SE524203C2 - Anordning för en batteriladdare - Google Patents

Description

25 30 n o » - .n 524 203 2 KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning för an batteriladdare som förhindrar förekomsten av gnistor när ett batteri ansluts, även om denna sker emot föreskrifterna som anger att batteriet skall anslutas innan laddaren ansluts till ett aggregat för energitillförsel, och som samtidigt förhindrar att batteriet dräneras om energitillförseln kopplas bort eller upphör att fungera. Dessutom tillhandahåller föreliggande uppfinning ytterligare särdrag som beror på dess konstruktion.

Syftet uppfylls i enlighet med den kännetecknande delen av kravet 1.

Ytterligare fördelaktiga vidareutvecklingar av föreliggande uppfinning framställs av de beroende kraven.

Enligt en aspekt av uppfinningen kännetecknas den av en anordning för en batteriladdare, vilken anordning innefattar anslutningsorgan som är anslutet till laddarens utgående ledningar, anslutningsorgan för anslutning till anslutningsstiften hos batteriet som skall laddas, innefattande organ för att detektera en spänning över laddaren utgående ledningar, organ för detektera en positiv spänning över anslutningsstiften hos ett anslutet batteri, omkopplingsorgan för att ansluta åtminstone en av de utgående ledningarna via nämnda anslutningsorgan till batteriets anslutningsstift samt ett omkopplaraktiveringsorgan som är anordnat vid nämnda spänningsdetekteringsorgan och som är konstruerat och anordnat så att det kan aktivera omkopplaren när en spänning detekteras över laddarens utgående ledningar och en positiv spänning detekteras över anslutningsstiften hos det anslutna batteriet, varigenom laddaren ansluts till batteriet.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning kännetecknas den av att nämnda omkopplar aktiveringsorgan innefattar ett relä och en l0 15 20 25 30 524 203 n n a n nu » AND-krets, vilken AND-krets bildar ett logiskt tillstånd för att aktivera nämnda relä. Vidare innefattar den en drivenhet för nämnda relä, vilken drivenhet erhåller sin drivenergi från en sekundärkrets hos laddaren.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen kännetecknas den av att den vidare innefattar en underhållskrets som kan tillhandahålla reservenergi om batterispänningen skulle falla under ett visst tröskelvärde och företrädesvis innefattar den också en underhållskrets som kan generera och stabilisera nämnda reservenergi.

Fördelarna med föreliggande uppfinning är flera. På grund av det faktum att laddaren ansluts till batteriet endast som det detekteras både en spänning från aggregatet för energitillförsel och en positiv spänning från batteriet, laddaren kan aldrig kopplas på, d.v.s. anbringa en spänning över batteriets anslutningsstift, om batteriet är anslutet även om laddaren redan är ansluten till ett aggregat för energitillförsel när batteriet är anslutet. Detta förhindrar på ett säkert sätt att gnistor uppstår när anslutningarna fästs vid batteriet, vilket därigenom förhindra gnistbildning vid anslutningen av batteriet. Därigenom finns det ingen risk för explosioner. Vidare finns det ingen risk dränering av batteriet om energitillförseln stängs av eller kopplas bort eftersom villkoret anger att också aggregatet för energitillförsel skall vara anslutet.

Konstruktionen av anordningen enligt föreliggande uppfinning tillhandahåller ytterligare särdrag och fördelar. Den förhindra kortslutning av anslutningarna till batteriet eftersom villkoret att det måste finnas en positiv spänning från batteriet inte är uppfyllt, eftersom spänningen över anslutningsstiften är nära noll, vilket därigenom bryter omkopplaren anslutning. Denna konstruktion möjliggör också ett skydd mot att man förväxlar anslutningsstiften tack vare villkoret att det måste finnas en positiv spänning från batteriet som inte uppfylls, vilket därigenom förhindra att omkopplaren sluts. . ...- 10 15 20 25 30 a n Q n en 524 203 Om batterispänningen skulle minska i en sådan omfattning att spänningen på reläets spole riskerar att bli lägre än hållspänningen, ökar underhållskretsen spänningen på spolen. Med denna konstruktion upprätthålls drivegenskapen hos reläspolen teoretiskt ner till O V på batteriet.

Sammantaget uppnår man en effektiv och samtidigt kostnadseffektiv anordning i jämförelse med kända anordningar av denna typ med avseende på funktioner och antalet komponenter.

Dessa och andra fördelar med, och aspekter av, föreliggande uppfinning kommer att framgå tydligt från den följande detaljerade beskrivningen och från de bifogade ritningarna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I den följande beskrivning av en utföringsform av uppfinningen kommer hänvisningar att göras till de bifogade ritningarna på vilka: Fig. 1 uppfinningen, och visar schematiskt konstruktionen av en batteriladdare enligt Fig. 2 funktioner enligt uppfinningen, visar schematiskt kretsen för gnistskydd med ytterligare DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett exempel på en batteriladdare som innefattar föreliggande uppfinning visa i Fig. 1. Den innefattar en primäromkopplad batteriladdare 10 av ”fly-back”-typ, vilken är känd som sådan för fackmannen inom området och kommer inte att beskrivas i detalj.

Den är försedd med energitillförselanslutningsorgan 12 för energitillförsel och är försedd med två utgående ledningar 14, 16. En av 10 15 20 25 30 524 203 ledningarna 14 är ansluten till en likriktare 18, vilken i sin tur år ansluten till en gnistskyddskrets 20 via en ledning 22.

Gnistskyddskretsen kommer att beskrivas med i detalj nedan.

Gnistskyddskretsen är anordnad med en utgående ledning 24 för anslutning till ett av anslutningsstiften hos batteriet 26. Den andra utgående ledningen 16 är anordnad för anslutning till det anslutningsstiftet hos batteriet.

Den utgående ledningen 14 från batteriladdaren är anordnad med en grenledning 28 och år separat ansluten till gnistskyddskretsen 20. En spånningsledning 29 år ansluten mellan gnistskyddsenheten 20 och spänningsmatningen hos styr- och reglerkretsarna 34. En utgående ledning 36 från spänningsmatningskretsen är ansluten till en styrkrets 38. Två ingående ledningar 40 och 42 till styrkretsen 38 år kopplade till batterianslutningsledningarna 16 respektive 24 för spånningsåterkoppling. En ingående ledning 43 för strömåterkoppling är anordnad mellan batteríanslutningsledningen 16 och styrkretsen.

Ledningen 17 för den interna matningsspånningen är ansluten till kretsen för att upprätthålla spänningen är delad och ansluten till en krets 50 för att upprätthålla spänningen, vilken år en spänningsjämförare för att övervaka den interna matningsspånningen på ledningen 17. Den interna spänningen får inte falla under 7 V.

Denna krets är i sin tur anordnad med en signalledning 52 som är ansluten till en återkopplingskrets 54. Styrkretsen 38 är också ansluten till återkopplingskretsen 54 via en ledning 56. Återkopplingskretsen är i sin tur ansluten till batteriladdaren 10 via en ledning 58. Genom signalledningen 52 till återkopplingskretsen 54 kommer ”fly-back”- huvudomkopplarenergitillförseln att tvingas att arbeta så länge att den interna spånningsnivån upprätthålls. Denna funktion är nödvändig för att upprätthålla strömmatningen till relåspolen, LEDzer och styrkretsar under pulsunderhållsladdning av batteriet .--a 10 15 20 25 30 524 203 6 Fig. 2 visar gnistskyddskretsen 20 i mer detalj. Den kan delas in i följande delar. Delen 60 innefattar en omkopplare 62 som drivs av ett relä 64 som är ansluten parallellt med en omkopplardiod 66. Reläet är av typen med öppen kontakt (”normal open contact”) som vanligtvis används i biltillämpningar. Omkopplardioden 66 är anordnad att ta hand om den induktiva strömmen under det att spolen är avstängd och att skydda en relådrivkrats 70. Den utgående ledningen 24 är anordnad med en sekundär säkring 68 för nödfallsskydd av laddaren vid exempelvis brand, nedsmältning av isoleringen hos transformatorn och liknande. Drivenheten 70 för reläet, som innefattar en omkopplings- PNP-transistor 72 och två basmotstånd 74, 76 i serie, är anordnad vid reläet och bildar en reläspoldrivenhet. Drivenheten erhåller dess drivenergi från den sekundära kretsen hos laddaren. När den nedre delen av motståndet 76 drivs till en låg potential matas strömmen från transistorns source-anslutning till spolen och reläet kommer att aktiveras.

En AND-krets 80 med två analoga ingångar är anordnad vid reläet för att bilda det logiska villkoret för att reläet skall aktiveras såsom kommer att beskrivas nedan innefattar två motstånd 82, 84 som är anslutna i serie mellan den positiva ingående och den negativa ingående ledningen till batteriet, där ett motstånd är anslutet parallellt med en kondensator 86 och en transistor 88 är ansluten med dess bas till en ledning 90, vilken i sin tur är ansluten mellan motstånden.

Emittern hos transistorn 88 är ansluten till den negativa batteriledningen 16. Kollektorn hos transistorn 88 är ansluten till emíttern hos en andra transistor 92, där kollektorn hos transistorn 92 är ansluten till de seriekopplade motstånden hos drívenheten 70. Basen hos transistorn 92 är ansluten över ett motstånd 93 till ledningen 17 via en ledning 98. Ytterligare ett motstånd 97 är anslutet mellan basen hos transistorn 92 och ledningen 16. Ledningen 98 är i sin tur ansluten mellan ledningen 28 och ledningen 16 över kondensatorn 94 och dioden » anna 10 15 20 25 30 524 203 - » . . nu 95. Vidare är en diod 96 ansluten till ledningen 98 mellan kondensatorn 94 och dioden 95 och är ansluten till ledningen 22.

Motstånden 82 och 84 avkänner batterispänningsnivån. Kondensatorn 86 har lagts till för att filtrera brus. Om spänningsnivån hos anslutningspunkten överskrider bas-emitterspännigen hos transistorn 88 är det logiska villkoret för att anslutet batteri uppfyllt.

Omkopplardioderna 95 och 96 arbetar tillsammans med kondensatorn 94 som en enkel huvudenergitillförseldetektor. När ”Hy-back”- omkopplarenergitillförseln att börja arbeta som ett resultat av att ”mains” ansluts till väggen kommer spänningen att stiga över kondensatorn 94. Om huvudtillförseln (”mains supply”) kopplas ur kommer denna spänning att falla snabbt och kommer att avaktivera reläspolen. Om spänningsnivån på transistorns 92 basledning överskrider bas-emitterspänningen och kollektor-emitterspånningen hos transistorn 88 börjar transistorn 88 att dra ström från motståndet 74 i relädrivkretsen 70. Spänningen från mains-detektorn (”mains detector”) fungerar också som en intern matningsspänning på ledningen 17.

En underhållskrets 100 är anordnad för anslutning/ bortkoppling av en reservenergienhet som innefattar en transistor 102 vars emitter är ansluten till emittern hos drivtransístorn 72. Spänningsledningen 29 är ansluten till anslutningen mellan transistorerna 72 och 102. Basen hos transistorn är ansluten till ett motstånd 104. Transistorn 102 och motståndet 104 bildar en seriellspänningsregulator och kommer att börja mata ström till relädrivenheten om emitterspänningsnivån hos transistorn 102 faller under referensspänningsnivån över en zenerdiod 122 som är ansluten mellan ledningen 16 och motståndet 104. Denna funktion kommer att garantera att reläspolen alltid har tillräckligt mycket energi för att kunna arbeta på ett riktigt sätt. Utgången från den seriella regulatorn är ansluten till ledningen 29 och används för att mata styr- och reglerenergitillförseln. 10 15 20 25 30 524 203 En underhållskrets 110 för att generera och stabilisera reservenergin är ansluten till underhållskretsen för anslutning till/ bort koppling från innefattande ett motstånd 1 12 anslutet i serie med motståndet hos underhållskretsen 100, en omkopplar diod 114 och en pulskondensator 116 och sedan till laddaren. Den positiva ledningen 108 som kommer från laddare är ansluten till omkopplaren 62 och är i underhållskretsen ansluten till en omkopplardiod 118 mellan dess omkopplar diod 114 och pulskondensatorn 116, en pulskondensator 120 mellan dioden 114 och motståndet 112 och zenerdioden 122. En grenkoppling 124 år ansluten mellan kopplingspunkten mellan kondensatorn 120 och kollektorn hos transistorn 102. Pulskondensatorerna 116 och 120 bildar tillsammans med omkopplardioderna 118 och 114 en laddningspumpkrets som kommer att skapa en spänning på 15 V till 90 V beroende på strömkällan från kretsen och fly-back”- huvudomkopplarenergitillförselns arbetsnivå. Valet av kondensatorvärde görs noggrant så att man tillför kretsen så mycket impedans att underhållskretsen 100 inte överbelastas samtidigt som den skall avge tillräckligt mycket effekt vid varje tidpunkt. En referensspänning skapas med hjälp av motståndet 1 12 och zenerdioden 122. För ett nominellt 12 V relä (”nomínal 12 V relay”) väljs denna referens spänning till 10 V.

Funktionen hos anordningen enligt uppfinningen är följande.

Gnistskyddet förhindrar förekomsten av gnistor genom NAD-kretsen.

Om energi tillförs från aggregatet för energitillförsel och från batteriet, i det att anordningen detekterar en spänning från aggregatet för energitillförsel och en positiv spänning över ett visst tröskelvärde från batteriet aktiverar drivenheten reläet och omkopplaren sluts, vilket ansluter den positiva ledningen med den utgående ledningen 24 och därigenom ansluts laddaren till batteriet. Tröskelvärdet hos spänningen från batteriet kan väljas genom att man väljer olika värden på komponenterna i AND-kretsen, till exempel en minimumspänning på - ...nu 10 15 20 25 30 524 203 1,5 V. Värdet på givetvis på batteriets nominelle värde och tillämpningen. Genom att ändra förhållandet mellan motstånden 82 och 84 kan man ändra minimumtröskelspänningsnivån.

Om energitillförseln skulle avbrytas är villkoret att det finns en spänning från aggregatet för energitillförsel inte uppfyllt för AND- kretsen med resultatet att reläet bryter anslutning av omkopplaren.

Därigenom förhindras man att batteriet dräneras av laddaren.

Om batteríspänningen skulle falla i en sådan omfattning att reläspolens spänning riskerar att bli lägre än hållspänningen, kopplas reservspänningen in av transístorn 102 till underhållskretsen lOO.

Minimumspänningsnivån för reläspolen sätts av zenerdioden 122. Med denna konstruktion upprätthålls drivegenskaperna teoretiskt ner till OV hos batteriet.

Gnistskydd uppnås i det att reläet endast sluts om både batteriet och aggregatet för energitillförsel är anslutna till laddaren. Denna konstruktion möjliggör också skydd mot att man förväxlar anslutningsstiften eftersom villkoret att det måste finnas en positiv spänning från batteriet inte är uppfyllt, vilket därigenom förhindrar att omkopplaren sluts. Som en extra säkerhetsåtgärd är den positiva ledningen försedd med en säkring. Denna aktiveras inte av att man förväxlar anslutningsstiften då anordningen så snabbt detekterar detta och bryter omkopplaren utan den är endast ett nödfallsskydd om det skulle uppstå ett fel i laddaren på grund av brand, förstörd isolering hos transformatorn och liknande.

Konstruktionen förhindrar också kortslutning av anslutningarna till batteriet då villkoret att det måste finnas en positiv spänning från batteriet inte är uppfyllt, eftersom spänningen över anslutningsstiften går mot noll, och därmed bryts anslutning av omkopplaren. ~ . a » ~ Q a . . - . . ~ u. a n n » -u 524 203 10 Det inses att utföringsformen som har beskrivits ovan och som har visats på ritningarna skall ses som ett icke-begränsande exempel på uppfinningen och att den kan modifieras på ett flertal sätt inom ramen för de bifogade patentkraven.

Som ett exempel kan många av de funktioner som har beskrivits ovan åstadkommas och utföras med hjälp av lämplig mjukvara i ett mikrochip eller liknande databärare . s--ø

Claims (5)

524 20311 PATENTKRAV

1. Anordning för en batteriladdare, innefattande anslutningsorgan 10 15 20 25 30 (14, 16) som är anslutna till de utgående ledningarna hos laddaren, anslutningsorgan (16, 24) för anslutning till anslutningsstiften hos ett batteri som skall laddas, kännetecknad av att den innefattar organ för att detektera en spänning över de utgående ledningarna hos laddaren, organ (80) för att detektera en positiv spänning över anslutningsstiften hos ett anslutet batteri, omkopplingsorgan (60) för att ansluta åtminstone en av de utgående ledningarna till anslutningsorganet till batteriets anslutningsstift, samt ett omkopplaraktiveringsorgan (70) som är anordnat vid nämnda spänningsdetekteringsorgan och som är konstruerat och anordnat så att det kan aktivera omkopplaren när en spänning detekteras över de utgående ledningarna hos laddaren och en positiv spänning detekteras över anslutningsstiften hos det anslutna batteriet, varvid laddaren därigenom ansluts till batteriet.

2. Anordning enligt krav l, kännetecknad av att nämnda omkopplaraktiveringorgan innefattar ett relä (64) och en AND- krets, vilken AND-krets utgör ett logiskt villkor för att aktivera nämnda relä.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad att den vidare innefattar en drivenhet (70) för nämnda relä, vilken drivenhet erhåller sin drivenergi från en sekundärkrets hos laddaren.

4. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av den vidare innefattar en underhållskrets (100) som kan tillhandahålla reservenergi om batterispänningen skulle sjunka under ett visst tröskelvärde. ,I 5 2 4 2 0 3 f; "rf . f: fi.. E 12 I 2 I '." '..' '..° '. " '

5. Anordning enligt krav 4, kånnetecknad av att den innefattar en underhållskrets (110) som kan generera och stabilisera nämnda reservenergi.