DE2402182A1

DE2402182A1 - Ladeschaltung fuer akkumulatoren

Info

Publication number: DE2402182A1
Application number: DE2402182A
Authority: DE
Inventors: Haruhisa Furuishi; Katsuaki Kawamoto; Yoneji Koyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-01-19
Filing date: 1974-01-17
Publication date: 1974-08-08
Also published as: GB1421083A; DE2402182B2; FR2214989A1; CA1007698A; FR2214989B1; IT1008136B

Description

PotentanwäFte
Dipl. Ing,C.Wallach'

Dipl. ing. G. Koch 17· Januar 1974

Dr. T. Haibach

S München 2 14 520 - Fk/foe

Kaufingerstr.8,TeI.24O275

Matsushita Electric Industrial Co.« Ltd. Osaka /Japan

Ladeschaltung für Akkumulatoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladesohaltung für Akkumulatoren und insbesondere auf Ladeschaltungen mit einer Hochfrequenz-Betriebsspannungsversorgung und einer Steuerschaltung zur Verhütung einer überladung des Akkumulators« die einen geringen Aufwand aufweist«

Es sind Ladesohaltungen für Akkumulatoren bekannt« bei denen die Betriebsspannung aus einem Üblichen Wechselstromnetz gewonnen wird und die einen Niederfrequenz-Transformator aufweisen, bei dem die Primär- und Sekundärwicklungen isoliert sind» Bei derartigen Ladeschaltungen wird die Batterieladung auf der Sekundärseite gesteuert und es besteht daher keine Notwendigkeit für irgendwelche speziellen Isolationseinrichtungen für diesen Zweck. Um die Größe und das Gewicht einer Ladesohaltung und die Herstellungskosten einer derartigen Ladeschaltung zu verringern« hat es sich als zweckmäßig herausgestellt« daß es aus Gründen der Verringerung der Größe« des Gewichtes und der Herstellungskosten zweckmäßiger ist« die erforderliche Stromsteuerung auf der Primärseite eines Hochfrequenz-Wandlers durchzuführen« so daß es nicht erforderlich 1st« die Stromsteuerung auf der Sekundärseite des Transformators mit Hilfe eines großen

409832/0738

Stromregelelementes durchzuführen= Indlesem Fall setzt die Verwendung einer RückfUhrungsschaltung zur Hessung eines überla» dungszustandes auf der Sekundärseite und die Verwendung einer -Rückführung zur Primärselte voraus^ daß aus Sicherheitsgründen eine Steuerschaltung mit den notwendigen Isolationseinrichtungen für die Primär- und Sekundärselten vorgesehen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde» eine Ladeschaltung zu schaffen, bei der diese Forderungen erfüllt sind»

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst» daß die Ladeschaltung eine Ladespannungsversorgung mit einem Transistor-Gleichspannungswandler, der bei einer hohen Frequenz zum Laden eines Akkumulators schwingt, und einen Spannungsschaltkreis zum Beenden des Ladens umfaßt* wenn die Batterie auf eine Über-1 adungsspannung aufgeladen wurde, wobei diö Beendigung der Ladung durch Kurzschließen des Oszillatortransistors zwischen dessen Emitter und Basis durchgeführt wird« so daß sich eine kompakte LeistungsVersorgung mit großer Stromlelstung ergibt, bei der zwangsweise eine Überladung der Batterie vermieden wird·

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Vorkehrungen getroffen, damit aus Sicherheitsgründen die Primärspannung nicht der Sekundärseite zugeführt werden kann· Da die Isolation für eine erforderliche Spannungsfestigkeit zwischen den Primär- und Sekundärseiten der Ladeschaltung gegebenenfalls nicht ausreichend sein kann, ist es vorteilhaft, wenn die Ladesohaltung einen Photokoppler aufweist, der ein lichtemittierendes Element und einen photoelektrischen Wandler umfaßt und der als Isolationseinrichtung für die Signalrückführung von derSekundärselte zur Primärselte der Ladeschaltung dient.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

409832/0738 -A

Die Erfindung wird Im folgenden anhand von In der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen noch näher erläuterte

In der Zeichnung zeigern

Flg. 1 ein Schaltbild einer AusfUhrungsform einer Ladeschaltung mit einem Hochfre<juenz-Gleiohspannungswandler, der eine eine Überladung verhindernde Steuerschaltung einschließt;

Flg. 2 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Ladeschaltung;

Flg. 3 eine Darstellung der Ladecharakteristik der Ladeschaltungen nach den Figg. 1 und 2j

Flg. 4 ein Schaltbild einer weiteren AusfUhrungsform einer Ladesohaltung, bei der ein Photokoppler zur Trennung der Primär- und Sekundärselten des Gleichspannungswandlers vorgesehen ist« der das Ein- und Ausschalten des Schwingtransistors in dem Gleichspannungswandler bewirkt;

Fig· 5 ein Blockschaltbild einer weiteren AusfUhrungsform einer Ladesohaltung mit einem magnetischen Koppler anstelle eines Photokopplers nach Flg. 4j

Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren AusfUhrungsform der

Ladeschaltung mit einem thermischen Koppler anstelle des Photokopplers nach Fig. 4;

. Fig. 7 ein Schaltbild einer weiteren AusfUhrungsform einer Ladeschaltung mit einer Ladeanzeigej

409 8 3 2/0738

2Α02182

Fig* 8 ein Schaltbild einer weiteren Außlührungsform einer Ladeschaltung;

Fig. 9 ein Schaltbild einer et geänderter; Ausführungsform des Spannungsschaltera der Ladeschaltung»

In Dig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eier Ladeschaltung dargestellt, das eine mit strichpunktierten Linien umrandete und mit der Bezugsziffer I bezeichnete Hochfrequenz-Leistungsversorgungsschaltung zur Erzeugung der erforderlichen Hochfrequenz aus dem Wechselspannungsnetz aufweist« wobei die Hoohfrequenz-LeistungsversoFgungsschaltung als Sperrschwinger geschaltet ist.

In der Hochfrequenz-Leistungsversorgungsschaltung I bilden eine Induktivität L und ein Kondensator C eine Störungssiebschaltung auf der Wechselspannungsnetzseite. Die Symbole D. und Dg bezeichnen Oleichriohterdiodeni C₂ eiKsn Kondensator, R₁ einen Widerstand, Tr, einen Schwingtransistor _e T einen Schwingtransformator mit einer Kollektorwioklung, no_s einer Basiswicklung nb und einer Sekundärwicklung ns* Auf der Sekundärseite des Transformators T bezeichnet das Synbol B einen zu ladenden Akkumulator, der mit dem Ausgang der Laisfeingsversorgungsschaltung I verbunden ist« wobei Rg und fU- Spannungjsteilerwiderstände sind, die parallel zum Akkumulator B angeschaltet sind« Tr₂ ist ein NPN-Transistor, dessen Basis mit &em Mittelpunkt der Spannungsteilerwiderstände Rg und R, verbunden ist, dessen Emitter mit dem negativen Anschluß des Akkumulators B über einen Widerstand R^ verbunden 1st vnä dessen Kollektor mit dem positiven Anschluß des Akkumulstors B über einen Widerstand R₅ und mit der Basis eines FNP-Transistors Tr, verbunden ist. Der Emitter des Transistors Tr, 1st mit eiern Emitter des Transistors Tr₂ über einen Widerstand R6 und mit dem positiven

409832/0738

Ansohluß des Akkumulators B über einen Widerstand FU verbunden., Der Kollektor des Transistors Tr, 1st mit dem negativen Anschluß des Akkumulators B über einen Widerstand Rg verbunden« so daß ein Spannungssohalter durch eine Verstärkerschaltung gebildet wird« Der /usgangsanschluß dieses Spannungssohalters oder der Kollektor des Transistors Tr, te t mit der Basis eines Transistors Tr* verbunden« dessen Emitter mit dem negativen Anschluß des Akkumulators B und mit dem Emitter des Sohwingtransistore Tr₁ verbunden ist« Der Kollektor des Transistors Tr^ ist mit der Basis des Sohwingtransistors Tr verbunden.

Die vorstehend beschriebene AusfUhrungsform der Ladesohaltung arbeitet wie folgt:

Wenn die Netzspannung längs der Einsangsanschlüsse a und b der Hochfrequenz-Leistungsversorgungesohaltung I angelegt wird« beginnt diese mit einer hohen Frequenz zu schwingen. Der mit Hilfe des Transitors Tr₁ erzeugte Ausgang ist die durch die Diode D₂ gleichgerichtete Oleichspannung und der Akkumulator wird mit dieser Oleichspannung geladen» Wenn der Akkumulator B auf eine Oberladungsspannung aufgeladen wurde« wird der Translator Tr₂ durch die Betriebsspannung eingeschaltet« die von den Teilerverhältnissen der Widerstände R₂ und R, bestimmt wird. Daher werden die Transistoren Tr-, und Tr^ ebenfalls eingeschaltet mit dem Ergebnis« daß der Transistor Tr₁ zwischen seiner Basis und dem Emitter durch den Transistor TTb kurzgeschlossen wird« so daß die von dem Transistor Tr₁ hervorgerufenen Schwingungen beendet werden. Daher ergibt sich keine induzierte Spannung in der Sekund&rwioklung des Transformators T und die Ladung des Akkumulators B wird beendete

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen« daß das beschriebene Ausführungsbeispiel der Ladesohaltung auf Orund der Verwendung einer Leistungsversorgung, die mit höheren Frequenzen

409 8 32/0738

betrieben wird« mehrere Vorteile gegenüber üblichen Ladeschal« tungen unter Verwendung einer niederfrequenten Leistungsver-8orgungs8ohaltung aufweist. Veil es möglich ist, die Größe der Ladeleistungsversorgung durch die Verwendung einer kleineren Induktivität oder eines Kondensators zu verringern und well die Ladeschaltung In einfacher Weise als Ladeleistungsversorgung mit großer Stromkapazität ausgelegt werden kann« 1st die Ladesohaltung als Schnellade-Leistungsversorgung brauchbar. Weiterhin muß, weil der Sohwlngtransistor Tr₁ in der Hoehfrequenz-Leietungsversorgungsschaltung I zwischen dem Emitter und der Basis kurzgeschlossen ist« wenn der Akkumulator auf eine Oberladungsspannung aufgeladen ist« der Transistor nicht von hoher Qualität sein« weil der Transistor Tr. In diesem Zustand vollkommen abgeschaltet ist und die Tranelstor-Durehbruchsspannung von der Kollektor-Basis-Spannung V_CB abhängt* wobei in diesem Falle Vqq auf einem hohen Wert gehalten wird.

In FIg* 2 ist ein Schaltbild eines zweiten AusfUhrungsbeispiels der Ladeschaltung dargestellt« wobei dieses Ausführungsbeispiel speziell vom Gedanken der Sicherheit her entworfen wurde« d.h. im Hinblick darauf« daß die Primär- und Sekundärseiten des Transistors T berührungssicher sind. Das zweite Ausführungsbeispiel ist weitgehend mit der Ausführungsform nach Figo 1 identisch« Jedoch mit der Ausnahme_x daß eine Diode D^ zwischen den Emittern der Transistoren Tr₁ und Tr^ in einer Richtung eingeschaltet ist« die den Stromfluß vom Transistor Tr^ zum Transistor Tr₁ ermöglicht, und daß eine Diode D, an die Verbindung zwischen der Basis des Transistors Tr₁ und dem Kollektor des Transistors Tr^ eingeschaltet 1st·

Der Zweck der Diode D^ besteht darin« zu verhindern« daß die Hochspannung des Wechselspannungsnetzes in der Transformator-Primärwicklung der Transformator-Sekundärwicklung zugeführt wird« wodurch die Gefahr von elektrischen Stromschlägen bestehen würde.

409832/0738

-T-

Die Diode D, 1st so eingeschaltet, daß der Transistor Tr₁ vollständig abgeschaltet ist« wenn der Akkumulator B einen überlade-Zustand aufweist und der Transistor Tr^ eingeschaltet 1st. In diesem Fall kann die gleiche Wirkung dadurch erzielt werden, dad die Diode D, mit dem Emitter des Transistors Tr₁ und nicht mit dessen Basis verbunden wird.

Fig. 3 zeigt ein Ladekennliniendiagramm der AusfUhrungsbeispiele nach den Flgg. 1 und 2· Während der anfänglichen Ladeperiode ist der Spannungeschalter abgeschaltet und es fließt ein kontinuierlicher Ladestrom» Bei Erreichen einer Uberlade-Spannung werden die Schwingungen beendet, um zeitweise den Ladestrom zu unterbrechen· Der bei diesen Ausführungsbeispielen verwendete Spannungsschalter weist einen Einschalt-Ausschalt-Hyetereseeffekt auf Grund der dem Transistorschaltvorgang eigentümlichen Hysterese auf und es besteht eine Beziehung "Einschaltspannung < Abschaltspannung¹¹ zwischen den beiden Spannungen. Daraus folgt, daß nach Beendigung des Ladestroms die Spannung des Akkumulators B bis auf die Einschaltspaiinung auf Grund der Selbstentladung absinkt usw, so daß der Ladezustand wieder hergestellt wird und sich ein impulsförmiger Ladestrom ergibt, wie dies in Flg. JJ gezeigt ist. Die Beziehung zwischen der Akkumulator-Ladeperiode und der Periode der Ladungsunterbrechung 1st in Flg. 5 gezeigt, wobei zu erkennen ist, daß der mittlere Ladestrom auf einen Wert absinkt, der niedrig genug ist, um die Gefahr einer Überladung des Akkumulators zu beseitigen und auf diese Weise wird eine überladung des Akkumulators automatisch verhindert.

Wenn die Isolation zwischen den Primär und Sekundärseiten der beschriebenen AusfUhrungsbeispiele der Ladungsschaltung keine ausreichende Spannungsfestigkeit aufweist, kann das dritte in Flg. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel verwendet werden, bei dem sich eine verbesserte Isolation und Spannungsfestigkeit ergibt.

409832/0738

Die Ladeschaltung nach Flg. 4 wurde Im Hinblick auf eine Trennung der Primär- und Sekundärsaiten der Schaltung entworfen und der Aufbau der Hochfrequenz-Leistungsversorgungs« sohaltung I auf der Primärseite und der Anschluß des Akkumulators B und des Spannungsschalters auf der Sekundärseite sind identisoh zu dem AusfUhrungsbelspiel nach Fig. 1. Daher werden lediglich die Unterschied« zwischen diesen beiden AusfUhrungsbeisplelen beschrieben.

In Fig. 4 ist der Emitter des Ausgangsstufentransistors ^ in dem Spannungsschalter mit den Widerständen Rg bis Ro und den Transistoren TTg bis Tr^ mit eiern negativen Anschluß des Akkumulators B verbunden und ein lichtemittierendes Element L ist zwischen dem Kollektor des Transistors Tr^ und dem posi tiven Anschluß des Akkumulators B angeschaltet. Ein photoelektrisches Wandlerelement P₇ (beispielsweise eine Phototransistor)« der zusammen mit dem lichtemittierenden Element L. betrieben wird, 1st derart eingeschaltet, daß seine Emitter

elektrode mit dem Emitter des Schwingtransistors Tr. auf der

ist Primärseite verbundene während se j Ji e Kollektorelektrode mit der Basis des Transistors Tr. verbunden ist. Das lichtemittierende Element L und das photoelektrische Wandlerelement Pm sind in einem einzigen Photokoppler FC zusammengefaßt, so daß das photoelektrische Wandlerelement P« zusammen mit dem liohtemlttierenden Element L, betrieben wird. Der Leuchtbetrieb des lichtemittierende!! Elementes L hängt von dem Betrieb des Spannungssohalters zur Feststellung der Überladungs-Spannung des.Akkumulators B ab. Dies heißt mit anderen Worten, daß, wenn die Überladungsspannung erreicht lst_a der Spannungsschalter eingeschaltet wird und gleichzeitig das lichtemittierende Element L betrieben wird, so daß dem photoelektrischen Wandlerelement P_T ein Lichtsignal zugeführt wirdo Entsprechend wirkt das photoelektrische Wandlerelement P-, als Kurzschluß zwischen dem Emitter und der Easie des Transistors Tr. und

409832/0738

beendet dessen Schwingwirkung»um die Überladung des Akkumulators B zu verhindern. Daraus ergibt sich, daß dieses dritte AusfUhrungsbeispiel so aufgebaut ist,, daß wenn eine Uberladespannung während der abschließenden Ladeperiode festgestellt wird, der Sperrschwingerbetrieb auf der Primärseite beendet wird und die überladung des Akkumulators B vermieden wird« wobei die Primäraeite der Ladesohaltung elektrisch von der SekundKrselte isoliert und getrennt ist·

Die Betriebsweise dieses dritten Ausführungsbeispiels wird kurz noch anhand der Fig. 3 beschrieben» Während der anfänglichen Ladeperiode« während der die Spannung an dem Akkumulator B niedrig ist, ist der Spannungsschalter abgeschaltet und das liohemittierende Element L ist ebenfalls abgeschaltet· Somit befindet sich der Transistor Tr₁ in dem normalen Betriebszustand und liefert einen kontinuierlichen Ladestrom. Wenn das Laden fortgesetzt wird., so daß die Spannung, an dem Akkumulator B schließlich die Überladungsspannung erreioht, wird der Spannungs· schalter eingeschaltet, um das lichtemittierende Element L_a an-

zusteuernο Weil der Betrieb des lichtemittierenden Elementes L bewirkt, daß das photoelektrische Wandlerelement P. den Schwingbetrieb des Transistors Tr, beendet, wird das Laden des Akkumulators B beendet. In diesem Zustand sinkt die Spannung an dem Akkumulator B ab, bis sie die Abschaltspannung des Spannungsschalters erreicht, bei der das lichtemittierende

Element L_n abgeschaltet wird, so daß der Transistor Tr₁ seinen a ί

Sohwingbetrieb wieder aufnimmt und der Ladestromfluß von neuem beginnt. Danach fließt, wie es weiter oben in Verbindung mit der Besohreibung der AusfUhrungsbelspiele nach den Pigg. 1 und 2 beschrieben wurde, ein impulsförmiger Ladestrom, wobei der mittlere Ladestrom graduell mit der Ladezelt auf einen sicheren Wert abnimmt, der keine Gefahr für eine Überladung des Akkumulators B ergibt.

409832/0738

Es ist zu erkennen« daß, well ein» Ein-Aus-Steuerung des Schwingbetriebs der Oszlllatorsohaltung entsprechend des Vorhandenseins eines Lichtsignals von dem Fhotokoppler bewirkt wird« die Isolation und Trennung zwischen den Primär- und Sekundärseiten der Ladeschaltung absolut sichergestellt ist und daß die Verwendung des Photokopplers einen verbesserten photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad ohne Irgendwelche Verluste sicherstellt· Weiterhin ist die Größe und das Gewicht der Ladesohaltung durch die Verwendung einer Leistungsversorgung mit einem Gleichspannungswandler mit einer Hochfrequenz-Sperrschwingerschaltung stark verringert.

Der Fhotokoppler der Ladeschaltung nach dem Ausführungsbeispiel nach Flg. 4- kann durch einen Magnetkoppler ersetzt werden» wie dies in Fig. 5 gezeigt ist oder es kann an dieser Stelle ein thermischer Koppler angesetzt werden« wie dies in Fig· 6 gezeigt ist« um die Ein-Aus-Steuerung des Schwingbetriebs der Schwingschaltung zu bewirken.

In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt ein Magnetkoppler MC in Kombination eine Relaisspule RC und Relaiskontakte RS, die entsprechend der Erregung oder Entregung der Relaisspule RC geöffnet und geschlossen werden. Die mit I und II bezeichneten Blöcke zeigen jeweils die Hochfrequenz-LeistungsVersorgungsschaltung bzw. den Spannungsschalter« die den entsprechenden Schaltungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele Identisch sind.

In dem Ausfünrungsbeispiel nach Fig. 6 erfolgt die Ein-Aus-Steuerung der Schwingungen der Schwingschaltung durch einen thermischen Koppler TC, der in Kombination einen Heizer H und einen Thermistor TH umfaßt, dessen Widerstandswert sich entsprechend der Wärmeerzeugung des Heizers Ή ändert. Die

409832/0738

Blöcke I und II sind zu den entsprechenden Blöcken des Ausführungsbeisplels nach Figo 5 identisch_o

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt* das eine Abänderung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 darstellt,,

In dem in Fig» 7 gezeigten Ausführungsbeispiel 1st die Ladesohaltung so aufgebaut, daß sich eine verbesserte Spannungsfestigkeit und ein verbesserter Schutz des primärseitigen Schwingtransistors sowie eine verbesserte Betriebswelse zum Unterbrechen der Schwingungen des Schwingtrensistors ergibt und das AusfUhrungsbeispiel ist weiterhin mit einer Lade-Anzeigeschaltung versehen, die eine Feststellung des Ladezustandes des Akkumulators ermöglicht. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach FIg, 4 daduroh, daß bei der Lade-Leistungsversorgungsschaltung I mit der Gleichspannungswandler eine Diode D,, die in Reihe dem Emitter des Transistors Tr. geschaltet ist, einen Kon» densator C, zwischen der Kathode der Diode D, und dem Kollektor des Transistors Tr₁ und einen Slättungskondensator Cj, aufweist, der längs des sekundärseltigen Ausgangs des Gleichspannungswandlers angeschaltet ist» Andererseits ist eine Serienschaltung mit einer Anzeigelampe PL und einer Diode D₂^ längs der Sekundärwicklung ns des Transformators T in einer Richtung angeschaltet, die einen Stromfluß mit entgegengesetzter Phase bezüglich des Ladestroms hervorruft, der durch die Diode D₂ fließt»

Bei d er Ladeschaltung nach diesem Ausführungsbeispiel ist die Diode D, so angeordnet* daß wenn das photoelektrische Wandlerelement P^, (Phototransistor) in dem Photokoppler PC bei Empfang eines Lichtsignals von dem lichterrittierenden Element L_ be-

el

409832/0738

tätigt wird, der Transistor Tr₁ vollständig abgeschaltet wird, um den Ladevorgang vollständig zu beenden«, wenn sich der Akkumulator im Überladezustand befindet,

Andererseits ist der Kondensator O* eingefügt, um eine verbesserte Spannungsfestigkeit und einen verbesserten Schutz zu erzielen, so daß die während der Schwingperiode des Oszillators Tr. erzeugte Spitzenspannung daran gehindert wird _f den bis zu zwei- oder dreifachen Wert der LeIetungsVersorgungsspannung anzunehmen, die dem Gleichspannungswandler zugeführt wird, und die zwischen dem Kollektor und dem Emitter 3es Translators Tr, anliegt und dessen Durchbruch hervorrufen könnte.

Die Aufgabe der Anzeigelampe FL, tlLe längs dor Sekundärwicklung ns des Transformators T angeschaltet isb, besteht darin, als Anzeige zu wirken, die eingeschaltet wird, wenn die Ladeschaltung den Akkumulator lädt und die ausgeschaltet wird, wenn der Ladestrom abgeschaltet wird» Der Akkumulator B wird während der positiven Halbperioden des Ladestroms geladen, der durch die Diode D₂ gleichgerichtet wird, und die Anzeigeschaltung wird während der negativen Halbperloden des Ladestroms betätigt, um einen Verlust des Ladestroms zu beseitigen.

Es ist somit zu erkennen, daß, welJ. die Ladeschaltung nach diesem Ausführungsbeispiel so aufgebaut ist, daß «loh eine verbesserte Spannungsfestigkeit und ein verbesserter Schutz sowie eine absolute Beendigung der Schwingwirkung des Schwingtransistors Tr₁ ergibt und die Ladeanzeigeschaltung während der negativen Halbperioden des Ladestroms betrieben wird, die nicht direkt die Ladung des Akkumulators B beeinflussen, der Ladungszustand des Akkumulators B angezeigt werden kann, ohne daß sich Irgendeine Verschlechterung des Ladewirkungsgrades ergibt. Nachdem der Akkumulator B voll«tändig geladen

409832/0738

wurde, wird die Ladeanzeigelampe FL abgeschaltet oder sie flackert.

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen umfaßte die Ladeschaltung einen Eintakt-Gleichspannungswandler, während in dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 8 eine Ladesohaltung gezeigt ist« die einen Gegentaktwsndler verwendet.

Ein Merkmal der Ladeschaltung nach dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 8 besteht in der Art der Steuerung zur Verhinderung des überladene eines Akkumulators durch die Ladeleistungsversorgung, die einen Qegentaktoszillator mit einer größeren Stromkapazität umfaßt, als die bisher beschriebenen AusfUhrungsbeispiele. Im Betrieb wird eine Uberladungsspannung des Akkumulators festgestellt, so daß eine Ein-Aus-Steuerung des Primärst romee eines Abwärtstransformators mit Hilfe eines Photokopplers durchgeführt wird. In Fig. 8 bilden eine Induktivität L und ein Kondensator C. eine Storsiebschaltung für das Wechselspannung snetz. Die Bezeichnungen D₁, D₂ und D, bezeichnen Qleiohriohterdioden, während Cg und C, Olättungskondensatoren und Tr^ und TTg Sohwingtransistoren vom NPN-Typ sind, die eine transformatorgekoppelte Emitterbasis-Schwingschaltung bilden, wobei der Verbindungspunkt der Emitter mit der negativen Seite der Diode D₁ verbunden ist, während die Kollektoren mit einer Kollektorwicklung nc des Transformators T verbunden sind. Der Mittelpunkt der Kollektorwicklung ns des Transformators 1st mit dem positiven Anschluß der Diode D. verbunden. Die Basen der Transistoren Tr. und Tr₂ sind mit einer Basiswicklung nb des Transformators T verbunden, deren Mittelpunkt mit der negativen Seite der Diode.D₁ Über einen Widerstand R₁ verbunden ist. Der Transistor Tr, ist ein NPN-Transistor, dessen Emitter mit dem Mittelpunkt der Basiswick-

409832/0738

lung nb des Transformators verbunden ist und dessen Kollektor mit der positiven Seite der Diode D. über einen Widerstand Rg verbunden 1st. Bin Widerstand R, ist mit der Basis und dem Kollektor des Transistors Tr, verbunden« um diesem eine Eigenvorspannung zu geben· Die Sekundärseite des Transformators T ist so aufgebaut» daß der Ladestrom für den Akkumulator B diesem über einen Vollweggleichrichter mit einer Transformator-Mittelanzapfung zugeführt wird· Die die Widerstände R^ bis R₁₀, die NPN-Transistoren Tr^ und Tr^, einen TNP-Transistor Tr₅ und ein lichtemittierendes Element L. umfassende Schaltung ist ein Spannungsschalter, der eine überlf.dungsspannung des Akkumulators B feststellt« um das lichtemittierende Element L. zu betreiben« wenn die festgestellte Spannung einen vorgegebenen Pegel erreicht. Der Aufbau dieses Spannungesohalters wird im folgenden nicht ausführlich beschrieben, weil er identisch zum Aufbau der Spannungsschalter ist« die in den welter oben beschriebenen AusfUhrungsbelspielen verwendet wurdei. In dem Photokoppler PC ist ein Phototransltor P_T vorgesehen« dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors Tr, verbunden ist und dessen Kollektor mit der Basis des Transistors Tr-, verbunden ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Lade-LeistungsVersorgung so aufgebaut, daß die NetZMediaelspannung gleichgerichtet wird und dann duroh den Transformator des Oegentaktwandlers herabgesetzt und gleichgerichtet wird, um die Batterie B zu laden. Um die Größe und das Gewicht sowie die Kosten der Leistungeversorgung zu verringern« erfolgt die Steuerung des Stromes zur Verhinderung einer Überladung dee Akkumulators B mit Hilfe der Ein-Aus-Steuerung des Stromes, der in der Primär-Sohwingwioklung oder der Basiswicklung nb fließ to In diesem Fall wird das Steuersignal von dem oben erwähnten Spannungssohalter geliefert, der längs des Akkumulators B angeschaltet ist. Dies bedeutet« daß wenn die überladesp&nnung des Akkumulators B

409832/0738

von dem Spannungsschalter festgestellt wird, das lichtemittierende Element L In Betrieb gesetzt wird und dem Phototransistor P_T ein Lichtsignal zuführt« das den Transistor Tr, abschaltet und den Schwingbetrieb des GegentfUctwandlers beendet. Entsprechend wird keine Spannung in der Sekundärwicklung ns des Transformators T induziert und der Ladestromflufl wird unterbrochen« so daß eine überladung des Akkumulators B verhindert wird» In dem Spannungssohalter zur Erzeugung eines Liohtsignals bei Überladenem Akkumulator B 1st der Arbeltepunkt des Transistors Tr^ entsprechend dem Teilerverhältnis der Widerstünde R^ und R₅ festgelegt und daher 1st es notwendig* das Teilerverhältnis der Widerstände R^ und R₅ so auszuwählen, daß die Transistoren Tr^, Trc und Tr^ an einem Punkt eingeschaltet werden, an dem der Akkumulator B überladen ist. Wenn der Spannungssohalter eingeschaltet ist, wird das lichtemltt3 erende Element L. angesteuert

et

und damit wird der Phototransistor P^ ebenfalls eingeschaltet mit dem Ergebnis, daß der Transistor Tr, abgeschaltet wLrd, um den Signalstrom zu unterbrechen, der an die Basen der Transistoren Tr. und Tr₂ durch die Transfoxmator-Basi&wioklung nb fließt, so daß die Schwingung des GegentaKtwandlers beendet wird. Somit weist die Ladeschaltung nach diesem Ausführungsbeispiel den Vorteil einer verringerten Größe und eines verringerten Gewichtes

sowie der Lade-Leistungsversorgung,feiner verbesserten elektrischen Trennung zwischen den Primär- und Sekundärselten des Systems usw. auf. Eb ist selbstverständlich möglich, das AusfUhrungsbeispiel naoh Fig. 8 In vielfältiger Weise abzuändern. Beispielsweise kann, wie es In Verbindung mit dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 7 beschrieben wurde-, eine Diode mit dem Emitter des Transistors Tr-, verbunden werden, um ein vollständiges Abschalten dieses Transistors sicherzustellen. Die Ladekennlinie dieses Ausführungsbeispiels entspricht der in Fig. 3 dargestellten Kennlinie.

In Flg. 9 ist eine abgeänderte AuefUhrungsform des Spannungssohalters zur Feststellung einer tiberlade°Spannung des Akku-

409832/0738 ^e/#

« 16 -

mulators dargestellt, wobei diese AusfUhrungsform des Spannungeschalters zwei Transistoren umfaßt-,, In Fif*. 9 bezeichnen die Symbole R₁ und R₂ die SpannungsteilerwiderstSnde, die parallel zum Akkumulator B angeschaltet sind, Tr₁ ist ein NPN-Transistor, dessen Basis mit dem Mittelpunkt der Spannungsteilerwiderstände R, und R₂ verbunden igt und dessen Emitter mit dem negativen Anschluß des Akkumulators B Über einen Widerstand R, verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Tr₁ ist mit dem positiven Anschluß des Akkumulators B über einen Widerstand R^ und mit der Basis eines PNP-Transistozs Tr₂ verbunden. Der Emitter des Transistors Tr ist mit dem Emitter des Transistors Tr₁ über einen Widerstand Re und mit dem positiven Anschluß des Akkumulators B über einen Widerstand Rg verbunden,, Ein lichtem! ttierendes Element L_ ist zwischen dem Kollektor des Tran-

et

sistors Tr₂ und der negativen Seite des Akkumulators B angeschaltet und ein Phototransistor P^ ist betriebsmäßig mit dem lichtemittierenden Element L₀ verbunden, um einen Photokoppler zu bilden. Diese Abänderung verringert die Herstellungskosten des Spannungsschalters und die grundlegende Betriebsweise dieser abgeänderten Ausführungsform entspricht der Betriebswelse des Spannungsschalter β j, der in den weiter oben beschriebenen AusfUhrungsbeispielen verwendet wurde ο Das heißt, wenn der Transistor Tr. eingeschaltet wird, der Transistor Tr_p ebenfalls eingeschaltet wird, um das lichtemittierende Element L₀ zu betreiben. Andererseits wird, wenn der Transistor Tr₁ abgeschaltet wird, der Transistor Ή?₂ abgeschaltet« um das lichtemittierende Element L abzuschalten. Die Ein- und Aus-Sohalt-

Vorgänge des Transistors Tr₁ erfolgen entsprechend seiner Basis-Emitter-Spannung Vg_E als Bezugsspannung,um diesen Transistor ein- und auszuschalten₀ Die Betätigungsspannung wird durch die Tellerverhältnisse der Widerstände R₁ und R₂ bestimmt, so daß es notwendig ist, die Teilerverh&ltnisse der Widerstände R₁ und R₂ so auszuwählen, daß der Translator Tr₁ eingeschaltet wird, wenn der Akkumulator B bis zur Überladespannung aufgela-

409832/073 8

2A02182

den wird« Entsprechend let eine Ladesahaltung« die diesen modifizierten Zweitransistor-Spannungesohalter verwendet» ebenso wirkungsvoll wie eine Ladeschaltung mit dem weiter oben beschriebenen Dreitransistor-Spannungsschalter·

Obwohl die Erfindung anhand einer Ladeschaltung mit einem Hoohfrequenz-Wandler bee ohr leben und erläutert wurde« können die Vorteil des erfindungsgemäßen Ladesysteme wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Auf arund der Verwendung einer neuartigen Anordnung, bei der die Spannung an einem Akkumulator auf der Sekundärseite der Ladeschaltung festgestellt und der Ladestrom auf der Primärseite gesteuert wird, besteht keine Notwendigkeit, ein Steuerelement mit großer Stromfestigkeit zu verwenden, so daß sich eine Verringerung der Grüße und der Herstellungskosten der Ladeschaltung ergibt·

2. Auf Grund der Verwendung einer LeistungsVersorgung mit höherer Frequenz ist die Größe und das Gewicht des Transformators verringertα

3« Auf Grund der Verwendung eines Photokopplers als Steuerelement sind die Primär- und Sekundärseiten der Ladeschaltung elektrisch voneinander isoliert und getrennt·

ο Auf Grund einer neuartigen Anordnung der Lade-Anzeigesohaltung, bei der der Lampenstrom während der Halbperloden des Ladestroms geliefert wird, die nicht zum Laden des Akkumumulators verwendet werden, kann der Ladezustand der Batterie angezeigt werden, ohne daß der Ladewirkungsgrad verschlechtert wird und sich somit eine wirksame Ausnutzung der Betriebsleistung ergibt.

409832/0738

Auf Grund der Verwendung eines Kondensators zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Sohwingtransistors ergibt sich eine verbesserte Spannungsfestigkeit und ein verbesserter Schutz für den Schwingtransistor mit dem Ergebnis« daß ein Transistor mit einer erheblich niedrigen Durchbruchsspannung verwendet werden kann, so daß die Herstellungskosten der Ladesohaltung weiter verringert werden.

Patentansprüche t

409832/0738

Claims

49 -

Patentansprüche

1JLadeschaltung für Akkumulatoren mit einer Leistungsversorgungsschaltung und einem Spannungsschalter zur Feststellung der Klemmenspannung des zu ladenden Akkumulators, der mit dem Ausgangsanschluß der Leistungsversorgungssohaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsversorgungsschaltung (I) eine Hochfrequenz-Leistungsversorgungsschaltung mit einem transistorisierten Gleichspannungswandler ist. dessen Schwingungen entsprechend des Ausganges des Spannungsschalters (II) gesteuert werden«,
2. Ladeschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k β η η ·= zeichnet, daß ein Koppler (PC) mit einem lichtemittierenden Element (L_a) zur Erzeugung eines Signals ent-

Cl

sprechend des Ladezustandes eines zu ladenden Akkumulators (B) und mit einem Signalwandlerelement (P_T), das Betriebsmäßig mit dem Signalerzeugungselement (L.) verbunden ist und das Signal in ein elektrisches Signal umwandelt, mit dem Ausgangsanschluß des Spannungssohalters (II) verbunden ist, und daß die Schwingung des die Hochfrequenz~Leistungs-Versorgungsschaltung (I) bildenden Gleichspannungswandlers durch den Koppler (PC) gesteuert ist»

J5o Ladesehaltung nach Anspruch 2_S dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler ein Photokoppler ist, der aus einem lichtemittierenden Element (L₀) und einem photoelektrischen Wandlerelement (P-) bestehto

ο Ladesehaltung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η «- zeichnet, daß der Koppler ein Magnetkoppler (MC) ist, der ein elektromagnetisches Element (RC) und Kontakte

409832/0738

(RS) umfaßt* die entsprechend der Hagnetkraft des elektromagnetischen Elementes (RC) geöffnet und geschlossen werden»

5· Ladeschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet« daß der Koppler ein thermischer Koppler (TC) 1st« der aus einem wärmeerzeugenden Element (H) und einem temperaturempfindlichen Element £fH) besteht« das in Abhängigkeit von der von d em wärmeerzeugenden Element (H) erzeugten Wärme betätigbar ist«

ο Ladeschaltung nach Anspruch 2« dadurch gekennzeichnet« daß eine Serienschaltung aus einem Oleich» rlchter (D^) und einem Anzeiger (PL)« durch den ein Strom mit entgegengesetzter Phasenlage gegenüber dem Ladestrom fließt, längs der Sekundärwicklung des Gleichspannungswandlers angeschaltet 1st.

409832/0738