DE2354178C2 - Batterie-Schnelladeanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batterie-Schnelladeanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentan-Spruches i. Eine derartige Schnelladeanordnung ist aus der DE-OS 20 12 614 bekannt.

Das schnelle Laden von Batterien, wie beispielsweise Nickel-Kadmium-Zellen, beinhaltet Probleme, die sich sowohl auf Überspannungen als auch thermische Zustände bezichen. Eine Aufladung über eine vorbestimmte Spannung hinaus kann eine unzulässige Gasentwicklung verursachen, die ihrerseits die Separatoren und die Platten beschädigen kann, oder der dabei entstehende Druck kann das Zellengehäuse selbst zerreißen. Eine Überhitzung kann ebenfalls zu erhöhten Gaoentwicklungsgeschwindigkciten und desgleichen zu Problemen wegen der hohen Temperatur selbst führen, wie es allgemein bekannt ist.

Aufgrund der allgemeinen Kenntnis dieser Probleme gibt es einen umfangreichen Stand der Technik in bezug auf temperaturabhängige Ladeschaltungen, spannungsabhängige Ladeschaltungen und temperaturkompensierte Spannungsfühlerschaltungen. In den meisten Fällen sind die bekanmen Anordnungen jedoch nicht in der Lage gewesen, die Probleme zufriedenstellend zu lösen. Die spannungsabhängige Ladung erfordert Batteriezellcn mit eng gesteuerten und angepaßten Zcllenspannungscharakleristiken. Selbst bei solchen idealen Battericcharakteristiken kann die Batterie mit diesen bekannten Ladeanordnungen bei Temperaturen aufgeladen werden, die so hoch oder so niedrig sind, daß sie eine Beschädigung der Batterie bewirken.

Die Schwierigkeit einer Lösung sowohl der Spannungsals auch Tcmpcraturprobleme durch Spannungsabtastung liegt wenigstens teilweise darin begründet, daß der Betrieb der Eattcrit ί ndeanordnung bei sich stark ändernden Umgebungsbedingungen erfolgen kann. Dadurch ist es schwierig. Deispielsweise für eine ausreichende Temperaturkompensation in einer Spannungsabtasischaltung für alle möglichen Betriebsbedingungen zu sorgen. Beispielsweise könnte eine Temperatur-kompcnsiertc-Battcric-Ladeanordnung, wie sie in der DE-OS 20 12 614 beschrieben ist, die Batterie trotzdem schädlichen Temperaturen aussetzen, bevor der vorgewählte .Spannungswert erreicht worden ist. wenn die Umgebungstemperatur hoch ist oder wiederholte Ladc-Entladczyklcn durchlau: .τι werden. Umgekehrt könnte eine Baiteric-Ladeanordnung. die einer sehr kalten Umgebung ausgesetzt ist und nur temperaturgcstcucrt ist. weiterhin im Überladungszustand verbleiben, ohne dall der vorbcstimmie Temperaturgrenzpunkt erreicht wird. Eine Batteric-Ladeanordnung in einem Flugzeug beispielsweise kann einer sehr hohen Umgebungstemperatur auf der Erde in einer äquatorialen Zone und sehr niedrigen Temperaturen während des Fluges ausgesetzt sein.

Ks Lsi Aufgabe der Erfindung, wine Batierie-Schnclladciinordnung der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln eine möglichst schnelle und troi/dein sichere Ladung von Batterien erreicht vsird.

Die Aufgabe wird erfindungsgcmäß durch (lic im Patentanspruch 1 gekcnn/eichneicn Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in len Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mil der Erfindung er/ielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sowohl die Temperatur als auch die Spannung der Batterie unabhängig überwacht werden und daß beide Parameter einzeln eine Abschaltung des Schnelladeorgans bzw. eine Umschaltung auf die Langsamladung herbeiführen können. Diese beiden Parameter reflektieren praktisch alle anderen schädlichen Einflüsse, so daß keine weiteren Größen, wie beispielsweise der Zellendruck, überwacht werden müssen, so daß sich ein insgesamt einfacher Aufbau ergibt. Durch Ausnutzen der vollen Schnelladezeit wird auch die Ladezeit verkürzt.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Funktionsblockdiagramm der erfindungsgemäßen Ladeanordnung.

F i g. 2 ist ein schematisches Schaltbild und zeigt eine Ladeanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 3 bis 6 sind schematische Schaltbilder von weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Ladeanordnung als Blockdiagramm dargestellt. Eine Batterie 10, die eine oder mehrere Zellen umfaßt, wird von einer Gleichstromquelle 12 aufgeladen, die in üblicher Weise von einem Wechselstromnetz gespeist werden kann. Der Strom von der Quelle 12 wird über einen Schalter 20 zur Batterie 10 geleitet. Der Schalter 20 kann in seiner einfachsten Form lediglich ein Relais darstellen, das den Strom abschaltet. Vorzugsweise kann ein für eine niedrige Aufladegeschwindigkeit sorgender Parallelpfad 30 vorgesehen werden, um der Batterie 10 von der Stromquelle 12 Ladestrom mit kleiner Geschwindigkeit zuzuführen, wenn der Schalter 20 ausgewechselt ist. Der Schalter 20 wird seinerseits durch ein OR-Verknüpfungsglied 40 gesteuert, das seinerseits mit einem Temperaturfühler 60 und einem Spannungsfühler 80 verbunden ist.

DieTemp-.raturabtasteinrichtung 60 ist thermisch mit der Batterie 10 gekoppelt, um deren Temperatur zu überwachen und die abgetastete Temperatur in ein Signal umzuwandeln, das der Schaltung 40 zugeführt wird. Die Spannungsabtasteinrichtung 80 tastet die Spannung von einer oder mehreren Zellen der Batterie 10 ab und gibt ein entsprechendes elektrisches Signal zur Logikschaltung 40 zurück. Die Logik vergleicht jede der Spannungen, die auf entsprechende Weise von entweder der Spannungsabtasteinrichtung 80 oder der Tcmperaturabtasteinrichtunfe'60 erhalten werden, mit einer Bezugs- bzw. Referenzspannung. Wenn die von einer dieser Abcasteinrichtungcn aufgenommene Spannung die Referenzspannung überschreitet, was noch anhand von F i g. 2 irn einzelnen erläutert werden wird, wird ein Signal an den Stromschalter 20 gegeben, um den für eine schnelle Aufladung sorgenden Strompfad zu unterbrechen. Somit werden zwei unabhängige Parameter, die Temperatur und die Spannung, unabhängig abgetastet und dann in ein Spannungssignal umgesetzt, das zum Stromschalter übertragen wird, und zwar unabhängig davon, ob das Signal seinen Ursprung im Temperatur- oder Spannungsensor hat.

Somit kann das System eingesetzt werden, um für eine Tempcraturgrenzc so sorgen, d. h. eine Unterbrechung der hohen I adegeschwindigkcit, bei einer vorgewählten Temperatur, über die hinaus eine Beschädigung der Batterie auftreten i-önntc. Gleichzeitig liefert das System eine Spanniingsgrenzc, d. h. eine Unterbrechung der großen Ladegeschwindigkeit, wenn eine vorbcstimmic Huiicricspnnnung erreicht ist. Da die die volle Ladung anzeigende Spannung anwächst, wenn die Tem· pcratur in elektrochemischen Zellen sinkt, was beispielsweise für Kadmium-Nickel-Zellen der Fall ist. schützt ein derartiges Abschneiden die Batterie bei niedrigen Temperaturen, wenn die Temperaturabtasteinrichtung weniger effektiv sein würde.

ίο Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die Spannungsabtasteinnchtung erfindungsgemäß ebenfalls durch einen Temperatursensor thermisch kompensiert sein kann, um für einen gewissen, hinsichtlich der Batterietemperatur kompensierten Bereich der Endspannung zu sorgen. Dieser Temperatursensor in der Spannungsabtastschaltung ist jedoch trotzdem unabhängig von der Temperaturabtasteinrichtung. In einem derartigen System sorgt die Temperaturabtasteinrichtung weiterhin für einen Schutz bei honen Umgebungstemperaturen. während die thermisch kompensierte Spannungsabtasteinnchtung für einen Schutz bei niedrigen Umgebungstemperaturen sorgt.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung schematisch gezeigt, die dem Blockdiagramm gemäß F i g. 1 entspricht. Die Batterie 10 wird durch die Ladestromauelle 12 aufgeladen, die einen Transformator 14 und Dioden 16 und IS umfaßt, welche eine zweiseitig gleichgerichtete Battcrie-Ladequellc bilden. Der Stromschalter 20 umfaßt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen steuerbaren Siliziumgleichrichter 22 und einen Widerstand 24. der zwischen die Steuerelektrode bzw. das Gate und die Anode des steuerbaren Siliziumgleichrichters geschaltet ist. Der dargestellte, für eine niedrige Ladegcschwindigke't sorgende Parallelpfad 30 umfaßt einen Widerstand 32, der dem steuerbaren Siliziumgleichrichter 22 parallel geschaltet ist.

Der Stromschalier 20 wird durch die Logikschaltung 40 gesteuert, die einen NPN-Transistor Q 1 umfaßt, dessen Kollektor mit der Steuerelektrode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 22 gekoppelt ist und üessen Emitter mit der negativen Klemme der Batterie 10 in Verbindung steht. Wenn somit der Transistor Q 1 in seinem leitenden Zustand ist, leitet er Strom von der Steuerelektrode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 22 ab.

wodurch verhindert wird, daß dieser leitet. Die Basis des Transistors Q 1 ist ihrerseits über einen Widerstand 42 mit zwei Dioden DX und D 2 gekoppelt, die auf entsprechende Weise mit der Spannungsabtasteinrichtung 80 und der Tenipcraturabtasicinrichtung 60 verbunden sind. Ein Signal ausreichender Amplitude von einer dieser Abtasteinrichtungen sorgt für eine ausreichende Vorspannung an der Basis des Transistors Q 1, um eine ausreichende Leitfähigkeit des Transistors Q 1 zu bewirken, damit der steuerbare Siliziumgleichrichter 22 in einem n.chi-leitcndcn Zustand bleibt.

Die Spannungsabtasteinrichtung 30 umfaßt einen Differenzverstärker mit Transistoren ζ) 2 und (J 3, die vorzugsweise aneinander angepaßt sind, um eine Temperaturabhängigkeit zu vermeiden. Die Basis des Transistors

bo QI wird mit eine Bezugsspannung von einer Bezugsspannungsouelle t00 versorgt. Die Basis des Transistors Q3 ist mit einem Spannungsteiler verbunden, der der Batterie parallel geschaltet ist. Wenn die Batteriespannung ansteigt, nimmt die Spannung an der Basis des

*,-. Transistors Q 3 proportional zu. Wenn diese Spannung in bezug auf die Referenzspannung an der Basis des Transistors Q 2 genügend ansteigt, kommt der Differenzverstärker in Ungleichgewicht, so daß ein größerer

Strom durch den Transistor Q 3 zu fließen beginnt, wodurch der Spannungsabfall über (Ι·ηι Widerstand 82 verändert wird, der zwischen die Spannungsc|uelle 100 und den Kollektor des Transistors Q 5 geschalte! ist und ferner mit der Basis-Emitterstrcckc von einem weiteren Transistor Q4 in Verbindung Mehl. Die daraus resultierende Änderung in der Vorspannung an der liasis des Transistors Q 4 bewirkt einen Anstieg in dem Lmitter-Kollektorstrom, der durch den Transistor Q4 fließt und der dann über die Diode D I zur Basis des Transistors Q 1 in der Logikschaltung 40 fließt, wodurch der Schalter 20 ausgeschaltet wird, wie es bereits beschrieben wurde. Der durch den Transistor Q4 fließende Kollektor-Emitterstrom fließt auch über die Diode D 3 /ur Basis des Transistors Q3 zurück, um dadurch für eine Verriegelungs- oder Selbsthaltewirkung zu sorgen.

Der vorstehend angegebene Spannungsteiler, der der Batterie IO parallel geschaltet ist und die Signalspannung an die Basis des Transistors Qi liefert, umfaßt einen ersten Widerstand 82 und einen zweiten variablen Widerstand 84. Der variable Widerstand ist über sein variables Kontaktstück mit der Basis des Transistors Q 3 verbunden, um auf diese Weise Mittel zur Einstellung der Schwellwcrtspannung zu bilden, die von der Spannungsabtasieinrichtung abgetastet und dann an die Logikschaltung angelegt werden soll.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Transistor Q 4 nicht temperaturkompensiert sein muß. da die mit der Basis des Transistors Q4 verbundene Reihenschaltung, die den Transistor Q 3 und den Widerstand 82 umfaßt, für eine Verstärkung sorgt, die groß genug ist. damit irgendeine Temperaturempfindlichkeit des Transistors 0 4 von relativ geringem Einfluß ist.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die in l·' i g. 2 gezeigte Schaltungsanordnung für eine Spannungsabia· stung der Spannung an der Batterie während solcher Zyklenabschnitte sorgt, in denen keine Aufladung erfolgt, d. h. zwischen den Spitzen des welligen Ladestromes. Diese Auslegung wurde vorgenommen, um für eine genauere Abtastung der tatsächlichen Batteriespan nung zu sorgen, anstatt transiente Spannungsändcruiigen aufgrund von Spannungsschwankungen oder ähnlichem in der Ladeschaltung abzutasten. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Teil der Ladequellenspannung über eine Diode 102 und einen Widerstand 104 an die Referenzspannungsquelle angelegt wird, um der konstanten Referenzspannung eine Welligkeitsspannung zu überlagern, die größer ist als jede an der Basis des Transistors Q 3 erwartete Spannung. Der Wert des Widerstandes 104 ist so gewählt, daß eine angemessen große überlagerte Welligkeit sichergestellt ist. Die Diode 102 stellt sicher. daß eine endliche Zeitperiode vorhanden ist, während der die Größe der überlagerten Welligkeitsspannung Null ist.

Die Temperaturabtasteinrichtung 60 ist so ausgelegt, daß sie etwa ähnlich wie die Spannungsabtasteinrichtung 80 arbeitet, um eine Spannung an die Diode D 2 in der Logikschaltung 40 anzulegen. Die Temperaturabtasteinrichtung 60 benutzt jedoch einen Spannungsteiler, bei dem ein Thermistor bzw. Heißleiter 62 mit negativem Temperaturkoeffizienten und ein variabler Widerstand 64 in einer Spannungsteilerschaluing verwendet werden, wobei eine Bezugsspannung von einer Bezugsspannungsquelle benutzt wird. Der Thermistor 62 ist mit der Batterie 10 thermisch gekoppelt, während der variable Widerstand 64 mit der Basis des Transistors ζ)6 in Verbindung steht, um in ähnlicher Weise /u arbeiten, um den variablen Widerstand 84 mit der liasis des

Transistors (J 3 in der .Spannungsabtastschaltung zu koppeln. Sonnt bilden die Transistoren Q5 und Qh einen Differenzverstärker- Te m pe rat ura btastdetek ti >r. wobei die Basis des Transistors (J 5 ebenfalls mit der

", Referenzspannung 100 gekoppelt ist. Wenn die Temperatur der Batterie ansteigt, ändert sich die Spannung über dein Thermistor 62. wodurch die Vorspannung an der Basis des Transistors Qh ansteigt und für einen Anstieg in dem durch den Transistor Qh fließenden

in Kollektor Emilterstrom gesorgt wird, um dadurch den Spannungsabfall über dem Widerstand 62 zu andern. der seinerseits die Vorspannung an der Basis des Transistors Ql ändert, wodurch der hindurchfließende KoI-lektor-Emittcrstroin ansteigt, um ein Signal über die

;s Diode I)2 zur l.ogiksehaltung 40 zu leiten. In diesem Sensor wird wie beim Spantuingssensor ein Teil des Kollektor-Eniittersiromes über den Transistor Ql /urückgeleitet über eine Diode D4 zur Basis des Transistors Qh. um mit dieser eine Verriegelungs- bzv,. I !altern schaltung zu bilden.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. In dieser Schaltungsanordnung wird der Wechselstrom durch einen steuerbaren Siliciumgleichrichter 122 und eine Diode 124 gleichgerichtet, um der Batterie IO

»ϊ alternativ eine schnelle oder langsame Ladung /u geben. Das Ladegerät wird von schnell auf langsam umgestellt, indem der Strom von der Steuerelektrode 122j des steuerbaren Siliziumgleichrichters 122 abgeleitet wird. D'T Strom /ur Steuerelektrode 122.1 wird durch

ίο einen steuerbaren .Siliziumgleichrichter 130 gesteuert, der seinerseits eine Steuerelektrode 130;i aufweist, der über .Spannungsteilerschaltungen, die auf entsprechende Weise die Spannungsabtasteinnchtung und die Tcmpcraturabtastcinrichtung umfassen, bestimmt, ob der

r> steuerbare Siiiziumgleichrichter 130 leitet.

Die Spannungsabtasteinrichtung umfaßt einen ersten Widerstand 140 und einen zweiten variablen Widerstand 142. der mit dem Widerstand 140 in Reihe geschaltet ist. Der Widerstand 140 ist mit der positiven Seite der - 40 Batterie IO gekoppelt und das gegenüberliegende Ende des Widerstandes 142 steht mit dem negativen Pol der Batterie 10 in Verbindung. Das variable Kontaktstück 142;; des Widerslandes 142 ist über eine Diode 144 mit der Steuerelektrode 130.-J des steuerbaren Siliziumgleichrichters ! 30 gekoppelt. Der Widerstand 142.7 ist so eingestellt, daß er eine genügend positive Spannung liefert, um den steuerbaren Siliziumgleichrichter 130 zu zünden, wenn die Spannung auf der Batterie 110 einen vorbestimmten Wert erreicht, über den hinaus eine weitere Aufladung die Batterie beschädigen würde.

Die Temperaturabtasteinrichtung umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel einen Thermistor bzw. He^leiter 150 und einen variablen Widerstand 152. die als Spannungsteiler der Batterie 110 parallel geschaltet sind. Die Spannung an dem dazwischenliegenden Knotenpunkt 154 wird über eine Diode 156 an die Steuerelektrode 130.-1 des steuerbaren Siliziumgleichrichters 130 angelegt.

Im Betrieb steigt während der Aufladung der Batterie die Temperatur und desgleichen die Ausgangsspanming an. Wenn die Temperatur zunimmt, steigt der Widerstand des Thermistors 150. Dies verändert den Spannungsabfall über dem Thermistor 150. wodurch die Spannung am Knotenpunkt 154 zunimmt. Sollte die Spannung am Knotenpunkt t54 auf einen Wert ansteigen, der zum Zünden des steuerbaren Siliziumgleichrichters 130 ausreicht, fällt die Spannung an der Steuerelektrode 122;; lies steuerbaren .Siliziumgleichrichters

122. wodurch der steuerbare Siliziumgleichrichter 122 gesperrt und dadurch die mit einem großen Strom erfolgende Aufladung der BaUerie 10 unierbrochen wird. Somit fuhrt ein Temperaturanstieg über einen vorbestimmten Punkt hinaus zur Abschaltung der mit einem si.irken Strom erfolgenden Aufladung. Die talsachliche Einstellung oder Wahl der Temperatur wird durch Ein stellung des variablen Widerstandes 152 gesteuert.

Hs s"i darauf hingewiesen, daß in dem dargestellten Ausfünrjngsbeispiel der Thermistor 150 mit dem negativen Pol der Batterie 10 verbunden ist und deshalb der Knotenpunkt 154 immer positiver ist. Deshalb ist der Thermistor 150 so ausgewählt, daß er einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Wenn umgekehrt die Lage bzw. Anordnung des Thermistors 150 und des variablen Widerstandes 152 umgekehrt ist. d. h. wenn der Thermistor 150 mit dem positiven Pol der Batterie 10 verbunden ist. würde der Thermistor einen negativen Temperaturkoeffizienten benotigen. In jedem Pail sollte der Thermistor 150 selbstverständlich thermisch gekoppelt sein mit der Batterie 10. um für einen maximalen Wirkungsgrad bei der Abtastung und Übertragung der durch die Batterie erzeugten Wiirmc auf den Thermistor zu sorgen.

Somit werden schädliche hohe Temperaturen vermieden, indem der Ladestrom abgeschaltet wird, wenn die Temperatur über einen Sicherheitswcri hinaus ansteigt. Sollte die Batterie jedoch einen Ladezustand erreichen, über den hinaus eine weitere Aufladung die Zelle in einer kalten Umgebung beschädigen würde, bei der die Temperaturabtasteinrichtung nicht wirksam sein würde, wird die Spannung der Batterie durch die Spannung über den Widerstünden 140 und t42 abgetastet. Wie bereits ausgeführt wurde, weisen die meisten Zellen, wie beispielsweise Nickel-Kadmium-Zellen, eine Spannung auf. die ein Maß für den vollen Ladezustand ist. die umgekehrt proportional zur Temperatur der Zelle ist. Das bedeutet, je niedriger die Temperatur der Zelle ist. desto höher ist die Spannung, die eine vollständige Ludung anzeigt. Deshalb kann der Spannungspunkt, der für das Abschneiden der Spannung bei niedrigeren Umgebungstemperaturen ausgewählt wird, höher eingestellt werden als die entsprechende Spannung bei höheren Temperaturen. Somit steigt bei einer vollen Ladung bei niedrigen Temperaturen, d. h. die Batterie hat ihre vollständige Aufladung erreicht oder, was noch üblicher ist, die Batterie hat einen nahe bei der völligen Aufladung liegenden Zustand erreicht, über den hinaus eine starke Aufladung nicht fortgesetzt werden könnte, die Spannung über dem Spannungsteiler mit den Widerständen 140 und 142 genügend an. um für eine Spannung an einem variablen Kontaktstück 142a zu sorgen, die in bezug auf den negativen Pol der Batterie ausreichend hoch ist, um den steuerbaren Siliziumgleichrichtcr 130 zu zünden. Dadurch wiederum wird der Strom von der Steuerelektrode 122a des steuerbaren Siliziumgleichrichters 122 abgeleitet, wodurch die Hochstrom-Ladeschaltung abgeschaltet wird.

Somit wird sowohl unter Bedingungen hoher Temperaturen als auch hoher Spannungen ein Signal alternativ zum steuerbaren Siliziumgleichrichter 130 zurückgeleitet, um den starken Ladestrom zu unterbrechen.

In der in Fig.3 dargestellten Schaltungsanordnung ist eine zusätzliche Diode 160 in Reihe mit einem Widerstand 162 und einem zweiten Widerstand 164 vorgesehen, die dem Ausgang des Transformators 120 parallel geschaltet sind. Die Kathode des steuerbaren Sili/.iumgleichrichters 130 ist mit dem Knotenpunkt 166 zwischen ilen Widerständen 162 und 164 verbunden. Diese zusätzliche Schaltung gestattet eine Beendigung der Aufladung, d. h. eine Zündung des steuerbaren Siliziumgleichrichter·« 130. nur während solcher Zeiträume, in denen der Ladesimm Null ist. Das bedeutet, daß die Spannungen der Batieiiesensoren den steuerbaren Siliziumgleichrichtcr nur /wischen .Stromimpulsen von dem Batterie-Ladegerät zünden können. Auf diese Weise beeinflussen Schwankungen in der Ladespannung

in aufgrund von sich verändernden Zuständen in dem Ladegerät und der zugehörigen Schaltungsanordnung nicht die Eichung der Sensoren.

In F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastsystems gezeigt. An diesem

ι ι Ausführungsbeispiel ist zu bemerken, daß die Diode 144 in der Spannungsabtas'.schaltung weggelassen ist. Diese Maßnahme sorgt für eine geringere Impedanz für den steuerbaren Sili/iumglcichrichtcr. wo das Problem gelöst oder zumindest abgeschwächt wird, den steuerba-

2(i ren Siliziumgleichrichter im gezündeien Zustand zu halten, was anderenfalls, bei einer sehr hohen Impedanz, erfordern würde, daß ein größerer Stroinfluß durch den steuerbaren Siliziumglciehrichter 130 hindurch aufrechterhalten wird. Es sei auch bemerkt, daß die Diode

:■-> 124 durch Dioden 124.1 und 1246 ersetzt worden ist. die mit den entgegengesetzten Schenkeln der Sekundärwicklungen des Transformators 120 verbunden sind, um für eine Vollweg-Gleichrichtung zu sorgen. Weiterhin sei bemerkt, daß die Verwendung von entweder der

jo Halbweg- oder Vollweg-Gleichrichtung möglich ist. und daß in den beschriebenen Schaltungsanordnungen die eine Gleichrichtungsari durch die andere ersetzt werden kann.

In der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 4 verbindet

r> ein Widerstand 170 die Mitielanzapfung des Transformators 120 mit dem negativen Pol der Batterie 10 und der Kathode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 130. um die gleiche Funktion zu erfüllen, wie es vorstehend anhand der Widerstände 162 und 164 und der Diode ibö

4Ii in F i g. 3 beschrieben worden ist. d. h. um eine Zündung des steuerbaren Siliziumgleichrichters 130 nur zwischen den Impulsen des Ladestromes zu gestatten.

F.s sei ferner darauf hingewiesen, daß in der Schaltung gemäß Fig. 4 der in Fig. 3 gezeigte Thermistor 150

•r> durch einen Thermistor 150' ersetzt worden ist. Der Thermistor 150' ist ein Widerstand mit einem negativen Tempcrauirkocffizienten, da in der in Fig.4 gezeigten Schaltungsanordnung der Thermistor 150' mit dem positiven Poi der Batterie in Verbindung steht. Somit führt

so ein Temperaturanstieg zu einer Verkleinerung des Widerstandes des Thermistors 150'. um dadurch eine Erhöhung des Spannungsabfalles über dem Widerstand 152' /M bewirken, wodurch die Spannung erhöht wird, die über die Diode 146 an die Steuerelektrode 130a des steuerbaren Siliziumgleichrichters 130 angelegt wird, um diesen steuerbaren Siliziumg'eichrichter ggf. zu zünden, wenn die Spannung eine ausreichende Höhe erreicht hat.

Ein weiteres Problem, das bei der Auswahl der Kombi) ponenten zum Aufbau der gewünschten erfinrtungsgemäßen Schaltung auftreten kann, beinhaltet die mögliche Selbsterhitzung des Thermistors, wie beispielsweise des Thermistors 150 oder 150'. um zu bewirken, daß große Ströme hindurchfließen. Dieses Problem kann

hi unabhängig davon auftreten, ob der Thermistor einen negativen oder einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.

In F i g. 5 ist eine abgewandelte Schaltungsanordnung

gc/cigt. in der die Diodo 156 durch einen Transistor 180 ersetzt ist, dessen Basis mit einem Punkl /wischen dem Thermistor 150' und dem variablen Widerstand 152' verbunden ist. Auf diese Weise kann ein Thermistor mit hohem Widerstand verwendet werden, der, obwohl der ί Widerstand verändert wird, /.u allen Zeiten einen sehr kleinen Strom leitet, so daß das Problem der Sclbstcrhitzung vermindeii wird. Der hindurchfließende variable Strom steuert den Strom, der von dem positiven Pol der Batterie 10 übe«· den Widerstand 182 und den Transistor in 180 zur Steuerelektrode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 130 fließt.

In der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 5 ist ferner ein zweiter Thermistor 190 vorgesehen, um Für eine gewisse Kompensation einer möglichen Temperatur- i> empfindlichkeit des steuerbaren Sili/iumgleiehrichlers 130 zu sorgen. Der Thermistor 190 ist einem /weiten Widerstand 192 parallel geschaltet, und beide Widerstände sind ihrerseits mit dem variablen Widerstand 142 und dem Widerstand 140 in der Spannungsabtastanord- jii nung in Reihe geschaltet.

Es sei darauf hingewiesen, daß sowohl in F i g. 4 als auch F i g. 5 die Diode 156 der Schaltung gemäß F i g. 3 weggelassen ist und statt dessen die Spannung von der Temperaturabtastschaltung der Spannungsablastschal- r, tung direkt überlagert ist. die die Steuerelektrode 130;/ des steuerbaren Siliziumgleichrichters 130 speist. Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, ist diese Wcglassung der Diode wünschenswert, wenn ein steuerbarer Siliziumgleichrichter als ein Spannungsdetektor vcr- jii wendet wird, um die Größe der Impedanz in der Ansteuerschaltung zu verkleinern. Um jedoch die Zündung des steuerbaren Siliziumgleichrichtcrs 130 über solche Schaltungen herbeizuführen, muß die Temperaturabtastschaltung von ihrem Ausgang aus gesehen eine rela- r> tiv kleine Impedanz aufweisen. Infolgedessen entsteht ein mögliches Problem der Selbsterhitzung des Thermistors, das seinerseits die Verwendung einer weiteren SKli'vcn ν OrnCmUng PiöiWCTiüig fnüchi. WiC bOiSptOlswOi· se des Transistors 180 in F i g. 5, wodurch der Strom, der -in von der Temperaturabtastschaltung zur Spannungsabtastschaltung geleitet wird, erhöht werden kann, während eine Impedanz mit einem vernünftig hohen Wert in der Thermistorschaltung aufrechterhalten wird

In Fig. 6 ist eine weitere Ausgestaltung lies erfin- -r. dungsgcmäßen Abtasisysiems gezeigt, in der die Tcmperaturabtasteinrichtung einen Thermostaten 250 aufweist, der mit der Batterie 210 in Reihe geschaltet ist. Ein Ladestrom, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Halbweg-Gleichrichteranordnung hindurchFließt. wird der Batterie 210 über einen steuerbaren Siliziumgleichrichter 222 mit großer Geschwindigkeit zugeFührt. Wie bereits in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiclcn wird die Batiericspannung durch einen Spannungsteiler abgetastet, der -,=, einen Widerstand 240 und einen variablen Widerstand 242 umfaßt, die so eingestellt sein können, daß der gewünschte Wert für das Abschneiden der Spannung eingestellt ist. Die Steuerelektrode 230a des steuerbaren Siliziumgleichrichters 230 ist mit dem Schleifer-Kon- wi taktstück 242a des Widerstandes 242 verbunden, um den steuerbaren Siliziumglcichrichter 230 zu zünden, wenn die Spannung am Kontaktstück 242.7 einen vorbestimmten Wert erreicht. Dadurch wird die Steuerelektrode 222a des steuerbaren Siliziumgleichrichtcrs 222 r.-, mit dem negativen Pol der Batterie 210 verbunden, um den sicuerbaren Siliziumgleichriehicr 222 /u sperren. In diesem Ausführungsbeispiel wird die schnelle Aufladung in Abhängigkeit von der Temperatur durch das Öffnen der Kontakisiücke des Thermostaten 250 unierbrochen. Wenn dies auftritt, steigt die Ladespannung während der ladenden Halbwelle aufgrund der Unterbrechung der lUiltcrielast an. Dies bewirkt seinerseits einen Spannungsanstieg über dem Spannungsteiler, der die Widerslände 240 und 242 umfaßt. Der steuerbare Siliziumgleichrichter 222 wird dann aufgrund der Zündung des steuerbaren Sili/iumgleichrichters 230 abgeschaltet, wie es vorstehend bereits beschrieben wurde.

F.inc Diode 260, die mn der Batterie 210 in Reihe angeordnet ist. ist den Klemmen des Thermostaten 250 parallel geschaltet. Die Polarität der Diod'.· 260 verhindert einen Fluß des Ladestromes, aber sie gestattet einen Fluß des Haliestromes von der Batterie während der Zeiträume, in denen die Quellenspannung Null ist. um auf diese Weise den steuerbaren Sili/iumgleichrichter 222 in einem nicht-leitenden Zustand zu halten.

Der Thermostat 250 stellt sich vorzugsweise automatisch zurück, um auf diese Weise den Fluß eines kleinen Ladestromes /ur Batterie 2iö über die Diode 224 und den Widerstand 218 /u gestatten, nachdem sich die Batterie genügend abgekühlt hat.

Das erfindungsgemäße Baiterie-Lades}stern schafft somit neue Mittel zur Steuerung der Ladegeschwindigkeit bei einer wicdcraufladbaren Batterie, indem sowohl das Abschneiden der Spannung als auch der Temperatur der Batterie überwacht wird und Logikmittel vorgesehen sind zum Übertragen von Signalen von einem der Sensoren zu den Stromabschalimitteln.

Hier/u J Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Batterie-Schnelladeanordnung für eine wiederaufladbare Batterie, die wenigstens eine wiederaufladebare Zelle aufweist, mit einer Ladestromquelle, die mit der wenigstens einen Zelle für die Zufuhr von Ladestrom elektrisch verbunden ist. mit einem Spannungsfühler, der mit der wenigstens einen Zelle zum Abfühlen ihrer Spannung und zum Liefern eines entsprechenden Signals elektrisch verbunden ist.

mit einem Temperaturfühler, der mit der wenigstens einen Zelle zum Abfühlen ihrer Temperatur und zum Liefern eines entsprechenden Signals thermisch verbunden ist,

und mit einem Schalter zum Beendigen des Schnelladevorgangs, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungssignal und das Temperatursignal einer Steuereinrichtung (40) zugeführt sind, die unabhängig entweder auf das Spannungssignal oder auf das Temperatursignal anspricht, und daß das Ausgangssignal der Steuereinrichtung (40) den Schalter (20) abrupt umschauet zum Beendigen des Schnellladevorgangs.

2. Ladeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsfühler (80) einen der Batterie (10) parallel geschalteten Spannungsteiler (82, 84) aufweist und die Steuereinrichtung (40) ein mit dem Schalter (20) elektrisch verbundener Thyristor (Qi) ist. dessen Steuerelektrode derart mit einem Abgriffpunkt des Spannungsteilers (82, 84) verbunden ist. daß der Thyristor (Q 1) durchgeschaltct äst und der Schalter (20) sperrt, wenn die Spannung an dem Abgriffp-nkt des Spannungsteilers (82,84) einen vorbestimmten Wert erreicht.

3. Ladeanordnung nach An pruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (20) ein /weiter Thyristor (22) ist, dessen Steuerelektrode mit dem ersten Thyristor (Q 1) verbunden ist.

4. Ladeanordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß bei Zufuhr von Gleichstromimpulsen der erste Thyristor (Q I) während derjenigen Periode durchgeschaltet ist, in denen die durch die Stromimpulse aufgedrückte Spannung größer als die Zellenspannung ist, so daß ein vorzeitiges Abschalten der hohen Ladegeschwindigkeit verhindert ist, bevor die Zelle eine vorbesiimmte Spannung erreicht hat.

5. Ladeanordnung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (60) ein Thermistor (150) ist, der mit einem /weiten Widerstand (152) in Reihe geschaltet ist und eine temperaturveränderliche Zwischenspannung an die Steuerelektrode des ersten Thyristors (Q 1) liefert.

6. Ladeanordnung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (60) einen ersten Differenzverstärker (Q 5. Q 6) und einen ersten Spannungsteiler (62, 64) mit einem mit der Zelle (10) verbundenen Thermistor (P aufweist, wobei der eine Eingang des Differenzverstärkers mit einem Abgriffpunkt des ersten Spannungsteilers und der andere Eingang des Diifcrenzvcrstärkers mit einer Be/ugsspannungsquclle (100) verbunden ist, und daß der .Spannurigsfühler (80) einen zweiten Differenzverstärker (Q 2. ζ) 3) und einen zweiten Spannungsteiler (82, 84) parallel /ur Zelle (10) aufweist, wobei der eine Eingang lies /weiten Diffcren/versuirkcrs mit einem Abgriffpunkt des zweiten Spannungsteilers (82,84) und der andere Eingang des zweiten Differenzverstärkers mit der Bezugsspannungsquelle (100) verbunden ist.