DE3408657A1

DE3408657A1 - Polungsautomatik fuer automatische ladeeinrichtungen fuer aufladbare batterien

Info

Publication number: DE3408657A1
Application number: DE19843408657
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7500 Karlsruhe Sorgatz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1985-09-12

Description

DR. JDRG MÜHLINGHAUS* PATENTANWALT

7SOO KARLSRUHE 1 LAMMSTRASSE 11/111 TELEFON (0721) 25Θ11

8.3.1984

VNR 106224

M 26/84

Wolfgang Sorgatz Hans-Pfitzner-Str. 7 7500 Karlsruhe 41 ANR 1029452

Polungsautoinatik für automatische Ladeeinrichtungen

für aufladbare Batterien

POSTSCHECKKONTO: KARLSRUHE (BLZ 6UOIOO75) 64529-754

Polungsautomatik für automatische Ladeeinrichtungen für aufladbare Batterien

1. Die Erfindung bezieht sich auf Polungsautomatikschaltungen, insbesondere als Zusatz für Batterie-Ladeautomatikschaltungen.

2. Bei den bekannten Batterieladegeräten müssen die wiederaufladbaren Batterien polungsrichtig angeschlossen werden, da andernfalls der Akkumulator zerstört wird, ebenso das Ladegerät selbst, wenn kein Verpolungsschutz vorgesehen ist. Trotz der von den Herstellern angebrachten Polaritätskennzeichnungen kommt es immer wieder vor, daß die Ladeeinrichtungen falsch gehandhabt werden, beispielsweise wenn Starter-Batterien von Kraftfahrzeugen wieder aufzuladen sind, sei es aufgrund ungünstiger Lichtverhältnisse, sei es, daß die Polaritätskennzeichnungen selbst nicht mehr deutlich sichtbar sind, sei es, daß Laien am Werk sind.

Da wiederaufladbare Batterien in allen Bereichen der Technik und des täglichen Lebens zum Einsatz kommen, ist die Verlustquote infolge unsachgemäßer Anwendung im staatlichen (z.B. Militär), kummunalen (Polizei, Feuerwehr, Verkehrsbetriebe usw.) und privaten Bereich (Kraftfahrzeug-Werkstätten, Kraftfahrzeugleifirmen und dergleichen) beträchtlich.

3. Ausgangspunkt der Weiterentwicklung sind automatische Batterie-Ladegeräte mit Ladeautomatik und Verpolungsschutz, wie sie aus der DE-OS 31 06 171 bekannt sind; die Ladeautomatik gewährleistet, daß Batterien nicht überladen werden, der Verpolungsschutz, daß kein Lade-

strom fließt, wenn falsch gepolt ist.

4. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, insbesondere die vorbekannten Ladeautomatikschaltungen einfach und kostengünstig mit einer Polungsautomatik auszurüsten derart, daß unabhängig davon, wie die zu ladende Batterie an das Ladegerät angeschlossen ist, die Batterie immer automatisch den polungsrichtigen Anschluß erhält. Weiterhin soll, abgestimmt auf die zu ladenden Batterietypen, die Polungsautomatik wenig Energie verbrauchen.

5. Diese Aufgabe wird gemäß den Vorschlägen nach den vorgenannten Patentansprüchen 1-6, welche hiermit

wiederholt werden und gleichfalls Gegenstand der Be-Schreibung sind, gelöst.

Den Ausgestaltungen liegt der übergreifende Grundgedanke zugrunde, daß unabhängig davon, welcher Batterietyp und wie die zu ladende Batterie am Eingang der Polungsautomatik KA-; KB + angeschlossen ist, über einen Relaisschaltkreis erreicht wird, daß die Polung am Ausgang 13 +; 4 - unverändert bleibt.

6. Nachfolgend wird die Erfindung an bevorzugten

Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Polungsautomatik P, vorzugsweise für Blei-Akkumulatoren (ca. 6-48 V), in Verbindung mit einer Ladeautomatik L sowie Netzteil, bei der ein bistabiles Relais (ReI.) von der Restspan

nung der zu ladenden Batterie mit Spannung versorgt wird;

Fig. 2 eine Polungsautomatik P, vorzugsweise für Restspannungen kleiner 1 V, in Verbindung mit einer Ladeautomatik L sowie Netzteil, bei der ein monostabiles Relais (ReI.) vom Netz mit Spannung versorgt wird und von der Spannung der Batterie

angesteuert wird und

Fig. 3 eine Polungsautomatik P, für große Blei-Akkumulatoren mit größeren Batteriekapazitäten (ca. 40-1000 Ah), gekoppelt mit eienr Netzautomatik

N in Verbindung mit einer Ladeautomatik L, welche aus der DE-OS 31 06 171 bekannt ist.

Die Schaltung nach Fig. 1 (Anspruch 2) empfiehlt sich für Blei-Akkumulatoren, deren Restspannung im entladenen Zustand ausreicht, um durch einen kurzzeitigen Stromstoß über den Impulskondensator C die Relaisspule anzuregen.

Diese Schaltung kann dadurch weiter vereinfacht werden (Anspruch 3), daß anstelle des Entladewiderstands R₁-, und des Impulskondensators C eine Diode D eingesetzt wird und das bistabile Relais durch das billigere monostabile Relais ersetzt wird. Allerdings hat diese auf Diode und Relais reduzierte Schaltung, bei der die Diode in Durchlaßrichtung mit dem vollen Relaisspulenstrom beaufschlagt ist, den Nachteil, daß die Relaisspule beim Netzstromausfall der zu ladenden. Batterie Strom entnimmt.

Die Schaltung nach Fig. 2 (Anspruch 4) ist auch betriebsbereit, wenn die entladene Batterie nur noch eine Spannung kleiner als 1 V aufweist, da hier die Relaisspule vom Netzteil versorgt wird und nur ein sehr kleiner Strom von der Batterie durch den Vorwiderstand R

zur Basis des Schalttransistors T fließt.

Anstelle der Relais mit mechanischen Wechselkontakten können auch 2-polige Halbleiter-Wechselschalter eingesetzt werden (Anspruch 5), insbesondere bei Halbleiterschaltungen und kleinen Ladeströmen (vernachlässigbare Verlustwärme). Allerdings hat eine solche Ausführung den Nachteil, daß bei hohen Strombelastungen infolge der starken Erwärmung Kühlkörper erforderlich sind, welche mehr Raum bean-Sprüchen können als ein Relais.

7. Die Funktionsweise der Schaltungen:

Schaltung nach Fig. 1:

a) Wird der Pluspol der zu ladenden Batterie an KA, der

Minuspol an KB angeklemmt, so entsteht aufgrund der noch vorhandenen Batteriespannung am Relaisanschluß 1 über den Impulskondensator C ein positiver Stromimpuls, so daß der Relaisanker angezogen wird und durch den Remanenzmagnetkern festgehalten wird; es fließt nun dauernd ein sehr kleiner Strom durch den Kondensator C - Entladewiderstand R„. Mit der Betätigung des Relaisankers gehen gleichzeitig die Wechselkontakte aus der Ruhelage 11 und 6 in die Stellungen 4-8 und 13-9. An 13 liegt die positive Spannung der Batterie: KA-9-13. An 4 liegt die negative Spannung der Batterie: KB-8-4. Damit erhält die Ladeautomatik die polungsrichtige Spannung.

Ist die Batteriespannung an 13-4 kleiner als die eingestellte Abschaltspannung der Ladeautomatik, so schaltet diese schlagartig ein, so daß nun der Ladestrom vom Netzteil durch die Ladeautomatik zur Batterie fließen kann.

Nach Erreichen der Batterieladeschlußspannung wird der Ladestrom durch die Ladeautomatik schlagartig abgeschaltet.

Wird die Batterie an den Klemmen KA und KB abgeklemmt,

so bleiben die Kontakte 13-9 und 4-8 des bistabilen

Relais so lange geschlossen, bis eine Gegenspannung an KA und KB angelegt wird.

b) Wird der Minuspol der zu ladenden Batterie an KA und der Pluspol an KB angeklemmt, so erhält das Relais an dem Anschluß 1 einen negativen Stromimpuls; der Anker des Relais fällt ab, so daß die Wechselkontakte in die Lagen 13-11 und 4-6 übergehen. An 13 liegt jetzt wieder die positive Spannung der Batterie: KB-11-13, an 4 die negative Spannung: KA-6-4.

Schaltung nach Fig. 2:

Hier handelt es sich um eine Polungsautomatik mit Schaltverstärker, welche auf kleine Restspannungen anspricht, so daß sie auch für NiCd-Batterien geeignet ist.

a) Befindensich die Wechselkontakte des monostabilen Relais in den Ausgangslagen (+) 1 3-11 und (-) 4-6 und wird der positive Pol der Batterie an KA . und der Minuspol an KB angeklemmt, so liegt im ersten Moment an 13 die negative und an 4 die positive Batteriespannung. Die Ladeautomatik schaltet in diesem Zustand keinen Ladestrom ein; zunächst fließt ein Strom vom Pluspol der Batterie zum Minuspol: KA-R₇-T-D2-KB. Hierbei vermeidet die Verpolungsschutzdiode D1 einen Kurzschlußstrom, wobei der Strom vom Pluspol der Batterie

KA über 6-4-D1-D2 zum Minuspol der Batterie KB gesperrt wird. Nachdem der Transistor T durchgeschaltet ist, dessen Basisstrom durch den Vor widerstand R_v begrenzt wird, fließt ein Strom vom Pluspol des Netzteils über 1-16 (des Relais) - T-Dt zum Minuspol des Netzteils.

Der Relaisanker wird jetzt angezogen, so daß die Wechselkontakte aus den Lagen 13-11 und 4-6 in die Lagen 13-9 und 4-8 übergehen mit der Folge, daß an 13 jetzt die positive und an 4 die negative Batteriespannung anliegen.

Nunmehr funktioniert die Ladeautomatik wie zuvor bei der Schaltung nach Fig. 1 beschrieben.

Wird die Batterie an den Klemmen KA, KB abgeklemmt, so fällt das Relais in seine Ruhelage zurück; die dabei entstehende Induktionsspannung an der Relaisspule wird durch die Diode D3 verhindert.

b) Wird in der abgebildeten Schaltung der Minuspol der zu ladenden Batterie an KA und der Pluspol an KB angeklemmt, so sperrt die Diode D2 den Strom von KB-D2-D1-4-6-KA, d.h. D2 vermeidet einen Kurzschluß. An der Basis des Schalttransistors T liegt keine Spannung an: KA-R -T-D1-4-6-KA = OV, so daß das Relais in seiner Ruhelage bleibt. Dabei liegt an 13 die positive Batteriespannung KB-11-13 und an 4 die negative Batteriespannung KA-6-4 an. Die Ladeautomatik funktioniert wie zuvor bei Schaltung nach Fig. 1 beschrieben.

Schaltung nach Fig. 3.:
30

Hier ist die Polungsautomatik auf ein monostabiles Relais (ReI.1) sowie die Diode D4 reduziert,welch letztere dafür sorgt, daß das Relais 1 nur in einer Richtung

/O-

durchgeschaltet wird. Damit gekoppelt ist über ein Relais 2 eine Netzschaltautomatik N.

Die Polungsautomatik P funktioniert im wesentlichen entsprechend der Schaltung nach Fig. 2; das Relais 1 zieht nur an, wenn an der Klemme 2 der Minuspol und an der Klemme 3 der Pluspol der zu ladenden Batterie anliegen, während das Relais 2 immer anzieht, unabhängig davon, ob an Klemme 2 der Minus- oder der Pluspol anliegt. Der Varistor SIOV begrenzt die Spannungsspitzen, welche durch Selbstinduktion der Relaisspulen entstehen.

Der Vorteil der Kopplung von Polungsautomatik mit einer Netzautomatik für die Ladeautomatikschaltung L, wie sie aus der DE-OS 31 06 171 bekannt ist, besteht insbesondere darin, daß das Netz automatisch abgeschaltet wird, wenn die Batterie abgeklemmt wird bzw. eingeschaltet wird, wenn die Batterie angeklemmt wird, so daß das Netz, welches die Ladeautomatikschaltung versorgt, ständig eingeschaltet bleiben kann.

8. Wie im einzelnen dargestellt, wird für die Masse

der in Betracht kommenden Anwendungsfälle eine den Bedürfnissen angepaßte Polungsautomatik als Zusatzschaltung für Ladeautomatikschaltungen bereitgestellt, welche an alle Ladeeinrichtungen angeschlossen werden kann, welche keinen Ladestrom liefern, wenn die Batterie polungsverkehrt angeschlossen wird. Die Schaltung selbst ist auf ein Minimum an Bauelementen reduziert unter Beachtung, daß der Energieverbrauch des Relais so klein wie möglich gehalten wird. Die vorgeschlagenen Zusatzschaltungen sind einfach im Aufbau kostengünstig und arbeiten betriebssicher, so daß erstmals die Handhabung

auch für Laien schnell und problemlos ist. Der Bedienungskomfort kann noch dadurch erhöht werden, daß die Polungsautomatik mit einer Netzautomatik gekoppelt wird, derart, daß sich beim Abklemmen der zu ladenden Batterie das Netz automatisch abschaltet bzw. beim Anklemmen anschaltet; dadurch, daß nur bei Bedarf das Netz eingeschaltet v/ird, kann überdies Energie eingespart werden.

Von der Erfindung werden bei Anpassung der Bauelemente auch Schaltungen für andere Strom- und Spannungsbereiche umfaßt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Polungsautomatik, insbesondere als Zusatzschaltung für Batterie- Ladeautomatikschaltungen mit Verpolungsschutz, dadurch gekennzeichnet, daß die Polung am Ausgang (13+; 4-) der Polungsautomatik zum Ladegerät festliegt und das Gerät ladebereit ist, unabhängig davon, wie die zu ladende Batterie am Eingang (KA^; KB+) angeschlossen ist.

2. Polungsautomatik nach Anspruch 1, insbesondere für Blei-Akkumulatoren, bestehend aus einem bistabilen Relais (ReI.), welches von der Restspannung der zu ladenden Batterie mit Spannung versorgt wird und zwei Wechselkontakte (4; 6,8) und (13; 11,9) aufweist, einem zum Relais (ReI.) in Serie geschalteten Entladewiderstand (R_) sowie einem Impulskondensator (C), welcher parallel zum Entladewiderstand

(R„) liegt, wobei der eine Pol des Einganqs (KA) über den ü

Entladewiderstand (R₇-J und den Impulskondensator (C) mit dem

lit

Relaisanschluß (1 ) sowie den Wechselkontakten (6 u. 9) verbunden ist und der andere Pol des Eingangs (KB) mit dem Relaisanschluß (16) sowie den 'Wechselkontakten (8 u. 11). (Schaltung nach Fig. 1).

3. Polungsautomatik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Entladewiderstands (R₁₇) und des Impuls-

lit

kondensators (C) eine Diode (D) eingesetzt ist, deren Minuspol am Relaisanschluß (1) und deren Pluspol am Eingang (KA) anliegen.

4. Polungsautomatik nach Anspruch 1, insbesondere auch für

sehr kleine Batterieströme und kleine Batteriespannunaen bestehend aus einem monostabilen Relais (ReI.), welches vom Netz mit Spannung versorgt wird und von der Spannung ier Batterie angesteuert wird und welches ^v/ei Wechselkon-

takte (4; 6,8) und (13; 11,9) aufweist, einem mit dem Relais (ReI.) in Reihe geschalteten Schalttransistor (T) als Schaltverstärker, dessen Kollektor an den Relaisanschlüssen (16) und über eine Schutzdiode (D 3) an (1) und damit am + Pol des Netzes anliegt, dessen Basis über den Vorwiderstand (R_v) mit dem einen Pol des Eingangs (KA) sowie den Wechselkontakten (6 und 9) verbunden ist und dessen Emitter über die Verpolungsschutzdiode (D 2) am anderen Pol des Eingangs (KB) sowie über die Verpolungsschutzdiode (D 1) am Minuspol des Netzteils liegt, (Schaltung nach Fig. 2).

5. Polungsautomatik nach Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der beiden mechanischen Wechselkontakte (13; 11,9) und (4; 6,8) des Relais (ReI.) Halbleiter verwendet werden.

6. Polungsautomatik nach Anspruch 1, insbesondere für größere Batteriekapazitäten, bestehend aus einem monostabilen Relais (ReI. 1) mit νVerpolungsschutzdiode (D 4) und einer Netzautomatik (N), welche über ein monostabiles Relais (ReI. 2) funktionell mit dem Relais (ReI. 1) der Polungsautomatik gekoppelt ist, derart, daß beide Relais von der zu ladenden Batterie geschaltet werden und das Netz automatisch abgeschaltet wird, wenn die Batterie abgeklemmt wird. (Schaltung nach Fig. 3).