SE427976B - Batteriladdare med mataranslutningar for matning fran en vexelspenningskella - Google Patents

Description

20 25 30 35 nanm 14~s Huvudsyftet med uppfinningen är således att vid en batteri- laddare av det inledningsvis angivna slaget åstadkomma en an- ordning, som möjliggör automatisk omkoppling av laddningsström- men under laddningsförloppet. Vidare skall anordningen kunna åstadkomma ytterligare skyddsfunktioner, såsom skydd mot över- belastning, överhettning, överladdning (till för hög spänning), kortslutning, defekt batteri, ej inkopplat batteri och-fel- polariserat batteri.

Enligt uppfinningen uppnås huvudsyftet med en batteriladdare som har de i patentkravet l angivna särdragen. Ytterligare lämpliga särdrag framgår av underkraven.

Genom att i beroende av det anslutna batteriets polspänning hålla olika antal tyristorer ledande, kan laddningsströmmen anpassas enkelt och effektivt till rådande betingelser. Vid omkopplingen kan man i princip övergå från en ledande del- krets, som ger en viss strömstyrka,till en eller flera andra delkretsar, som ger en annan strömstyrka. Omkopplingen kan också innebära en ändring av antalet ledande delkretsar, dvs en ökning eller minskning av antalet ledande tyristorer, Exempelvis kan det vara fördelaktigt att vid laddning av ett sulfaterat batteri till en början, då batteripolspänningen är mycket låg, låta strömstyrkan vara mycket låg under en längre tid som krävs för batteriets återhämtning, därefter väsent- ligt högre för uppnående av önskad laddning samt, i slut- skedet då batteriet är nästan fulladdat, återigen Slutligen skall strömmen slås av helt vid uppnâende av maximal batteripol- lägre för att förhindra gasning. spänning resp. laddning.

Vid en särskilt enkel utföringsform användes endast två tyristorer, varvid snabbladdning åstadkommas genom inkopp- ling av båda tyristorerna, då det anslutna batteriet ännu ej kommit i närheten av fulladdat tillstånd, under det att normalladdning sker med hjälp av endast den ena tyristorn under laddningsförloppets slutskede eller vid underhållsladd- ning. 10 15 20 25 30 35 8205114-5 Den sistnämnda, enkla utföringsformen av uppfinningen be- skrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. l visar ett kopplingsschema för batteriladdarens elekt- riska kretsar; Fig. 2 visar ett spänningsdiagram, som åskådliggör funktionen hos batteriladdarens omkopplingsanordning; och Fig. 3 visar ett diagram, som åskådliggör omkopplingen mellan olika strömstyrkor under laddningsförloppet.

De i fig. 1 visade elektriska kretsarna hos batteriladdaren enligt uppfinningen innefattar en för nätanslutning avsedd transformator TR (till vänster i figuren), som lämpligen är- av ringkärnetyp och har en säkring SA 1 i primärkretsen.

I det visade exemplet har transformatorn TR två sekundärlind- ningar S1 och S2, som utgörs av var sin halva av transforma- torns TR sekundärsida och som har en gemensam mataranslutning A2, vilken är förbunden med batteriladdarens positiva batteri- polanslutning Bl (till höger i figuren) via en säkring SA 2.

Sekundärlindningarnas Sloch S2 andra mataranslutningar Al resp A3 är förbundna med katoden på var sin tillhörande tyristor TYl resp. TY2, vilkas anoder är gemensamt förbundna med bat- teriladdarens negativa batteripolanslutning B2. Tyristorn TYl är härvid kopplad till batteripolanslutningen B2 via ett mot~ stånd FR (med låg resistans), vars funktion kommer att framgå nedan.

De övriga kopplingskomponenterna i figuren utgör tillsammans en styrkrets, som arbetar i beroende av spänningen mellan bat- teripolanslutningarna Bl och B2 för styrning av tyristorer- nas ledningstillstând, så att olika stor laddningsström kan erhållas till det anslutna batteriet B. ' ____l ...___ ..._......_......_.-_..... _ _. .......-...._. , ...w-u- geesaos114-s Mellan anslutningarna Bl och B2 är tre parallella nät inkopplade via säkringen SA2, nämligen ett första nät R27, D7, LED 4 för indikering av felinkopplat (polvänt) batteri, ert andra när ni, R2, Ra, R4, Rs, oz för uppdelning ev der 5 anslutna batteriets polspänning och ett tredje nät Dl, Rl, I T3, z, D8, D9, D2 för åstadkommande av en matarf och referens- spänning till styrkretsens aktiva komponenter.

Det första nätet består av ett motstånd R27, en från minus- 10 polanslutningen B2 till pluspolanslutningen Bl ledande diod D7 och en lysdiod LED 4. Den senare bringas att lysa vid fel- aktig inkoppling av ett batteri,dvs. med batteriets pluspol- till minuspolanslutningen B2 och dess minuspol till pluspol- anslutningen Bl. Vid sådan inkoppling spärrar dioden Dl mat- l5 ningen av de övriga näten, varför tyristorerna TYl och TY2 ej tändes, och någon laddningsström kommer ej att flyta i laddningskretsarna.

Det andra nätet utgörs av en spänningsdelare med fyra serie- 20 kopplade motstånd R2, R3, R4 och R5, varvid förbindnings- punkten Pl mellan R3 och R4 via ett RC-nät R6,Cl är ansluten till styringângen El hos en första operationsförstärkare OPl, medanförbindningspunkten P2 mellan R2 och R3 via ett RC-nät R7, C2 är ansluten till styringången E2 hos en andra opera- 25 tionsförstärkare OP2. Motståndet RS utgörs av en termistor, vilken utgör ett överhettningsskydd genom att den vid upphett- ning över en viss temperatur kraftigt ökar sin resistans, var- vid punkterna Pl och P2 lägges på så hög potential, att båda operationsförstärkarna OPl, OP2 blockerar tillhörande tyris- so tbr Tyi resp TY2. , Det tredje nätet utgörs av en temperatur- och spänningsstabi- liserad matarkrets med en transistor T3, vars emitter matar de till tyristorernas styringångar anslutna styrkretsarna, ett 35 7 mellan transistorns T3 kollektor och bas inkopplat motstånd Rl,.en till transistorns T3 bas ansluten zenerdiod Z och därtill seriekopplade dioder D8 och D9. Transistorns T3 10 15 20 25 30 35 mm D14- s emitter är dessutom ansluten till två seriekopplade mot- stånd VRl och R28, varvid en referensspänning uttages från potentiometern VRl och pålägges de båda operationsförstärkar- nas OPl, OP2 referensingångar Fl resp F2 via en gemensam för- bindningspunkt F.

Vardera operationsförstärkaren 0Pl och OP2 fungerar som en Schmitt-trigger och är på utgången ansluten till basen hos var sin tillhörande transistor Tl resp T2. Dessa transis- torer strömmatas av en operationsförstärkare OP3 och är på utgângarna anslutna till tyristorernas TYl, TY2 styringångar via ett motstånd R2l resp R23, en diod D4 resp D3 och en lysdiod LED2 resp LED3 för indikering av resp tyristors tändning.

Strömmatningen av de båda transistorerna Tl och T2 sker under förutsättning att spänningsfallet över det i serie med tyris- torn TYl inkopplade motståndet FR ej överstiger ett förut- bestämt gränsvärde. Detta motstånd FR utgörs av en koppar- folieslinga, som framställts direkt på kretskortet genom etsning och som har mycket låg resistans (ca 0,019). Spännings- fallet över motståndet FR avkännes på operationsförstärkarens OP3 ingångar, ochdå spänningsfallet överstiger nämnda gräns- värde stryps matningen av transistorerna Tl och T2, varigenom båda tyristorerna TYl och TY2 släcks. Arrangemanget fungerar således som överlastskydd, så att laddningen avbryts om ström- styrkan växer över ett kritiskt värde.

Kopplingskretsen innehåller ytterligare en operationsför- stärkare OP4, vars styringång E4 är anslutentilloperations- förstärkarnas OPl och OP2 utgångar på så sätt, att operations- förstärkaren OP4 ger utsignal och tänder en lysdiod LEDl då underhâllsladdning av det anslutna batteriet inträder.

De fyra operationsförstärkarna 0Pl, OP2, OP3 och OP4 får alla sin drivspänning från transistorn T3, varför inkopp- lingen av rätt polvänt batteri B är en förutsättning för att styrkretsen skall verksamgöras och en laddningsström flyta 10 15 20 25 30 35 821951 14a5 genom den ena eller båda av tyristorerna TYl, TY2.

I fig. 2 åskådliggöres hur spänningarna på operationsför- stärkarnas OP1 och OP2 ingångar varierar med det anslutna batteriets växande polspänning. Operationsförstärkarna är så inrättade, att potentialen på resp utgång blir låg (och gör tillhörande transistor Tl resp T2 ledande) då spän- ningen på styringången UEI resp UE2 understiger spänningen på referensingången UF. Detta villkor uppfyllas inom ett positivt spänningsintervall från ca 3,5V till l4,3V resp. l4,5V. Sålunda krävs även av detta skäl inkoppling av ett batteri för tändning av tyristorerna TYl och TY2. Upp till en polspänning l4,3V triggas båda tyristorerna TYl och TY2.

Härvid flyter en ström på ca 5A genom vardera tyristorn och, om något strömuttag ej sker under laddningen, erhålles en laddningsström på ca 10A genom batteriet. Då batteriets spänning når nivån l4,3V upphör den ena operationsförstärka- ren OP2 att ge utsignal, varvid endast den ena tyristorn Til fortsätter att triggas via tillhörande operationsförstärkare OP1 och transistor Tl. Härvid sker således en automatisk om- koppling från snabbladdning med ca 10A till normalladdning med ca SA då batteriet närmar sig fulladdat tillstånd, i huvud- sak i enlighet med batteriets ideala laddningskurva.

I slutskedet följer laddningsströmmen ett förlopp i enlig- het med_fig. 3, som visar laddningsströmmen som funktion av batteriets polspänning. Då polspänningen l4,3V uppnåtts och 'tyristorn TY2 ej längre triggas, halveras strömstyrkan, var- vid batteripolspänningen, till följd av kemiska processer ï blybatteriets celler, momentant sjunker till ca l3,5V. Trots detta triggas ej tyristorn TY2 återigen, vilket beror på att omslagsnivån ligger lägre än l3,5V, nämligen vid ca l3,lV.

Om ett ökat strömuttag sker efter detta omslag, sjunker emel- lertid polspänningen till sistnämnda värde, varvid laddaren återgår till snabbladdning med ca 10A, såsom antydes streckat till vänster i fig. 3. _.. ___. _.- ._ . 10 15 &a'è”95114*5 Sedan tyristorn TY2 släckts och polspänningen sjunkit fort- sätter den âterstâende tyristorn TYl att ge en laddningsström på ca 5A till dess att polspänningen vuxit till l4,5V, då, i enlighet med fig. 2 och 3, även tyristorn TYl upphör att trigg- as av operationsförstärkaren OPl och transistorn Tl, varvid laddningsströmmen sjunker till noll momentant och polspänningen återigen sjunker. I slutskedet av laddningsförloppet följer strömstyrkan en sluten hystereskurva, såsom framgår av fig. 3.

Om batteriet är anslutet till en förbrukare, uppnås en väsent- lig fördel genom att laddning av batteriet åstadkommas även vid höga strömuttag på upp till 10A, samtidigt som gasning kan undvikas i slutskedet av laddningsförloppet. Det är även möjligt att använda batteriladdaren för underhållsladdning, varvid den undre, slutna delen av laddningskurvan i fig. 3 följes.

Ett flertal modifikationer kan genomföras av fackmannen inom ramen för efterföljande patentkrav 1.

Claims (11)

$2os114~s P A T E N T K R A V

1. l. lBatteriladdare med mataranslutningar för matning från en växelspänningskälla, nämligen en första mataranslutning (A2) förbunden med en positiv batteripolanslutning (Bl) och minst två till var sin transformatorlindning (S1,S2) anslutna andra mataranslutningar (Al,A3), som via var sin såsom lik- riktare och strömventil tjänande tyristor (Tïl, TY2) är för- bundna med en negativ batteripolanslutning (B2), varvid resp tyristors styringång är ansluten till en mellan batteripol- anslutningarna inkopplad styrkrets (0P1, Tl, OP2, T2) för styrning av laddningsförloppet i beroende av polspänningen hos ett anslutet batteri, k ä n n e t e c k n a d a v att styrkretsen är inrättad att i beroende av batteripol- spänningen hålla olika tyristorer (TYI, TY2) ledande eller släckta, varigenom olika laddningsströmstyrka erhålles under olika delar av laddningsförloppet (fig.3).

2. Batteriladdare enligt krav l, k ä n n e t e c k n a df r sa a V att styrkretsen är inrättaé,att då batteripolspännïngen passerar ett tröskelvärde ändras antalet ledande tyristorer.

3. Batteriladdare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att styrkretsen är inrättad att släcka minst en tyristorf då batteripolspänningen uppnår nämnda tröskelvärde.

4. Batteriladdare enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a d a v att styrketsen har ettrnellan batteri- polanslutningarna (Bl,B2) inkopplat, såsom spänningsdelare tjänande motståndsnät (R2, R3,R4, R5), varvid olika förbind- ningspunkter (Pl, P2) mellan närliggande motstånd är förbundna med var sin triggerkrets (OPl, TI resp OP2,T2) på så sätt, att resp triggerkrets håller tillhörande tyristor (TYl,TY2) ledande då motsvarande förbindningspunkt ligger inom ett visst spänningsintervall (fig.2).

5. S. Batteriladdare enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d anv att en spärrdiod (Dl) är inkopplad i serie med nämnda mot- 3295114- 5 ståndsnät och att ett parallellt mellan batteripolanslutning- arnainkopplatfelpolariseringsincikeringsnät (R27,D7, LED4) omfattar en från minus- till pluspolanslutningen ledande diod (D7) och ett indikeringselement (LED4).

6. Batteriladdare enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a d a v att nämnda triggerkretsar drivs av en i beroende av en minsta, rätt polariserad batteripolspänning verksamgjord matarkrets (T3, Rl, Z, D8, D9) inrättad att även avge en re- ferensspänning (via VRl) till triggerkretsarna (0Pl, TI resp. 0P2,T2).

7. Batteriladdare enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att varje triggerkrets omfattar en Schmitt-trigger, exempelvis en operationsförstärkare (OPl, OPZL med en första ingång (FI,F2) som pålägges nämnda referensspänning och en andra ingång (El,E2) som pälägges spänningen i tillhörande förbindningspunkt (Pl,P2) i nämnda spänningsdelare (R2,R3, R4,R5).

8. Batteriladdaxe enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att varje Schmitt-trigger (OPl,OP2) på utgången är an- sluten till tillhörande tyristorstyringång via en transistor (Tl,T2).

9. Batteriladdare enligt något av kraven 6-8, k ä n n e - t e c k n a d a v att ett till en av tyristorerna i serie anslutet motstånd (FR) är inkopplat till nämnda matarkrets (T3,DP3) pâ så sätt, att vid avkänning av en förutbestämd spänning över detta motstånd, motsvarande en,högsta tillåten ström genom ifrågavarande tyristor (TYl), overksamgöres åt- minstone tillhörande triggerkrets eller företrädesvis samt- liga triggerkretsar.

10. Batteriladdare enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v ' att nämnda motstånd utgörs av en folieresistans (FR). .seem 14- s

11. ll. Batteriladdare enligt något av kraven 4-10, k ä n n e - t e c k n a d a v att ett av motstånden i spännings- delarens motståndsnät utgörs av en termistor (R5) tjânande som överhettningsškydd. 12, Batteriladdare enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v att styrkretsen är inrättad att släcka samtliga tyristorer (TYI, TY2) vid avkänning av en batteri- polspänning överstigande ett förutbestämt maxvärde (fig.3).