DE2109367A1

DE2109367A1 - Batteneladegerat

Info

Publication number: DE2109367A1
Application number: DE19712109367
Authority: DE
Inventors: Richard Bertrem Milwaukee Wis Ringle (V St A ) P
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1970-04-06
Filing date: 1971-02-27
Publication date: 1971-10-21
Also published as: CA920653A; GB1319343A; US3678363A; FR2092251A5

Description

DM -\N!i. CiIF-I..-IN-.. M. SC. Dl". -f>.vji t. DfM -fn-s

HOGEFi - STELLFkECHI - GRIt£^3i,.ACH - ^JAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Globe-Union Inc.

5757 Horth Green Bay Avenue,

Milwaukee, Wisconsin 532ol, U. S. A.

Batterieladegerät

Die Erfindung betrifft ein Batterleladegerät zxxra autoir.g.tischen Aufladen einer Batterie auf eine vorgegebene Maxi^ialspannung. Insbesondere befasst sich die Erfindung ir.it einer. System zur automatischen Viiederauf ladung einer Batterie, die einen bestimmten Zustand der Entladung erreicht hat.

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Der Batteriebetrieb von vielen Arten von elektrischen und elektronischen Geräten ist auf vielen Gebieten mit der Entwicklung kompakter Tragegeräte sunehr.er.d belieb tor geworden. Ferner v/erden Batterien häufig als genaue und rauscharne Energieversorgungen für Niederspannunrs-Messinstrurr.ente verwendet, um jedoch den Batteriebetrieb ar.ger.ehr. und v;irtschaftlich su gestalten, Küssen Mittel vorgesehen sein, uir, eine Batterie schnell und wirtschaftlieh wieder aufzuladen, wenn sie erschöpft oder entladen ist.

Das Wiederaufladen von Batterien kann unter ständiger Eeobc-cltung erfolgen, aber dieses Verfahren ist unbequer, und erfordert eine erhebliche Arbeitszeit, um den Ladevorgar.g zu überwachen, wobei optimale Ladequoten und -programme nur selten erreicht werden. Dies ist insbesondere bei den: bekannten Verfahren der Fall, bei dem im Verlauf des Ladevorgangs der Ladestrom schrittweise verringert wird. Dieses Verfahren erfordert nämlich eine ständige Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals. Um die damit verbundenen Kosten zu verringern, wurden daher die Batterien auch für eine vom Hersteller eir.pfohlene Zeit mit einem konstanten Ladestrom beaufschlagt. Anschliessend wurde dann der Ladestrom für einen zweiten festen Zeitraum erniedrigt oder die Ladung wurde mit einem Sikkerstrom fortgesetzt. Es versteht sich, dass es dabei häufig vorkam, dass die Batterien, die nach dieser Methode geladen wurden, überhaupt nicht überwacht wurden, was ζυ einer unsaeh gemässen Ladung führte. Aus diesem Grunds wurde der Ruf naci:

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automatischen Eatterieladegeräten immer lauter.

Eg wurden nun automatische Battcrieladegeräte entwickelt, bei denen eine Batterie an eine Quelle konstanter Spannung angeschlossen wurde, und zwar zur Herbeiführung einer relativ
schnellen Ladung oder solche Ladegeräte, bei denen der Batterie ein konstanter schwacher Ladestrom zugeführt wurde. Bei
den Ladegeräten, die mit einer Quelle konstanter Spannung arbeiten, wird die Batterie aufgeladen, sobald ihre Spannung
eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, wobei die Aufladung sehr schnell erfolgt. Wenn nun die Batterie jedoch stets
nahezu vollständig geladen sein soll, liegt die Schwelle, bei der ein Ladevorgang eingeleitet wird, so nahe bei der vollen Batteriespannung, dass ein schnelles Laden häufig mit eineir.
schädlichen Gasen der Batterie verbunden ist. Bei den Ladegeräten, die mit einem schwachen Strom arbeiten, wird ein Gasen verhindert. Andererseits ist der Ladevorgang so langsam, azzs solche Systeme für das Aufladen einer stark entladenen Batterie praktisch nicht mehr brauchbar sind. Ein brauchbares automatisch arbeitendes Batterieladegerät darf nun aber eine Batterie weder überladen, noch ungenügend laden. Eine Überladung hat eine Korrosion der Platten zur Folge, sowie ein überreässiges Gasen und schliesslich ein Versagen der Batterie. Ausserdem können unerwünschte Temperaturerhöhungen und Wasserverluste auftreten.

Eine ungenügende Aufladung hat mit der Zeit eine Erschöpfung

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und Verschlechterung der Zellen zur Folge. Insbesondere hat eine unzureichende Aufladung mit der Zeit zur Folge, dass einige Zellen vor den anderen erschöpft sind, und daher von den anderen Zellen der Batterie umgepolt v/erden, wodurch sich fertigungsbedingte Schwankungen besonders ungünstig auswirken.

Es wurden daher Anstrengungen unternommen, die beiden vorstehend erläuterten grundsätzlichen Möglichkeiten der Batterieladung in einem automatischen System zu kombinieren, wobei jedoch keine optimalen Ergebnisse erzielt wurden.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Batterieladegerät vorzuschlagen, in welchem die Aufladung der Batterie stetig und zuverlässig gesteuert wird, ohne dass irgendeine überwachung des Ladevorgangs durch das Bedienungspersonal erforderlich wäre.

A Diese Aufgabe, deren Lösung schon seit langer Zeit angestrebt wird, und von deren Lösung sich die Batteriehersteller einen bedeutenden Fortschritt erhoffen, wird bei einem erfindungsgemässen Batterieladegerät zum automatischen Aufladen einer Ec-.tterie auf eine vorgegebene Maximalspannung dadurch gelöst, dass eine erste in Abhängigkeit von der Batteriespannung steuerbare Begrenzungseinrichtung vorgesehen ist, die einen von einer Gleichstromquelle über einen ersten Ladestrompfad zu der Batterie fliessenden Ladestrom verringert, wenn eine vorgegebene Minimalspannung erreicht ist.

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Dabei ist es günstig, wenn die erste Begrenzungseinrichtung bei Erreichen einer mittleren Spannung zwischen der Minimal- und der Maximalspannung vollständig sperrbar ist, und wenn ein zweiter ungeregelter Ladestromkreis vorgesehen ist, der bei Erreichen der Maximalspannung vollständig sperrbar ist.

Mit dem erfindungsgemässen Ladegerät wird also eine Batterie gegebenenfalls ständig in einem voll aufgeladenen Zustand gehalten. Das Ladegerät besitzt dabei praktisch eine programmierte Arbeitsweise, wobei die einzelnen Schritte des Programms durch den Ladezustand bzw. die Klemmenspannung der Batterie bestimmt werden, die durch Messkreise des Ladegerätes abgetastet wird, wobei ausserdem der letzte Programmschritt des Ladegeräts eine Rolle spielt. Die Batterie wird auf diese Weise aus einem Zustand starker Entladung schnell auf eine vorgegebene Maximalspannung gebracht und beliebig lange auf dieser Maximalspannung gehalten. Wenn der Ladevorgang unterbrochen wird, wird er wiederholt, wobei sich jedoch für die einzelnen Programmschritte andere Zeiten ergeben.

Für den Fall, dass eine stark entladene Baterie an die Ausgangsklemmen des erfindungsgemässen Ladegeräts angeschaltet wird, beginnt der Strom von einer Speisestromquelle sofort zu der Batterie zu fliessen. Die Batterie wird dann mit einem im wesentlichen konstanten Strom auf eine vorgegebene minimale Klemmenspannung aufgeladen, die von einer Spannungsprüf- und Messvorrichtung gemessen wird. Bei Erreichen eines vorgegebe-

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nen Ladezustands wird eine Ladeströmbegrenzungsvorrichtung mit variablem Widerstand aktiviert. Der Widerstand der strombegrenzenden Vorrichtung wird durch dar, Ausgangs signal eines Spannungsmesskreises gesteuert und die Begrenzerwirkung des variablen Widerstandes erhöht sich, wenn die Batteriespannung ansteigt. Wenn die Batterie dann eine vorgegebene mittlere Spannung erreicht, wird der Ladestrom durch den den Begrenzer enthaltenden Kreis gesperrt. Nunmehr fliesst nur noch ein kleiner ungeregelter Ladestrom von der Gleichstromquelle zu der Batterie. Dieser Strom bringt die Batterie auf die vorgegebene Maximalspannung. Wenn diese Maximalspannung erreicht ist, wird auch der ungeregelte Ladestrom unterbrochen.

Auf diese Weise sorgt das erfindungsgemässe Ladegerät für die theoretisch optimale Folge einer schnellen Aufladung von einem stark entladenen Zustand bis zu einer vorgegebenen minimalen Spannung und einer entsprechend langsameren Ladung bis zum Erreichen einer mittleren Spannung und einer anschliessenden Restladung mit einem schwachen, ungeregelten Strom. Für diesen gesamten Ladevorgang ist keine überwachung erforderlich.

Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemässe Batterieladegerät noch mit Kontrollampen versehen, die anzeigen, dass die Batterie noch geladen wird oder anzeigen, dass die Batterie bereits voll geladen ist. Da die vorgegebenen Spannungspegel durch Spannungsteiler» und/oder Zenerdioden vorgegeben sind,

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können diese Pegel in einfacher Weise durch Änderung der Widerstandswerte oder durch Verwendung von Zenerdioden mit anderen Durchbruchsspannungen verwendet werden, so dass kürzere oder längere Zeiten für die schnelle oder langsame Ladung gewählt werden können und auch die Wahl der Spannungspegel den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden kann. Ausserdem ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dafü¹" Sorge getragen, dass nach Ablauf eines vollständigen Ladeprogramms der Batterie noch eine Sickerspannung zugeführt wird, die sicherstellt, dass diese jederzeit vollgeladen ist. Ausserdem ist das erfindungsgemässe Ladegerät in YJeiterbildung der Erfindung vorzugsweise mit Einrichtungen zur erneuten automatischen Einleitung eines Ladezyklus ausgerüstet, und zwar für den Fall, dass die Batterie entladen wird, dass der Ladezyklus unterbrochen wird oder dass eine neue Batterie an das Ladegerät angeschlossen wird. Sollte nämlich die Batteriespannung aus irgendeinem Grunde unter die vorgegebene Minimalspannung fallen, dann werden sowohl der erste Ladestrompfad als auch der zweite sofort wieder geöffnet, und die Batterie wird in einem neuen Ladezyklus aufgeladen .

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V/eitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können den beigefügten Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung entnommen werden, die der Erläuterung eines in der Zeichnung dargestellten. Ausführungsbeispiels der Erfindung dient.

Das gezeichnete selbsttätige Batterieladegerät ist an eine Gleichstromquelle 13 angeschlossen, deren Pluspol durch das Bezugszeichen Io und deren Minuspol durch das Bezugszeichen ausgewiesen ist. Eine aufzuladende Batterie 1*1 wird an Ladegerätausgänge 16 (positiver Anschluss) und 18 (negativer Anschluss) angeschlossen.

Die Gleichstromquelle 13 des hier gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht aus einem Zweiweggleichrichter 2o, der einem Abwärtstransformator 26 nachgeschaltet ist, dessen primärseitiger Eingang mit einer Wechselstromquelle 2*J verbunden ist, die den üblichen Haushaltwechselstrom liefert und beispielsweise Ho Volt, 6o Hz aufweist. Die mit dem Eingang des Zweiweggleiehrichters 2o verbundene Sekundärwicklung des Abwärtstransformators 26 liefert dann zum Beispiel 25,2 Volt Wechse!spannung. Der negative Gleichrichterausgang bzw. Minuspol 12 ist mit einer als Verteilerleitung ausgebildeten Masseleitung 3o verbunden. Die Masseleitung 3o führt ebenso an den negativen Ladegeräteausgang 18, wie an den einen Anschluss eines Filterkondensators 32, dessen anderer Anschluss mit dem positiven Gleichrichterausgang bzw. dem Pluspol Io verbunden ist.

Beim vorzugsweise benutzten Ausführungsbeispiel der Erfindung

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gemäss der Zeichnung steuert ein Transistor 34 den Batterieladestrom während einer zweiten Arbeitsphase während des Ladevorgangs. Der als npn-Transistor ausgebildete Transistor l^l4 wirkt dabei als variabler Serienwiderstand innerhalb des Batterieladekreises, wobei die Widerstandsänderung durch eine entsprechend veränderliche Vorspannung an der Basis 36 des Transistors 34 verursacht wird.

Ein Widerstand 38 führt von der Basis 36 zum positiven Gleichrichterausgang bzw. Pluspol lo. Der Kollektor 39 des Transistors 34 ist über eine Ladeanzeig^ampe 4o und einen dieser parallel geschalteten widerstand 42 mit dem Pluspol Io über eine Leitung 28 verbunden. Der Emitter 44 des Transistors 34 führt über einen Ladestrombegrenzungswiderstand 46 und eine Leitung 29 zum Lade gerät aus gang 16. Ein Vorspannungsviiderstand 47 liegt zwischen dem Emitter 44 und der Basis 36. Von der Gleichstromquelle 13 fliesst ein Strom über den Widerstand 38 sowie über ein der Erzeugung einer Vorspannung dienendes Netzwerk aus Widerständen 46, 47 und Dioden 48, 5o zur Leitung 29. Wenn der Widerstand 47 gegenüber dem Widerstand 46 relativ gross gewählt wird, erscheint praktisch der gesamte Spannungsfall entlang der Serienschaltung der Dioden 48, 5o als Basisvorspannung. Auf diese Weise ist der Transistor 34 an seiner Easis positiv, d.h. in Leitrichtung vorgespannt, so dass er eingeschaltet ist und einen Ladestrom zur Batterie 14 schickt. Durch den relativ niederohmigen Ladestrombegrenzungswiderstana 46 ist der Ladestrom in seiner Höhe begrenzt. V/ird angenorr.en, dass die zu ladende Batterie 14 stark entladen ist, ist ein

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Transistor 52, dessen Funktion unten noch näher erläutert v/erden soll, gesperrt und somit liefert das Netzwerk zur Erzeugung einer Vorspannung, welches aus den Widerständen 38, ¹JC, Jf7 sowie den Dioden ^8, So besteht, eine positive Vorspannung und der Transistor 3^ ist voll geöffnet. Durch die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors J>K fliesst ein stetiger Strom, durch welchen die Ladeanseigelarpe ^Jo (rot) hell aufleuchtet und "Batterieladung" anzeigt.

Sobald beim Laden der Batterie eine vorgegebene r.ittlere Spannung erreicht wird., öffnet der Transistor 52 und beeinflusst die Vorspannung an der Basis 3f des Transistors 3^ so, .dass der Ladestrom durch den Transistor 3*» begrenzt wird. Der Kollektor 5*J des Transistors 52 ist über einen Widerstand 56 r.it der Basis 36 des Transistors J>k verbunden; der Emitter des Transistors 52 liegt an der I-rasseleitung 3o. Der Transistor 52 und die mit ihm in Reihe geschalteten Widerstände 33, 56 bilden somit einen Spannungsfeiler, der eine Vorspannung für den Transistor 3% liefert. Die Basis 58 des Transistors 52 erhalt aus einem Spannungsteilerabgriff eines ersten Spannungsteilers 6o eine Steuerspannung; dieser erste Spannungsteiler 6o besteht aus der Serienschaltung von Widerständen 68 und 7o, welche einerseits an der Masseleitung 3o und andererseits über eine Serienschaltung von Dioden 62, 6£, 66 und die auf positivem Potential liegende Leitung 29 an den Ladegerätausgang 1β angeschlossen ist. Die Dioden 62 und 6*A sind Zener-Dioden. Der als npn-Transistor ausgebildete Transistor 52 wird solange gesperrt, bis die Spannung zwischen den Ladegerätausgangen 16

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und l8 die Summe der Zenerspannuhg der Dioden 62 und SH ütersteigt. Die Summe der Zenerspannungen ist gleich der vorgegebenen minimalen Spannung, bei der eine Begrenzung des Ladestromes zu beginnen hat. Das Spannungsteilernetzwerk 6o biliet dabei zusammen mit den Zenerdioden C2 und 6H einen SpannunnE-nesskreis für die Spannung zwischen den Ladegerätausgänger., wobei das Ausgangssignal des Kesskreises proportional eu cer W Spannung zwischen den Patteriepolen ist, sobald diese die Durchbruchsspannung der Zenerdioden überschreitet. Sobald cie Durchbruchs spannung der Zenerdioden überschritten v;ird," liefern die Widerstände 68 und 7o des Spannungsteilernetzwerkes 6o eine Vorspannung an die Basis 58 des Transistors 52, die geeignet ist, diesen Transistor zu öffnen.

Wenn der Transistor 52 geöffnet ist, zieht er einen Stroc Hier den Widerstand 38, der zur Folge hat, dass die Basis 36 des Transistors 3*J weniger positiv gegenüber dessen Emitter v:irä. unter diesen Bedingungen ist der Emitter-Kollektor-Kreis ces Transistors 3¹I weniger stark leitend und der Ladestron verrin- M gert sich folglich proportional zur Verminderung der Leitfähigkeit. Während des Ladevorgangs erhöht sich infolge der wachsenden Spannung zwischen den Batteriepolen,die an dem Spannungsteiler 6o anliegt, die positive Vorspannung für den Transistor 52 und damit der Strom, der über dessen Emitter-Kolleritorstrecke gezogen wird, bis der Transistor 3*1 vollständig gesperrt wird, womit das Fliessen des Ladestromes über cie Leitung 28 beendet wird. Gleichzeitig mit der Verringerung des Ladestromes durch die Leitung 28 wird das Licht der Ladear.zei-

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gelampe ko zunehmend trüber und erlischt schliesslich völlig, wenn der Ladestrom durch die Leitung 28 vollkommen unterbrochen wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Batterieladegeräts zur Ladung einer Batterie ir.it einer Nominalspannung von 12 Volt wird der Ladestrom durch die Leitung 28 vollständig unterbrochen, wenn eine vorgegebene mittlere Spannung zwischen den Batteriepolen von 13»6 Volt erreicht ist.

Ein zusätzlicher Vorteil eines Ladegeräts, das entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, besteht darin, dass das Stromsteuersystem, welches die Transistoren 52 und 3^ sowie die Zenerdioden 62 und 6h umfasst, im wesentlichen unabhängig von Schwankungen einer gegebenenfalls zur Speisung der Gleichstromquelle vorgesehenen Netzspannung oder dergleichen ist. Dies ist teilweise eine Folge davon, dass das Hauptladeprogramm des Schaltkreises mehr von den Zenerdioden 62 und 6*i, welche die Spannung zwischen den Batteriepolen abtasten, bestimmt wird als durch die Netzspannung oder den Ladestrom.

Der einzig v/irksame Ladestrom, der nach Sperrung des Transistors 3% weiterfliesst, ist, wenn man den Leckstrom durch diesen gesperrten Transistor vernachlässigt, ein ungeregelter Ladestrom, der der Batterie vom Pluspol Io über den Widerstand Ik den Leiter 3oo und die Diode 76 über den positiven Ladegerätausgang 16 zugeführt v/ird. Wegen der Differenz der Ausgangsspannung des Gleichrichters und der Batteriespannung ist die Diode 76 in Durchlassrichtung vorgespannt und erlaubt somit das

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Fliessen des ungeregelten Ladestroms. Der Widerstand 7^ ΐε- so gewählt, dass er den Ladestrom auf einen gewünschten, verr.Eltnismässig niedrigen Pegel beschränkt. Dieser ungeregelte Ladestrom lässt die Batteriespannung langsam über den vorgegebenen mittleren Spannungspegel ansteigen, bei welchem der Transistor 3¹I gesperrt wird.

Zur Erreichung des Ziels eines vollautomatischen Batterie-Ladeprogramms, welches der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, umfasst die oben beschriebene Einrichtung zur Messung der Spannung zwischen den Ladegerät-ausgangen 16, 18 weitere Hilfsmittel, die dazu dienen, ein Signal zu erzeugen,"welches anzeigt, dass die Batterie in Verlauf des Ladevorganges eine maximale Spannung erreicht hat sowie Schaltmittel, um in Abhängigkeit von diesem Signal den unregulierten Ladestrom zu unterbrechen. Die Einrichtungen zur Erzeugung des Signals umfassen grundsätzlich einen zweiten Spannungsteiler 8o, der parallel zu dem ersten Spannungsteiler βο liegt. Ein Abgriff* 92 des Spannungsteilers 8o liefert eine Spannung, welche der jeweiligen Batteriespannung entspricht. Die Schaltmittel zun: Abschalten des ungeregelten Ladestroms umfassen einen Transistorschalter, sowie einen bistabilen Multivibrator 8*ί zur Steuerung desselben. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird der Schalter 82 während des gesamten Ladevorganges für eine zu schwach geladene Batterie durch die genannten Schaltmittel in geöffneten Zustand gehalten. Der Multivibrator 8¹I ändert seinen Zustand, wenn die Spannung am Abgriff 92 des Spannungsteilers 8o anzeigt, dass die Batterie ihre für den Ladevorgang

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vorgegebene maximale Spannung erreicht hat. In Abhängigkeit von der Umschaltung des Multivibrators schliefst der Schalter 82- und leitet den ungeregelten Ladestrom zur !!asseleiturg 31 ab. Dieser Strom durchfliesst eine /mzeigelar.pe 86, deren grünes Licht anzeigt, dass die Batterie zwischen den Ladegerätausgängen 16, 18 vollgeladen ist.

Die Spannung, die den Ladezustand der Batterie anzeigt, wird von dem Abgriff 92 abgegriffen, der über einen Strorr.eerrenzungsviiderstand 9^ Kit der. Eingang des Multivibrators 8^ verbunden ist. Man ernennt, dass der Multivibrator S^ zirei Transistoren 96 und 98 enthält, deren Kollektoren über Widerstände Io2 und lo*i mit der den ungeregelten Lade s tr or. führenden Leitung loo verbunden sind. Der Kollektor I06 des Transistors 98 ist über einen Widerstand Io7 der Basis loS des Transistors 96 verbunden. Zur Vervollständigung der Inner.verbindungen des Multivibrators ist der Kollektor Ho des Transistors 96 über einen Widerstand 111 auf die Basis 112 des Transistors 98 rückgekuppelt. Bis zum Erreichen einer optimalen Eatteriespannung wird die Basis des Transistors 9S auf einer. Potential gehalten, welches nahe bei dem Potential des negativen Xasseleiters 31 liegt, und der Transistor 98 ist folglich gesperrt, während der Transistor 96 geöffnet ist. Die Widerstände SS und 9o, die zu der Einrichtung zur Messung der Spannung zwischen den Ladegerätausgängen 16, l8 gehören, sind so gewählt, dass wenn die Batteriespannung einen vorgegebenen optimalen Wert erreicht, welcher bei dem betrachteten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei 14,6 Volt liegt, die Basis

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112 des Transistors 98 positiv gegenüber den Emitter Io6 vorgespannt wird. Dies hat zur Folge, dass der Multivibrator Sk seinen Zustand ändert, d.h. der Transistor 98 wird geöffnet und der Transistor 96 wird gesperrt, wenn das Potential an der Basis Io8 fällt und die Fasis negativ gegenüber dem Emitter Ho wird. Bei geöffneter? Transistor 96 liegt der Punkt 115 der Schaltung auf einem niedrigen Potential, wodurch der Schalter 82 geöffnet bzw. der Transistor gesperrt wird. Wenn der Transistor 06 gesperrt wird, führt das daraufhin ansteigende Potential am Punkt 115 und der Strom, der durch den Kuppe!widerstand 113 zur Basis 114 des npn-Transistors 82 fliesst, zu einem Einschalten dieses Transistors. Der Widerstand des Ercitter-Kollektorkreises des Transistors 82 sinkt, was einen verstärkten Strom durch die Anzeigelampe 86 und den rat ihr in Serie liegenden Widerstand II6 zur Folge hat. Somit brennt das grüne Licht und der Strom, der zuvor über die Leitung loo floss, wird zur Kasseleitung abgeleitet. Die V.'iderstandsvierte der Widerstände 7^ und 1jl6 sind so gewählt, dass die Anodenspannur.g der Diode niedriger liegt als deren Katodenspannung, die gleich der Spannung am Ladegerätausgang ίβ ist. Hierdurch wird die Diode 76 in Sperrichtung vorgespannt und sperrt für den ungeregelten Ladestrom den Weg zur Batterie.

Ein weiteres Kerknal eines Batterieladegeräts genäss der Erfindung ist darin zu sehen, dass Kittel vorgesehen sind, die mit den Schaltet te In zur Abschaltung des ungeregelten Stror.es zusammenwirken und geeignet sind, das Ladegerät in einen Wartezustand umzuschalten, in welchem der Batterie Über den Transistor 3*1 ein Ausgleichs- bzw. Sickerstro» zugeführt wird.

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Wie oben ausgeführt, wird der Transistor 34 während des Ladevorgangs zunächst gesperrt, und zwar durch eine Spannung, die eine Folge des Ladestroms durch den Widerstand 74, öen Leiterioo und die Diode 76 ist. V/Enn dieser Strom nun durch Einschalten dos Schalters 82 unterbrochen v/ird, steuert der Transistor 34 erneut einen kleinen Siekerstrcn. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Batterie nunmehr bei 13,6 Volt gepuffert und kann ohne schädliche Folgen für eine .unbestimmte Zeit auf dieser Spannung gehalten werden.

Das hier besprochene Batterieladegerät gemäss der Erfindung enthält ferner Schaltmittel zum automatischen Neubeginn eines Ladevorgangs für den Fall, dass die Spannung zwischen den Ladegerätausgängen 16 und 18 unter die Durchbruchsspannung der Zener-Dioden 62,6*} absinkt, durch welche die vorgegebene minimale Eatteriespannung bestimmt ist. Wenn dieser .Fall auftreten sollte, kehren die Zener-Lioden in ihren Sperrzustand zurück, wodurch der Spannungsabiall über der. Spannungsteiler 60 und damit die Vorspannung für den Transistor 52 stark reduziert wird. Dieser Transistor wird somit vollständig gesperrt und wird nicht leitend. Die Spannung an seiner Kollektor 5.4 steigt steil an und öffnet den Transistor 3** vollständig. Die Spannung am Kollektor 54 liegt ferner über einen Widerstand 122 an einer Zener-Diode 12o an und übersteigt deren Durchbruchsspannung, weshalb die Zener-Diode 12o nur noch einen niedrigen Wiäerstandswert besitzt. Der sich daraufhin ergehende Strom,der durch den Widerstand 122 und die Zener-Diode 12o zur Basis loE des Transistors 96 fliesst, ist ausreichend, urr» den Transistor einzuschalten. Dies hat zur Folge, dass der andere Transistor

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98 des Multivibrators 8^i in den gesperrten Zustand zurückgesetzt wird. Die niedrige Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 96 bewirkt ferner, dass der Transistor 82 gesperrt
wird, so dass dessen Kollektor-Emitterkreis nicht leitend v;ir-d und die Anzeigelampe 86 erlischt. Des weiteren steigt die Spannung an der Anode der Diode 76, so dass diese wieder in Durchlassrichtung vorgespannt und damit leitend ist. Der ungeregelte Ladestrom fliesst nun über die Leitung loo zu der Batterie. Durch die beschriebenen Einrichtungen ist somit gewährleistet, dass das erfindungsgemässe Batterieladegerät automatisch seine Betriebsart ändert und einen neuen Ladevorgang beginnt, sobald die Spannung an den Ladegerätausgängen 16, 18 unter einen vorgegebenen Wert absinkt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei welchem die den Gleichrichter zugeführte Spannung bei 25,2 Volt liegen soll, muss der Ladestrom der Batterie zugeführt werden, bis diese
eine vorgegebene mittlere Spannung von 13,6 Volt zwischen ihren Klemmen aufweist, der ungeregelte Ladestrom ist der Batterie zuzuführen, bis sie auf eine vorgegebene maximale Spannung von 1*1,6 Volt aufgeladen ist und für den Aufbau der Schaltung des erfindungsgemässen Batterieladegeräts müssen folgende TEiIe
verwendet werden:

Dioden

Gleichrichter 2o IN ¹JoOl 4 mal

48 IN 645

5o IN 645

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	66	IN 645	2N697
	76	IN 645	211697
Zener - Dioden	62	IN 5235	2H697
	64	IH 5235	221697
Transistoren
Leistungs-
Transistor	34	4o313
	52	npn Silizium
	82	npn Silizium
	96	npn Silizium
	98	npn Silizium
Kondensatoren

5oo mF, 5o V

Widerstände	38	82o	Ohm,	2 VJ
	42	18	Ohm,	2 W
	46	3*8	Ohm,	2 W
	47	1	kOhm,	o,5 W
	56	33o	Ohm,	1 W
	68	loo	Ohm,	0,5 w
	7o	1	kOhm,	o,5 &
	74	2 00	Ohm,	Io W
	88	560	Ohm,	0,5 w

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9ο	68ο	Ohm	ο,5	W
1ο2	82ο	Ohm,	o,5	W
lo*J	1,7	Ohm,	o,5	W
1ο7	4,7	kOhm,	ο,5	W
111	2,2	kOhm,	o,5	W
113	82	kOhm,	2 W
116	2,2	Ohm,	o,5	W
122	kOhm,

Es versteht sich, dass die vorstehend in der Stückliste aufgefihrten Vierte und sonstigen Angaben nur für das als Ausführungsbeispiel erläuterte Batterieladegerät, und zwar bei den angegebenen Parametern Gültigkeit besitzen.

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Claims

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Patentansprüche

Batterieladegerät zum automatischen Aufladen einer Batterie auf eine vorgegebene Maxiir.alspannung, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste in Abhängigkeit von der Batteriespannung steuerbare Begrenzungseinrichtung (3*0 vorgesehen ist, die einen von einer Gleichstromquelle (2o) über einen ersten Ladestrompfad (28, k2, 3²J, 46) zu der Batterie (17) fliessenden Ladestrom verringert, wenn eine vorgegebene Hinimalspannung erreicht ist.

2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Begrenzungseinrichtung (3¹O bei Erreichen einer mittleren Spannung zwischen der Minimal- und der Maximalspannung vollständig sperrbar ist, und daß ein zweiter ungeregelter Ladestromkreis (7^, loo, 76) vorgesehen ist, der bei Erreichen der Maximalspannung vollständig sperrbar ist.

3. Batterieladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste, der steuerbaren Begrenzungseinrichtung (3¹O zugeordnete Steuermittel mit einer Messvorrichtung

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(60) vorgesehen sind, die zwischen den Ladegerätausgängen (16, 18) liegt, mindestens eine Zenerdiode (62, 6*0 aufweist , deren Zenerspannung die Minimalspannung bestimmt und ein Steuersignal erzeugt,welches der Batteriespannung proportional ist, und dass zwischen der Messvorrichtung (60) und der Begrenzungseinrichtung eine Steuervorrichtung (52) liegt, welche die Begrenzungseinrichtung (3*0 hinsichtlich des Grads der Begrenzung des Ladestroms vom Erreichen der Minimalspannung bis zum Erreichen der mittleren Spannung steuert.

l\. Batterieladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung einen ersten Transistor (3*0 aufweist, der als veränderbarer Serienwiderstand im ersten Ladestrompfad liegt, und dass die Steuervorrichtung zur Steuerung des ersten Transistors (3*0 einen zweiten Transistor (52) enthält, der das Basispotential des ersten Transistors (3*}) so beeinflusst, dass der erste Transistor (3¹O bis zum Erreichen der Minimalspannung einen maximalen Ladestrom und dann bis zum Erreichen der mittleren Spannung einen bis auf Null abnehmenden Ladestrom durchlässt.

5. Ladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Sperren des zweiten Ladestrompfads eine zweite Messvorrichtung (9o) vorgesehen ist, die eine, zweite Steuervorrichtung (82) beaufschlagt, die den ungeregelten zwei-

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ten Ladestrompfad dann unterbricht, wenn die Maximalspannung erreicht ist.

6. Batterieladegerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung z«r Zuführung eines Sl'/.-kerstromes zu der Batterie (17) vorgesehen ist.

7. Batterieladegerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anzeigevorrichtung (^o) vorgesehen ist, die anzeigt, dass ein Strom in den ersten Ladestrompfad f"liesst und/oder dass eine zweite Anzeigevorrichtung (86) vorgesehen ist, die anzeigt, dass die Batterie vollgeladen ist.

8. Batterieladegerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einrichtungen vorgesehen sind, um bei Absinken der Batteriesparnung unter einen vorgegebenen Xert einen erneuten Ladevorgang einzuleiten.

9. Batterieladegerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messvorrichtung ausser mindestens einer Zenerdiode (62, 6H) einen Spannungsteiler (60) enthält.

lo. Batterieladegerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste

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Transistor (3^) der Begrenzungseinrichtung mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke im ersten Ladestrompfad liegt, und dass der zweite Translator (52) in der die Begrenzungseinrichtung ansteuernden ersten Steuervorrichtung an die Basis des ersten Transistors (3*0 angeschlossen ist und diesen so aussteuert, dass der Kollektor-Emitter-Strom des ersten Transistors (3¹J) im selben Masse abnimmt, in w welchem die Ausgangsspannung des Spannungsteilers (6o) der ersten Messvorrichtung ansteigt, sobald die Zenerdioden (6o, 64) leitend geworden sind.

11. Batterieladegerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ungeregelte zweite Ladestrompfad eine Diode (76) enthält, deren Anode zur Gleichstromquelle (13) und deren Katode zu. einem Ladegerätausgang (16) weist, und dass die zweite Steuervorrichtung zur Abschaltung des ungeregelten Ladestroms einen dritten Transistor (82) enthält, der durch den Ausgang (92) der zweiten Messvorrichtung (8o) gesteu- M ert ist und die Diode (76) in Sperrichtung vorspannt, sobald die Maximalsparaiung erreicht ist.

12. Ladegerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messvorrichtung (8o) einen Spannungsteiler (88_a 9o) enthält, dessen Ausgang (92) das Steuersignal für den dritten Transistor (82) liefert.

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13. Batterieladegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (9o) parallel zu dem Spannungsteiler (6c) der ersten Messvorrichtung liegt,und dass der Ausgang (92) des Spannungsteilers (9o) der zweiten Messvorrichtung mit dem Setzeingang eines Flip-Flops (84) verbunden ist, welches bei Erreichen der Maximalspannung gesetzt wird und dabei mit seinem Ausgang den dritten Transistor (82) so ansteuert, dass dieser leiten: wird und den ungeregelten Ladestrom unterbricht.

lh. Batterieladegerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kueksetzeingang des Flip-Flops (8H) ein Rücksetzsignal erhält, wenn die vorgegebene Minimalspannung unterschritten wird, so dass die zweite Steuervorrichtung den ungeregelten zweiten Ladestrornpfad erneut freigibt.

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