DE3311024C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Batterieladegerät nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Batterieladegerät ist aus der US-PS 42 40 022 be­ kannt. Der Zweig des Ladekreises, in dem der Thyristor liegt, dient zu einem Schnelladen der Batterie, das bei Erreichen ei­ ner vorgegebenen Temperatur unterbrochen wird, worauf sich ein Pufferladen der Batterie über einen anderen Zweig des Ladekrei­ ses anschließt. Gemäß Fig. 3 der US-PS 42 40 022 unterbricht der temperaturabhängige Schalter den Gatekreis des Thyristors. Das Wiedereinsetzen des Schnelladens wird durch Entladen einer im Gatekreis liegenden Kapazität über einen Ableitwiderstand verhindert. Diese Schaltung befriedigt hinsichtlich der Funk­ tionssicherheit nicht voll; insbesondere ist sie relativ em­ pfindlich gegen Schwankungen der Quellenspannung.

Eine Wiedereinschaltsperre für temperaturabhängig abschaltende Batterieladegeräte ist auch aus der DE-OS 25 20 599 bekannt. Die Wiedereinschaltsperre ist hier durch eine schaltungstech­ nisch relativ aufwendige Operationsverstärkerschaltung reali­ siert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein schaltungstechnisch unaufwen­ diges, sicher zu betreibendes Batterieladegerät mit einer Wie­ dereinschaltsperre anzugeben, deren Funktion unabhängig von Schwankungen der Quellenspannung und Umgebungstemperatur ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batterieladegerät nach An­ spruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Kurzschluß von Gate und Kathode des Thyristors ermöglicht einen Schaltungsaufbau des Thyristor­ steuerkreises, bei dem ein beträchtlicher Triggerstrom über das Gate des Thyristors gezogen wird. Man verhindert so in sicherer Weise, daß der Thyristor bei wirksamer Wiedereinschaltsperre durchgeschaltet wird, auch wenn die Quellenspannung ungewöhn­ lich ansteigt oder absinkt bzw. wenn die Umgebungstemperatur beträchtlich sinkt. Es ist so eine volle Funktionstüchtigkeit des Batterieladegeräts unter entsprechenden Betriebsbedingungen gewährleistet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeich­ nungen näher beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Batterieladegerätes und

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung der Betriebsweise dieses Batterieladegeräts.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines verbesserten Batterieladegeräts. Die Batterieladeschaltung 14 umfaßt einen Abspanntransformator 2, dessen Primär­ wicklung über eine temperaturabhängige Sicherung 3 an eine Wechselspannungsquelle 1 angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung über eine Stromsicherung 5 an einen Voll­ weggleichrichter 4 angeschlossen ist. Für praktische Anwen­ dungen ist der Gleichrichter 4 parallel zu einem Stabilisator geschaltet, der eine Parallelkombination eines Glättungs­ kondensators 8 und eines Entladewiderstandes 9 umfaßt. Die temperaturabhängige Sicherung ist an den Transformator an­ geschlossen, um den Eingangskreis zu unterbrechen, wenn der Transformator unnormal aufgeheizt ist, und die Stromsicherung soll einen Überstrom verhindern, der auftreten kann, wenn die Ladeschaltung überlastet ist.

Ein Batteriegehäuse 13 ist als strichpunktiertes Rechteck dargestellt, in dem eine aufladbare Batterie, die aufgeladen werden soll, angeordnet werden kann. Das Batteriegehäuse 13 bildet einen Teil der Ladeschaltung und schließt Verbindungs­ anschlüsse a , b und c ein, die angeordnet sind, um mit dazu passenden Aufnahmeanschlüssen A, B bzw. C der Ladeschaltung 14 verbunden zu werden. Die aufladbare Batterie 6 ist zwi­ schen den Anschlüssen a und c angeschlossen. Das Gehäuse 13 umfaßt weiter einen Temperaturschalter 10, eine Diode 11 und eine temperaturabhängige Sicherung 12, die alle in Reihe zwischen den Anschlüssen b und c angeschlossen sind. Der Temperaturschalter 10 ist normalerweise geschlossen und ist angeordnet, um an einer Seitenwand der Batterie 6 befestigt zu werden und somit die normalerweise geschlossenen Kontakte zu öffnen, wenn die Batterie 6 auf eine vorherbestimmte Temperatur erwärmt ist. Zweck der Diode 11 ist, zu ver­ hindern, daß die Batterie 6 kurzgeschlossen wird, wenn die Anschlüsse a und b versehentlich miteinander verbunden werden. Die temperaturabhängige Sicherung 12 unterbricht die Ladeschaltung, wenn die Ladeschaltung versagt und die Batterietemperatur auf ein unnormal hohes Niveau ange­ stiegen ist. Der Vollweggleichrichter 4 liefert einen Ladestrom, der durch eine mit dem Anschluß A gekoppelte, an den Pluspol der Batterie führende Leitung 40 und eine mit dem Anschluß C gekoppelte, an den Minuspol der Batterie führende Leitung 50 zugeführt ist. In letzterer Leitung 50 ist ein Thyristor 7 vorgesehen, dessen Anode mit dem Anschluß c und dessen Kathode mit dem Gleichrichter 4 gekoppelt ist.

Eine Torschaltung 60 ist von der Gateelektrode des Thyristors 7 zu den Anschlüssen B, b und über die Bauteile 12, 11 und 10 mit der negativen Elektrode der Batterie 6 verbunden. Die Torschaltung 60 umfaßt einen strombegren­ zenden Widerstand 15, ein gatepulsformendes RC-Glied, das einen Kondensator 16 und einen Widerstand aufweist, und eine Diode 27. Zwischen dem Gate des Thyristors 7 und der an den Minuspol führenden Leitung 50 ist eine Rausch­ unterdrückungsschaltung geschaltet, die durch eine Parallel­ schaltung eines Widerstandes 18 und eines Kondensators 19 gebildet ist, um das Gaterauschen zu absorbieren, das auf­ tritt, wenn der Thyristor 7 an- und ausgeschaltet wird.

Eine Gatesperrschaltung 70 ist gebildet aus einem Transistor 24, dessen Kollektor an das Gate des Thyristors 7 über die Diode 27 und dessen Emitter an die Thyristorkathode angekoppelt ist. Die Basis des Transistors 24 ist durch eine Verzögerungsschaltung vorgespannt, die durch eine Reihenkombination eines Wider­ standes 20 und eines Kondensators 21 gebildet ist, die zwischen den Anschluß C und die Kathode des Thyristors 7 geschaltet sind und entsprechend parallel den umgekehrt vorgespannten Dioden 22, 23 liegen. Die Verzögerungsschaltung ist durch eine Zenerdiode 25 mit der Basis des Transistors 24 verbunden. Ein Widerstand 26 ist über die Basis und den Emitter des Transistors 24 geschaltet, um ein Vorspann­ potential zu entwickeln, wenn die gespeicherte Ladung in dem Verzögerungskondensator 21 die Durchbruchspannung der Zenerdiode 25 übersteigt.

Wie im folgenden beschrieben wird, liefert der Vollweg­ gleichrichter 24 vollweg gleichgerichtete, nicht gefilterte sinusförmige Halbwellenimpulse auf die Energieleitungen 40 und 50 zu der Batterie 6. Der Thyristor 7 wird ange­ schaltet in Abhängigkeit von einem Strom, der in der Tor­ schaltung 60 erzeugt wird, wenn der Halbwellenimpuls die Gleichstromspannung der Batterie übersteigt.

Eine Licht emittierende Diode 28 ist vorgesehen, deren Anode über einen strombegrenzenden Widerstand 30 an die positive Leitung 40 gekoppelt ist und deren Kathode über die Kollektoremitterstrecke eines Schalttransistors 29 an die zum Minuspol führende Leitung 50 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors ist über einen Widerstand 31 an das Gate des Thyristors 7 geschaltet. Wenn der Thyristor 7 angeschaltet ist, ist der Transistor 29 vorgespannt, um die LED 28 zu aktivieren und somit anzuzeigen, daß die Schaltung die Batterie 6 lädt.

Die Funktionsweise der Ladeschaltung soll nun anhand des Zeitablaufdiagramms nach Fig. 2 veranschaulicht werden.

Wenn das Batteriegehäuse 13 in Kontakt mit der Ladeschaltung 14 gebracht ist, um die Verbindung zwischen den passenden Anschlüssen A, a, B, b und C, c aufzubauen, ist ein Schalt­ kreis eingerichtet vom Gleichrichter 4 über die zum Pluspol führende Energieleitung 40, die Batterie 6, die Torschaltung 60 und über die Gatekathodenstrecke des Thyristors 7 und die zum Minuspol führende Energieleitung 50. Wenn der augenblickliche Wert der sinusförmigen vom Gleichrichter 4 entwickelten Ladespannung 100 über die Batteriespannung 101 während jeder Halbperiode der Wechselspannung ansteigt, fließt ein Strom über die Torschaltung 60, um den Kondensator 16 zu laden. Als Ergebnis fließt ein Gatestrom 102 über die Gatekathodenstrecke des Thyristors 7. Eine Ladung 103 wird in dem Kondensator 16 aufgebaut in Abhängigkeit von dem Gatestrom 102. Wenn die gespeicherte Energie im Kondensator 16 die Schwelle des Thyristors 7 erreicht, ist der letztere angeschaltet zur Zeit t ₀, um einen Weg für den Ladestrom zur Batterie 6 auf­ zubauen, und der Kondensator 16 wird über den Widerstand 17 entladen, bis die Ladespannung 100 wieder über die Batterie­ spannung 101 ansteigt. Wenn die Halbwellenspannung 100 unter die Batteriespannung 101 fällt, wird die Anode des Thyristors 7 auf ein Potential gebracht, das ungenügend ist, um den leitenden Zustand zu halten, und der Thyristor ist zur Zeit t ₁ abgeschaltet. Dieser Vorgang wird wiederholt, um den Ladebetrieb bis zur Zeit t ₂ fortzusetzen, zu der sich die Batterie bis zu einer vorbestimmten Temperatur (typischer­ weise bei 45°C) erwärmt hat, aufgrund der Joule'schen Wärme, die durch den inneren Widerstand erzeugt wird, und der Wärme, die bei der Reaktion von Gasen erzeugt wird, und der Temperaturfühler 10 wird wirksam, um die Torschal­ tung 60 zu unterbrechen. Der Thyristor 7 wird ausgeschaltet in Abhängigkeit von einer Erniedrigung der Ladespannung 100 unter die Batteriespannung 101; daher wird der Ladebetrieb zur Zeit t ₃ beendet.

Bei der Beendigung des Ladevorgangs beginnt der Verzögerungs­ kondensator 21 eine Spannung 104 aufzubauen. Wenn die Spannung am Kondensator 21 die Durchbruchspannung der Zenerdiode 25 erreicht, wird die Schaltstrecke des Schalttransistors 24 zur Zeit t ₄ leitend, um eine Kurzschlußstrecke über das Gate und die Kathode des Thyristors 7 vorzusehen und somit den Thyristor am Reagieren auf einen folgenden im Kondensator 16 entwickel­ ten Anstieg 105 der Spannung zu hindern, nachdem sich die Batterie 6 unter die kritische Temperatur abgekühlt hat, was durch den Sensor 10 zur Zeit t ₅ nachgewiesen werden kann. Wenn dies eintritt, bleibt der Kondensator 16 voll­ ständig geladen und der Widerstand 17 dient als Begrenzer des zur Kurzschlußstrecke geleiteten Stroms. Die Diode 27 bildet eine zusätzliche Vorsichtsmaßnahme gegen das uner­ wünschte Zünden des Thyristors 7, da der Spannungsabfall an der Diode 27 ausreicht, um einen Anstieg der Kollektorspannung des Transistors 24 über die Zündschwelle des Thyristors 7 zu verhindern, wenn der Transistor 24 leitend ist.

Aufgrund der eben beschriebenen Schaltungskonfiguration, umgeht der Ladestrom für die Batterie 6 den temperatur­ fühlenden Schalter 10, so daß keine Selbsterwärmung der Kontakte des Schalters 10 auftritt, und daher das Ver­ schmelzen derartiger Kontakte vermieden wird, was seiner­ seits zu einer Überladung der Batterie 6 führen könnte.

Mit der Gatesperrschaltung 70 wird verhindert, daß der Thyristor 7 in leitenden Zustand ge­ triggert wird, sogar dann, wenn während einer Nichtlade­ periode die Quellenspannung zu einem höheren Niveau an­ wächst, so daß verhindert wird, daß die Batterie 6 über­ laden wird, wenn die Ladeoperation fortgeführt wird.

Weiterhin gestattet es das Batterieladegerät, die Spannung, die über dem Gate und der Kathode des Thyristors 7 ent­ wickelt ist, als Steuerungssignal für die LED 28 zu be­ nutzen. Dies dient zur Herabsetzung der Anzahl von Schal­ tungskomponenten, die erforderlich sind für eine visuelle Anzeige des Betriebszustands.

Das Kurzschließen der Gateschaltung des Thyristors 7 liefert den weiteren Vorteil, daß die Schaltungsparameter für das den Impuls bildende RC-Glied geeignet festgelegt werden können, sowie um einen genügenden Strom zum Triggern des Thyristors 7 zu erzeugen, um so der Ladeschaltung zu ge­ statten, erfolgreich betrieben zu werden, sogar wenn die Quellenspannung relativ niedrig ist oder wenn die Umgebungs­ temperatur unter das Niveau sinkt, wo der Thyristor 7 in anderer Weise weniger triggerbar werden würde. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die temperaturab­ hängige Triggerempfindlichkeit des Thyristors 7 keinen ungünstigen Einfluß auf die Beendigung der Ladeoperation hat, weil die Ladeoperation ausschließlich in Abhängigkeit auf das Ausschalten des Temperaturfühlers 10 beendet wird. Dies sorgt dafür, daß die Batterie zu jeder Zeit mit einer konstanten Energiemenge geladen wird.

Die Verbindung des temperaturfühlenden Schalters 10 mit dem Minuspol der Batterie 6 gestattet eine Herabsetzung der Anzahl der Verbindungsanschlüsse zwischen den Schaltungen 13 und 14, wodurch geringere Herstellungs­ kosten und höhere Betriebssicherheit erreicht wird.

Claims (5)

1. Batterieladegerät mit einem Gleichrichter, der mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, mit einem Thyristor im Ladekreis, dessen Gate über ein RC-Glied, einen Vor­ widerstand und einen mit der Batterie in Wärmekontakt ste­ henden temperaturabhängigen Schalter mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist zur Beendigung des Ladevorganges der Batterie, sobald deren Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht hat und mit einer Sperreinrichtung, die die Steuerstrecke des Thyristors mit einer Steuerspannung ver­ sieht, welche nicht genügt, den Thyristor zu zünden zur Verhinderung des Wiedereinschaltens des Ladevorganges nach dessen Beendigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des Thyristors (7) an die zum Minuspol der Batterie (6) führende Leitung (50) angelegt ist und daß Steueranschlüsse der Sperreinrichtung parallel zur Reihen­ schaltung aus Steuerstrecke des Thyristors (7), RC-Glied (16, 17), Vorwiderstand (15) und temperaturabhängigem Schal­ ter (10) geschaltet sind und Gate und Kathode des Thyristors (7) beim Ansprechen des temperaturabhängigen Schalters (10) durch Arbeitsanschlüsse der Sperreinrichtung kurzgeschlossen werden.

2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sperreinrichtung (70) einen das Gate und die Kathode des Thyristors (7) überbrückenden Schalttransistor (24) sowie ein RC-Glied (20, 21), das zwi­ schen die Kathode des Thyristors (7) und den Minuspol der Batterie (6) geschaltet ist, und eine Zenerdiode (25) um­ faßt, die mit dem RC-Glied (20, 21) verbunden ist, um dem Schalttransistor (24) ein Öffnungspotential zuzuführen, sobald die Spannung im RC-Glied (20, 21) die Durchbruchs­ spannung der Diode (25) übertrifft.

3. Batterieladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das RC-Glied ( 20, 21) auf eine solche Verzögerung der Zuführung des Potentials an den Schalt­ transistor (24) eingestellt ist, daß die Kurzschlußstrecke um die Verzögerung des Gatepotentials des Thyristors (7) verzögert aufgebaut wird.

4. Batterieladegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das RC-Glied (20, 21) in Neben­ schluß mit Dioden (22, 23) zur Schnellentladung des Konden­ sators (21) des RC-Glieds geschaltet ist.

5. Batterieladegerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Batterie sich in einem Gehäuse befindet mit ei­ nem ersten Anschluß zur Verbindung des Pluspols der Batterie mit dem Pluspol des Gleichrichters und einem zweiten An­ schluß zur Verbindung des Minuspols der Batterie mit dem Minuspol des Gleichrichters, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (13) einen dritten Anschluß (b) auf­ weist, der sich innerhalb der Reihenschaltung aus Vorwiderstand und temperaturabhängigem Schalter be­ findet, und daß eine Diode (11) zwischen den dritten Anschluß (b) und dem Minuspol der Batterie geschaltet ist, um bei Ver­ bindung der ersten und dritten Anschlüsse (a, b) einen Kurz­ schluß zu verhindern.