DE1438107C - Ladeeinrichtung fur einen Akkumulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung für einen Akkumulator, insbesondere für einen Kraftfahrzeugakkumulator, mit einer Gleichstromquelle und einer Regeleinrichtung für den Ladestrom, deren im Hauptstromkreis liegendes Stellglied von einer Zenerdiode, deren Durchbruchspannung der Klemmenspannung des Akkumulators entspricht, aussteuerbar ist.

Aus der britischen Patentschrift 851 625 ist eine Ladeeinrichtung der oben angegebenen Art bekannt, bei der die Zenerdiode mit einer. Zugspule eines elektromagnetischen Relais in Reihe geschaltet ist, das einen Ruhekontakt enthält, der in Reihe mit einer von zwei Ankerwicklungen einer Wechselstromlichtmaschine liegt oder einen Widerstand überbrückt, der mit einer der beiden Ankerwicklungen der Lichtmaschine in Reihe geschaltet ist, so daß beim öffnen des Ruhekontaktes der von der Lichtmaschine über eine Gleichrichterschaltung an den Akkumulator und das Bordnetz abgegebene Strom herabgesetzt wird. Nachteilig an dieser bekannten Ladeeinrichtung ist, daß eine Lichtmaschine spezieller Konstruktion benötigt wird und das elektromagnetische Relais ein teures und störungsanfälliges Bauteil darstellt.

Es ist ferner aus der Zeitschrift »Funkschau«, 13/1960, Beilage HI, 1960, S. 699, eine Stabilisierungsschaltung bekannt, die einen Transistor enthält, in dessen Basiskreis eine Zenerdiode geschaltet ist um den Emitterstrom des Transistors zum Ausgleich von Netzspannungsschwankungen und zur Brummsiebung konstant zu halten. Solche Stabilisierungsschaltungen sind für die Aufladung eines Akkumulators ungeeignet, da eine Stabilisierung der Klemmenspannung eines Akkumulators wegen dessen geringen Innenwiderstandes praktisch nicht möglich ist und der Ladestrom nicht konstant gehalten werden darf, sondern sich entsprechend dem Ladezustand des Akkumulators ändern muß.

Weiterhin ist aus der französischen Patentschrift 1150 336 eine Akkumulatorladeschaltung für Kraftfahrzeuge bekannt, die einen Transistor enthält, der durch einen spannungsabhängigen Widerstand gesteuert ist und im Stromkreis einer Nebenschluß-Feldwicklung liegt. Die Anzapfung des Erregungsstromkreises einer Lichtmaschine ist jedoch häufig schwierig, wenn nicht sogar praktisch undurchführbar, außerdem ist der Regelung nach kleinen Stromwerten hin rasch eine Grenze gesetzt.

Es ist schließlich in der deutschen Patentschrift 1264 588 bereits eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung in Ladeschaltungen vorgeschlagen worden, bei der die Ausgangsspannung durch Änderung des Widerstandes des im Akkumulatorstromkreis liegenden Kollektor-Emitter-Kreises eines Leistungstransistors regelbar ist, dessen Basis an einer der Akkumulatorspannung proportionalen Spannung liegt. In den Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors ist auf der Eingangsseite ein Widerstand geschaltet, dessen Widerstandswert abnimmt, wenn die Spannung an seinen Klemmen steigt. Der Leistungstransistor wird durch einen Umkehrtransistor gesteuert, dessen Emitter durch eine Normalspannungsquelle auf konstanter Spannung gehalten wird. Eine Zenerdiode, deren Durchbruchsspannung der Klemmenspannung des geladenen Akkumulators entspricht, ist jedoch nicht vorhanden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladeeinrichtung für Akkumulatoren anzugeben, die keine teuren und störungsanfälligen elektromagnetischen Relais enthält, keine Stromquelle, insbesondere Lichtmaschine, spezieller Konstruktion erfordert, die den Ladestrom mit zunehmender Klemmenspannung des Akkumulators stetig verringert und schließlich bei voll aufgeladenem Akkumulator ganz unterbricht und auch den maximalen Ladestrom bei stärk entladenem Akkumulator auf sichere Werte begrenzt.

ίο Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Stellglied ein Transistor ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit dem Akkumulator liegt, dessen Emitter-Basis-Strecke in Reihe mit der Zenerdiode an den Akkumulator angeschlossen ist und daß parallel zur Basis-Kollektor-Strecke des Transistors ein Widerstand geschaltet ist, der so bemessen ist, daß der Ladestrom, auch bei tiefentladenem Akkumulator, einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.

Vorzugsweise ist zwischen den Kollektor des Transistors und die Gleichstromquelle eine für den Ladestrom in Flußrichtung gepolte Diode geschaltet.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung und

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung.

In F i g. 2 sind entsprechende Teile, wie in F i g. 1, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, denen jedoch zur Unterscheidung der Buchstabe »α« angefügt wurde.

F i g. 1 zeigt eine Einrichtung 10 zum Aufladen eines Akkumulators 12, z. B. eines Bleiakkkumulators, durch eine Stromquelle, beispielsweise einen Gleichstromgenerator 14. Der Akkumulator 12 kann eine Autobatterie und der Generator 14 eine übliche Lichtmaschine sein. Die negative Klemme des Akkumulators 12 ist mit dem Emitter eines PNP-Transistors 16 verbunden. Sie ist ferner an einem Sammelanschluß, beispielsweise das Metallchassis des Fahrzeugs, angeschlossen.

Die positive Klemme des Akkumulators 12 ist mit dem positiven Pol des Generators 14 über einen Einfachschalter 18 verbunden. In einem Kraftfahrzeug ist der Schalter 18 wirkungsmäßig mit dem Zündschloß verbunden. Der Kollektor des Transistors 16 ist über eine Diode 20 mit dem negativen Pol des Generators 14 verbunden. Die Diode 20 ist so geoolt, daß ein Ladestrom nur vom Generator 14 zum Akkumulator 12 fließen kann, um diesen aufzuladen. Die Diode 20 kann entfallen, wenn der Transistor 16 die Sperrspannung auszuhalten in der Lage ist, die auftritt, wenn die Generatorspannung niedriger ist als die Akkumulatorspannung.
Der Transistor 16 ist in Flußrichtung vorgespannt.

Zu diesem Zwecke ist die Anode einer Zenerdiode 22 direkt an die Basis des Transistors 16 angeschlossen, und die Kathode der Zenerdiode 22 ist mit dem positiven Pol des Generators 14 verbunden. Die Basis des Transistors 16 ist mit dem Kollektor über einen veränderbaren Vorspannungswiderstand 24 verbunden. Wenn die Zenerdiode 22 leitet, was der Fall ist, wenn die Spannung an ihr die Durchbruchspannung übersteigt, ist die an ihr liegende Spannung an-

i 438

nähernd gleich der Spannung des Akkumulators 12, wenn dieser voll geladen ist.

Im folgenden soll nun die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Ladeschaltung 10 beschrieben werden. '

Zuerst sei angenommen, daß der Akkumulator 12 entladen ist, und daß die Spannungsdifferenz zwischen dem entladenen Akkumulator 12 und der Ausgangsspannung des Generators 14 verhältnismäßig groß ist. Wenn der Schalter 18 geschlossen wird, fließt ein Ladestrom vom positiven Pol des Generators 14 durch den Akkumulator 12, die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 16 und die Diode 20 zum negativen Pol des Generators 14. Außerdem fließt ein verhältnismäßig großer Strom im Basiskreis von der Basis durch den Widerstand 24 zum Kollektor. Unter diesen Umständen leitet die Zenerdiode 22 nicht, da die Differenz der Spannungen am Generator 14 und am Widerstand 24 kleiner ist, als die Zener-Spannung der Zenerdiode 22. Wenn die ao Ladung des Akkumulators 12 zunimmt und die Klemmenspannung dementsprechend steigt, wird der Emitter des Transistors 16 gegenüber der Basis stärker negativ, und der Strom durch den Widerstand 24 sinkt. Wenn der Akkumulator 12 annähernd voll geladen ist, wird die Zenerdiode leitend, da sich der Spannungsabfall am Widerstand immer weiter verringert hat und ein immer größerer Teil der Generatorspannung an der Zenerdiode 22 wirksam wird. Unter diesen Umständen ist die Spannung an der Basis praktisch gleich der Spannung am Emitter, und der in den Akkumulator 12 fließende Ladestrom sinkt praktisch auf Null ab.

F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die dargestellte Einrichtung 10 a zum Laden eines Akkumulators enthält einen NPN-Transistor 16 a als Halbleitersteuereinrichtung an der Stelle des PNP-Transistors 16 der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung. Ein Generator 14 a ist mit einer Diode 20 a (die wie die Diode 20 in F i g. 1 gegebenenfalls entfallen kann), der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 16 a, einem Schalter 18 a und einem Akkumulator 12 a in Reihe geschaltet, so daß ein Ladestrom durch den Akkumulator 12 a fließen kann, um diesen aufzuladen. Parallel zum Generator 14 a liegt eine Vorspannungsschaltung, die eine Zenerdiode 22 α und einen mit dieser in Reihe geschalteten veränderbaren Widerstand 24 a enthält; die Basis des Transistors 16 a ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 22a und dem Widerstand 24 α verbunden. Die negative Klemme des Akkumulators 12 a ist an einen gemeinsamen Anschluß (Masse) angeschlossen, wie es in den meisten Kraftfahrzeugen üblich ist.

Die Arbeitsweise der in F i g. 2 dargestellten Akkumulatorladeschaltung 10 a entspricht im wesentlichen der Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung 10. Zum Laden des Akkumulators 12 a wird der Schalter 18 a geschlossen. Wenn der Akkumulator 12 a entladen ist, ist das Potential an der Basis des Transistors 16 α positiver als das Potential am Emitter; das Potential an der Basis entspricht im wesentlichen dem Potential am Kollektor, wenn die Zenerdiode nicht leitet. Es fließt dann ein Ladestrom vom Generator 14 a zum Akkumulator 12 a und lädt diesen auf. Während der Ladedauer fließt von der Basis durch den Widerstand 24a Strom zum Kollektor, wodurch sich ein verhältnismäßig großer Spannungsabfall am Widerstand 24 α ergibt. Unter diesen Umständen leitet die Zenerdiode 22 a nicht. Wenn die Aufladung des Akkumulators 12 a fortschreitet, nimmt seine Klemmenspannung zu, und der Basisstrom des Transistors durch den Widerstand 24 α sinkt. Da die Generatorspannung an der Reihenschaltung aus Zenerdiode 22 a und Widerstand 24 a liegt, steigt die Spannung an der Zenerdiode 22 α mit abnehmender Spannung am Widerstand 24a, unter der Annahme, daß die Generatorspannung im wesentlichen konstant ist. Wenn der Akkumulator 12 a im wesentlichen aufgeladen ist, wird die Zenerdiode 22 a leitend und spannt den Transistor 16 a derart vor, daß er praktisch gesperrt ist, so daß verhindert wird, daß der Akkumulator 12a überladen wird.

Es ist ersichtlich, daß bei relativ entladenem Akkumulator 12 a entsprechend mehr Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors und den Vorspannungswiderstand 24 a fließt. Wenn der Akkumulator 12 a voll aufgeladen ist, nimmt der Ladestrom durch die Emitter-Kollektor-Strecke ab, und der Basisstrom durch den Widerstand 24 a der Vorspannungsschaltung nimmt dementsprechend ebenfalls ab. Dieser Vorgang bewirkt, daß die Zenerdiode 22 a durchbricht, d. h. leitend wird. Der Widerstand 24 a ist einstellbar, so daß er den verschiedenen Verstärkungsfaktoren der verwendeten Transistoren angepaßt werden kann. Bei voll aufgeladenem Akkumulator ist die Vorspannung an der Basis des Transistors 16 a gleich der Spannung an der leitenden Zenerdiode 22 a. Wird der Akkumulator 12 a wieder entladen, so wird der Transistor 16a durch die verringerte Spannung am Akkumulator 12 a wieder in den leitenden Zustand vorgespannt, und es fließt wieder ein Ladestrom in die Batterie 12 a.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ladeeinrichtung für einen Akkumulator, insbesondere für einen Kraftfahrzeugakkumulator, mit einer Gleichstromquelle und, einer Regeleinrichtung für den Ladestrom, deren im Hauptstromkreis liegendes Stellglied von einer Zenerdiode, deren Durchbruchsspannung der Klemmenspannung des geladenen Akkumulators entspricht, aussteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Transistor (16, 16 a) ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe mit dem Akkumulator (12, 12 a) liegt und dessen Emitter-Basis-Strecke in Reihe mit der Zenerdiode (22, 22 a) an den Akkumulator angeschlossen ist, und daß parallel zur Basis-Kollektor-Strecke des Transistors ein Widerstand (24, 24 a) geschaltet ist, der so bemessen ist, daß der Ladestrom, auch bei tief entladenem Akkumulator, einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet.

2. Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kollektor des Transistors (16, 16 a) und die Gleichstromquelle (14,14 a) eine für den Ladestrom in Flußrichtung gepolte Diode (20, 20 a) geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen