akkuladegeräten enthalten bereits Mikroprozesso
ren, die mit Analog-/Digital-Wandlern und Digital-/Analog-Wand
lern verbunden sind und für die notwendigen Meß- und Steuervor
gänge verwendet werden. Die vorliegende Verpolungsschutzein
richtung kann ohne weiteres in solche intelligente Systemein
heiten integriert werden.
Im Ladegerät müssen auch bestimmte Funktionen, die der Sicher
heit dienen, berücksichtigt werden, beispielsweise das Öffnen
aller Schalter bei Netzausfall. Dieses ist in den Steuerein
richtungen nach den Fig. 3 und 6 bereits der Fall, wenn die
Signale (T 1 und T 2) auf den Bezugspegel abfallen, was immer
dann der Fall ist, wenn der Flip-Flop (FF) abgeschaltet wird.
Auch Mikroprozessoren können abnormale Betriebszustände fest
stellen und entsprechend darauf reagieren.
Claims (8)
1. Verpolungsschutzeinrichtung für Akkuladegeräte, bei
welcher die Akkus oder Akkupacks, die ggf. mit Temperatur
fühlern ausgestattet sind, in beliebiger Polung anschließbar
sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (LOG;
Fig. 1) vorgesehen ist, welche die Akkuanschlüsse (BU 1 bis BU 3)
über erste steuerbare Schalter (K 6 bis K 8) zunächst nur an eine
Meßeinrichtung (ME) zur Feststellung der Polarität des Akkus
und dann, in Abhängigkeit vom Meßergebnis, über zweite (K 1, K 3,
K 5) oder dritte (K 2, K 3, K 5) steuerbare Schalter mit der ent
sprechenden Polarität an eine Ladeschaltung (LS) und ggf. an
eine Temperaturmeßeinrichtung (TM) anschließt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß steuerbare Schalter (K 1 bis K 8; Fig. 1) vorgesehen sind,
die von einer Steuereinrichtung (LOG), welche Steuersignale (k 1
bis k 8) zur Betätigung der steuerbaren Schalter erzeugt, derart
steuerbar sind, daß zunächst alle Schalter geöffnet sind, daß
dann mittels erster Steuersignale (K 6, K 7) die Schalter (K 6,
K 7) einer ersten Schaltergruppe geschlossen werden, welche An
schlüsse (BU 1, BU 2) einer ersten Anschlußgruppe des angeschlos
senen Akkus (A 1, A 2) mit einer Meßeinrichtung (ME) verbindet,
die bei Feststellung der richtigen Polarität ein Signal (ML 1)
an die Steuereinrichtung überträgt, so daß diese mittels
zweiter Steuersignale (k 1, k 3, k 5) Schalter (K 1, K 3, K 5) einer
zweiten Schaltergruppe schließt, die den Akku an eine Lade
schaltung (LS) und einen ggf. vorhandenen Temperaturfühler
(Th 1) an eine Temperaturmeßeinrichtung (TM) anschließen, daß
aber, wenn die Spannungsmeßeinrichtung (ME) keine Spannung
feststellt, die Steuereinrichtung dritte Steuersignale (k 7, k 8)
erzeugt, die Schalter (K 7, K 8) einer dritten Schaltergruppe
schließen, welche Anschlüsse (BU 2, BU 3) einer zweiten Anschluß
gruppe des angeschlossenen Akkus mit der Meßeinrichtung (ME)
verbindet, die bei Feststellung der richtigen Polarität das
Signal (ML 1) an die Steuereinrichtung überträgt, so daß diese
mittels vierter Steuersignale (k 2, k 3, k 4) Schalter (K 2, K 3,
K 4) einer vierten Schaltergruppe schließt, die den Akku an die
Ladeschaltung (LS) und einen ggf. vorhandenen Temperaturfühler
(Th 2) an eine Temperaturmeßeinrichtung (TM) mit der richtigen
Polarität anschließen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die steuerbaren Schalter (K 1 bis K 8; Fig. 1)
Relais sind, deren Wicklungen von den Steuersignalen (k 1 bis
k 8) der Steuerschaltung (LOG) beaufschlagt werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die steuerbaren Schalter (K 1 bis K 8) elektro
nische Schalter sind, deren Steuerelektroden von den Steuer
signalen (k 1 bis k 8) beaufschlagt werden.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (ME; Fig.
1) eine Spannungsmeßeinrichtung ist, die über einen weiten
Betriebsbereich, dessen unterste Grenze der Spannung einer
tiefst entladenen Zelle und deren obere Grenze der Summe aller
vollgeladenen Zellen des größten ladbaren Akkupacks entspricht,
arbeitet und, wenn sie das Vorliegen einer Spannung feststellt,
ein Steuersignal (ML 1) erzeugt.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (ME)
sowohl eine nach Anspruch 5 gekennzeichnete Spannungsmeßein
richtung (UM) als auch eine Widerstandsmeßeinrichtung (WM)
enthält, die über den weiten Bereich der Widerstandswerte
zugelassener Temperaturfühler arbeitet und, wenn sie einen
solchen Widerstand feststellt, ein Steuersignal (ML 2) erzeugt,
wobei immer nur eine der beiden Meßschaltungen ein Steuersignal
erzeugen kann.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (LOG)
von dem Steuersignal (ML 1) der Meßeinrichtung (ME) in zwei
Phasen (T 1, T 2) gesteuert wird, wobei in der ersten Phase (T 1)
ein erstes Buchsenpaar (BU 1/BU 2) darauf geprüft wird, ob an ihm
Akkuzellen anliegen und nur, wenn dieses nicht der Fall ist, in
der daran anschließenden zweiten Phase (T 2) ein zweites
Buchsenpaar (BU 2/BU 3) geprüft wird, ob Akkuzellen an ihm ange
schlossen sind, wobei in der ersten Phase Steuersignale erzeugt
werden, die sich von den Steuersignalen der zweiten Phase da
durch unterscheiden, daß sie die ihnen zugeordneten Schalter so
schließen, daß die Polarität an der Ladeschaltung (LS) und der
Temperaturmeßeinrichtung (TM) entgegengesetzt zueinander sind.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung
(LOG) nur in einer Phase (T 1), jedoch in Abhängigkeit von den
Steuersignalen (ML 1, ML 2) der in Anspruch 6 gekennzeichneten
Meßeinrichtung (ME) derart betrieben werden, daß nur ein
Buchsenpaar (z. B. BU 1/BU 2) überprüft wird, wobei an ihm ent
weder Akkuzellen oder ein Temperaturfühler angeschlossen ist,
wobei in Abhängigkeit davon Steuersignale erzeugt werden, die
sich wiederum dadurch unterscheiden, daß sie Schalter schlies
sen, die den zu ladenden Akku an die Ladeschaltung (LS) und die
Temperaturmeßeinrichtung (TM) mit zueinander entgegengesetzter
Polarität anschließen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883827045 DE3827045A1 (de) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Verpolungsschutzeinrichtung fuer akkuladegeraete |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883827045 DE3827045A1 (de) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Verpolungsschutzeinrichtung fuer akkuladegeraete |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3827045A1 true DE3827045A1 (de) | 1990-02-22 |
Family
ID=6360532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883827045 Withdrawn DE3827045A1 (de) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | Verpolungsschutzeinrichtung fuer akkuladegeraete |
Country Status (1)
Country | Link |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |