DE4025431C2 - Batterieladeeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieladeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die DE 25 41 436 A1 beschreibt eine solche Batterieladeschaltung mit einer Gleichrichterschaltung zum Erzeugen einer gleichgerichteten Wechselspannung, einer Stromerfassungsschaltung, die den durch eine Batterie fließenden Ladestrom detektiert, einem Vergleicher, der eine Referenzspannung mit dem Ausgangssignal der Stromerfassungsschaltung vergleicht, um ein Steuersignal in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal und einer Sägezahnspannung zu erzeugen, das einer Steuervorrichtung zum Schalten des Ladestromes zugeführt wird, so daß der Ladestrom im wesentlichen konstant bleibt.

Die DE 34 41 170 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Laden einer Akkumulatoren-Batterie mit einem konstant geregelten pulsierenden Gleichstrom, wobei zum Schnell-Laden der Batterie ein hoher Ladestrom erzeugt wird und nach dem Schnell-Laden mit einem geringen Strom weitergeladen wird, der die gleiche Pulshöhe wie der Schnell-Ladestrom, aber ein anderes Tastverhältnis hat und der dem Leckstrom der Batterie entspricht.

Die US-PS 4 316 133 beschreibt eine Batterieladeschaltung zum ständigen Laden einer Hilfsbatterie, wobei ein Schalter einen Ladestrom der Batterie in Antwort auf einen temperaturveränderlichen Widerstand zuführt. Mittels eines von einem Außensignal ansteuerbaren Schalttransistors und eines Spannungsmessers kann die Batteriespannung unter Ladebedingungen gemessen werden.

Der grundlegende Aufbau eines Batterieladegeräts wird in Fig. 1 gezeigt. Der Abschnitt, der von der strichpunktierten Linie einge­ schlossen ist, ist eine Batterie 2. Innerhalb der Batterie 2 befinden sich laminatartig angeordnete Zellen 4 und ein Thermostat 6. Gewöhnlicherweise hat eine Zelle 4 einen No­ minalausgang von 1,2 Volt und die Batteriespannung ist durch die Anzahl der Zellen, die laminatartig angeordnet sind, bestimmt. Im allgemeinen werden Batterien in einem Bereich der Nominalspannung von 2,4 Volt bis 12 Volt weit verbreitet verwendet. Das Thermostat 6 ist ausgelegt, ein vollständiges Laden bzw. die Beendigung des Aufladens durch das Ansteigen der Temperatur zu detektieren.

Ein kommerzieller Wechselstromeingang von 100 Volt (oder 200 Volt) wird in einen Wert umgewandelt, der geeignet ist, die Batterie 2 mittels eines Transformators 8 zu laden. Der Ausgang des Transformators 8 wird durch die Dioden 10 und 12 gleichgerichtet und der Batterie 2 zugeführt. Wenn die Batterie 2 aufgeladen wird, steigt die Temperatur der Bat­ terie 2 an. Der Thermostat 6 ist voreingestellt, bei einer Temperatur in der Nähe des Aufladeendes zu öffnen. Wenn das Thermostat 6 geöffnet ist, schaltet eine Detektionsschal­ tung 14 einen SCR 16 (Thyristor) ab, wodurch das Aufladen gestoppt wird.

Das bekannte Batterieladegerät weist jedoch die fol­ genden Probleme auf.

Erstens muß der Ausgang des Transformators 8 in Abhängig­ keit von der Nominalspannung variiert werden. Und zwar des­ halb, weil die Batterie 2 gebrochen bzw. zerstört werden kann oder nicht aufgeladen werden kann, wenn beabsichtigt wird, mit einer ungeeigneten Spannung zu laden. Dementspre­ chend muß für jede unterschiedliche Nominalspannung der Batterien eine eigene Ladeeinrichtung vorgesehen werden und der Anschluß und andere Formen bzw. Teile müssen geändert werden, damit der Einsatz in nicht vorgesehenen Kombinatio­ nen verhindert wird. Als Ergebnis sind die Herstellungsko­ sten erhöht.

Zweitens wird die Ladeeinrichtung leicht durch Schwankungen der Versorgungsspannung (ungefähr 10% bei der kommerziellen Leistungsversorgung) beeinflußt, d.h., daß, wenn die Ver­ sorgungsspannung höher wird, der Ladestrom ansteigt. Als Ergebnis steigt die Wärmeerzeugung pro Zeiteinheit des Transformators 8 der Ladeeinrichtung oder der Dioden 10 und 12 oder des SCR 16 an, was zu ihrer Verschlechterung oder Zerstörung führen kann.

Die nicht geprüfte, japanische Patentveröffentlichung HEI 1-1 86 130 (JP 1-1 86 130 A) beschreibt eine Batterieladeeinrichtung, in der die oben beschriebenen Probleme gelöst sind. Fig. 2 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Batterieladers. In dieser Batterieladeeinrichtung wird der Wert des Ladestroms der durch die Batterie 2 fließt, mittels eines Widerstands R5 detek­ tiert und dann mittels einer Integrierschaltung 24 inte­ griert. D.h., daß ein Effektivwert des Ladestroms, der durch die Batterie 2 fließt, von der Integrierschaltung 24 erzeugt wird. Ein Mikrocomputer 100 nimmt den Ausgang bzw. den Ausgangswert der Integrierschaltung 24 entgegen, nach­ dem der Ausgang in einen Digitalwert umgesetzt worden ist. Ein Referenzwert des Ladestroms ist in einem ROM 100b des Mikrocomputers 100 eingeschrieben worden. Der Mikrocomputer 100 steuert den Leitwinkel bzw. Phasenanschnittwinkel des SCR 10 und des SCR 12 über einen Ausgangsanschluß 100h und eine Treiberschaltung 60, und zwar in Abhängigkeit von dem Ausgangswert der Integrierschaltung 24 und dem Referenz­ wert, der in dem ROM 100b gespeichert ist, um den Effek­ tivwert des Ladestroms gleich dem Referenzwert zu machen. D. h., wenn der Ausgangswert der Integrierschaltung 24 größer ist als der Referenzwert, der in dem ROM 100b ge­ speichert ist, reduziert der Mikrocomputer 100 den Leitwin­ kel des SCR 10 und des SCR 12. Wenn der Ausgangswert der Integrierschaltung 24 kleiner ist als der Referenzwert, der in dem ROM 100b gespeichert ist, erhöht der Mikrocomputer 100 den Leitwinkel des SCR 10 und des SCR 12.

Die Batterieladeeinrichtung, die in Fig. 2 gezeigt wird, kann im allgemeinen unabhängig von der Nominalspannung ein­ gesetzt werden und wird nicht von Schwankungen der Versor­ gungsspannung beeinflußt. Zum Steuern des Leitwinkels ist es jedoch notwendig, den Mikrocomputer einzusetzen, der der Batterieladeeinrichtung eine aufwendige Struktur und hohe Kosten verleiht. Des weiteren gibt es die Möglichkeit, daß ein nicht gewollter Programmablauf entsteht, wenn der Mi­ krocomputer in einer mit Rauschen behafteten Umge­ bung oder in einer Umgebung mit hoher Temperatur eingesetzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zu­ verlässige Batterieladeeinrichtung anzugeben, die eine zu große Verlustwärme durch überhöhte Spitzenwerte des Ladestroms vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die Batterieladeeinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, die aufweist
eine Gleichrichterschaltung, um eine gleichgerichtete Ausgangsspannung zu erhalten,
eine Steuerschaltung zum Steuern eines Leitwinkels der gleichgerichteten Ausgangsspannung, die einer Batterie zugeführt werden soll, auf der Basis eines gegebenen Stromsignals und eines Nulldurchgangssignals,
eine Berechnungsschaltung zum Berechnen eines Stromeffektivwerts eines Ladestroms, um das Stromsignal abzugeben, das den Effektivwert angibt, und
eine Nullpunktdetektionsschaltung zum Detektieren eines Nullpunkts der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung, um das Nulldurchgangssignal der Steuerschaltung für den Leitwinkel zuzuführen, wobei die Berechnungsschaltung für den Stromeffektivwert einen Nebenwiderstand, der in der Serie mit der Batterie verbunden ist, eine Integrierschaltung zum Integrieren der Spannung an dem Nebenwiderstand, eine Subtrahierschaltung zum Vergleichen eines Ausgangs der Integrierschaltung mit einer Referenzspannung und zur Ausgabe des Stromsignals, und eine Korrekturschaltung aufweist, die zwischen dem Nebenwiderstand und der Integrierschaltung angeordnet ist und die Reihenschaltung eines ersten und eines zweiten mit der Integrierschaltung verbundenen Widerstandes aufweist, um die Abgabe eines größeren Stromeffektivwerts als des tatsächlichen Stromeffektivwerts durch die Integrierschaltung zu ermöglichen, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß
parallel zum zweiten Widerstand eine Diode geschaltet ist, deren Durchbruchspannung dann überschritten wird, wenn der Momentanwert des Ladestroms erhöht ist, so daß dann der größere Stromeffektivwert abgegeben wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Steuerschaltung für den Leitwinkel eine Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator und einem dritten Widerstand zum Starten des Aufladens durch den Ausgang der Berechnungsschaltung für den Stromeffektivwert durch Empfangen eines Nulldurchgangssignals, und eine Zeitgeberschaltung zum Variieren der Dauer der H-Periode (hoch) des Ausgangsimpulses (OUT) der Zeitgeberschaltung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Berechnungsschaltung für den Stromeffektivwert umfaßt, und daß der Leitwinkel durch Ansteuern eines Thyristors entsprechend dem Ausgang der Zeitgeberschaltung gesteuert wird.

Weitere Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiligenden Zeichnungen zu entnehmen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer bekannten Ladeeinrich­ tung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer weiteren bekannten La­ deeinrichtung;

Fig. 3 eine Zeichnung, die eine Gesamtstruktur einer Bat­ terieladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm der Batterieladeeinrichtung gemäß einer ihrer Ausführungsformen;

Fig. 5 ein Diagramm zum Erläutern des Betriebs der Null­ punktdetektionsschaltung;

Fig. 6A bis 6C Kurvendiagramme der Nullpunktdetektions­ schaltung;

Fig. 7 ein internes Schaltungsdiagramm eines Schalttransi­ stors;

Fig. 8 ein Diagramm zum Erläutern des Betriebs eines Zeit­ geber-ICs 34;

Fig. 9A bis 9E Kurvendiagramme der Anschlüsse des Zeit­ geber-ICs 34 in Fig. 8;

Fig. 10 ein Diagramm, das die Ausgangscharakteristik eines Subtrahierers 32 zeigt;

Fig. 11A bis 11D die Diagramme, die den Betrieb der Bat­ terieladeeinrichtung für eine Batterie mit einer kleinen Nominalspannung und den Betrieb der Ladeeinrichtung für eine Batterie mit einer großen Nominalspannung zeigen;

Fig. 12A bis 12B Diagramme zum Erläutern der Funktion des Schalttransistors DT3; und

Fig. 13 einen Kurvenverlauf, der die Funktion der Korrek­ turschaltung zeigt.

Die Gesamtstruktur der Batterieladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 3 gezeigt. Die Batte­ rieladeeinrichtung weist auf:
eine Steuerschaltung 22 zum Steuern des Leitwinkels der gleichgerichteten Ausgangsspannung einer Gleichrichterschaltung 20,
eine Berechnungsschaltung 24 für den Stromeffektivwert zum Berechnen des Effektivwerts des Ladestroms und zum Ausge­ ben des Effektivwerts an die Steuerschaltung 22 und
eine Nullpunktdetektionsschaltung 28 zum Detektieren des Nullpunkts der gleichgerichteten Ausgangsspannung und zum Ausgeben des Nulldurchgangssignals an die Steuerschaltung 22 für den Leitwinkel.

Die Wechselstromausgangsspannung wird in der Gleichrichterschaltung 20 gleichgerichtet und der Steuerschaltung 22 zugeführt. Der Ausgang der Steuerschaltung 22 wird der Batterie 2 zu­ geführt. Der Effektivwert des Ladestroms der Batterie 2 wird mittels der Berechnungsschaltung 24 für den Stromef­ fektivwert berechnet. Dieser Effektivwert wird an die Steu­ erschaltung 22 ausgegeben. Andererseits detektiert die Nullpunktdetektionsschaltung 28 den Nullpunkt des Gleich­ richterausgangs und gibt ihn als Nulldurchgangssignal an die Steuerschaltung 22 aus.

Die Steuerschaltung 22 wird durch das Nulldurchgangssignal synchronisiert und erhöht oder verkleinert den Leitwinkel in Abhängigkeit von der Amplitude bzw. Größe des Stromef­ fektivwerts der Berechnungsschaltung 24 für den Stromeffek­ tivwert.

Auf diese Art und Weise kann der Effektivwert des La­ destroms, der der Batterie 2 zugeführt wird, konstant ge­ halten werden, und zwar unabhängig von der Nominalspannung der Batterie 2 oder der Wechselstromeingangsspannung.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes Schaltungsdiagramm gemäß ei­ ner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel besteht die Gleichrichterschaltung aus einer Brücke mit den Dioden D1, D2, D6 und D7. Abschnitte, die Abschnitten in Fig. 3 entsprechen, sind mit einer unter­ brochenen Linie angegeben.

Zuerst wird die Nullpunktdetektionsschaltung 28 beschrie­ ben, deren prinzipielle Einrichtungen bzw. Elemente in Fig. 5 gezeigt werden. Eine Zenerdiode ZD1, ein Schalttran­ sistor DT1 und ein Nebenwiderstand R5 sind zwischen den Punkten B und D der Diodenbrücke verbunden.

Der Schalttransistor DT1 ist ein Transistor mit Widerstand, der für den Schaltzweck ausgelegt ist. Ein Beispiel für die Schaltung wird in Fig. 7 gezeigt. Im nachfolgenden wird der Schalttransistor in dieser Ausführungsform in einer ab­ gekürzten Form, wie in Fig. 5 gezeigt, ausgedrückt.

Die Spannung zwischen den Punkten B und E in Fig. 5 hat einen Kurvenverlauf, wie er in Fig. 8a gezeigt ist. Wenn die BE-Spannung kleiner ist als die Zenerspannung (in die­ ser Ausführungsform 4,3 Volt) der Zenerdiode ZD1, ist der Schalttransistor DT1 auf AUS und die Spannung des Kollektors C ist auf H (hoch). Wenn die BE-Spannung höher ist als die Zenerspannung (4,3 Volt) der Zenerdiode ZD1, ist der Schalttranistor DT1 auf EIN und die Spannung am Kollektor C geht auf L (niedrig). Die Spannung am Kollektorausgang des Schalttransistors DT1 ist in der Fig. 6B gezeigt. Der Ausgang des Schalttransistor DT2 entspricht dem invertierten Ein­ gang (siehe Fig. 5C). D.h., daß der Nulldurchgangsausgang Vzc, der L (niedrig) nur in der Nachbarschaft von Null der gleichgerichteten Ausgangsspannung wird, erhalten wird.

Die gleichgerichtete Ausgangsspannung wird der Batterie 2 über die Steuerschaltung 22 zugeführt. Auf der Ausgangsseite der Batterie 2 ist die Berechnungsschaltung 24 für den Stromef­ fektivwert zum Berechnen und Ermitteln des Effektivwerts des Ladestroms ver­ bunden. Diese Berechnungsschaltung 24 umfaßt einen Neben­ widerstand R5, eine Intergrierschaltung 30, einen Wider­ stand R8, einen Subtrahierer 32 und weitere Schaltungsglie­ der. Ein Widerstand R7 und eine Diode D8 bilden eine Kor­ rekturschaltung, die später detailliert beschrieben wird. Wenn der Ladestrom in den Widerstand R5 fließt wird eine Spannung proportional zum Strom am Widerstand R5 erzeugt. Die Integrierschaltung 30 integriert diese Spannung und gibt den integrierten Wert als Ausgang aus. D.h., daß ein Ausgang in Abhängigkeit von dem Effektivwert des Ladestroms abgegeben wird.

Dieser Ausgang, der den Effektivwert des Ladestroms wieder­ gibt, wird einem Anschluß des Subtrahierers 32 zugeführt. Am anderen Anschluß des Subtrahierers 32 wird eine Ver­ gleichsreferenzspannung zugeführt. Die Beziehung zwischen dem Ausgang des Subtrahierers 32 und dem integrierten Ein­ gang wird in Fig. 10 gezeigt. Der Ausgang des Subtrahie­ rers 32 gibt den integrierten Wert wieder und zwar in an­ genähert umgekehrter Proportionalität. Die Vergleichsrefe­ renzspannung kann mittels eines variablen Widerstand VR1 eingestellt werden.

Die Steuerschaltung 22 wird im nachfolgenden detailliert beschrieben. Diese Schaltung weist einen Zeitgeber-IC 34, Thyristoren SCR1, SCR2 und weitere Schaltungsglieder auf.

Der Betrieb des Zeitgeber-ICs 34 (PC617 der Nippon Electric Corporation wird in dieser Ausführungsform eingesetzt) wird mit Bezug auf die Fig. 8 und 9 erläutert. Wenn ein Im­ puls, wie es in Fig. 9A gezeigt ist, von einem Triggeran­ schluß TR zugeführt wird, wird der Ausgang OUT H (hoch) (siehe Fig. 9C). Als Folge, wenn der Triggereingang an­ steigt, wird ein Kondensator C2 durch die Eingangsspannung Vi (siehe Fig. 9B) aufgeladen. Wenn die Ladespannung 2/3 der Versorgungsspannung Vcc erreicht, wird die elektrische Ladung des Kondensators C2 über den Entladeanschluß DC ent­ laden. Zur gleichen Zeit geht der Ausgang OUT auf L (nied­ rig) (siehe Fig. 9C). Danach wird der gleiche Vorgang wie­ derholt und das Ausgangssignal OUT, das auf H (hoch) nur in der Periode T ist, wird, wie in Fig. 9C gezeigt, erhalten. Die Dauer T der H-Periode des Ausgangssignals OUT wird durch die Ladezeit, die vergeht, bis die Ladespannung des Kondensators C2 2/3 von Vcc erreicht, bestimmt. Die Lade­ zeit wird ebenfalls durch die Höhe der Eingangsspannung Vi bestimmt. Durch Variieren der Höhe der Eingangsspannung Vi kann deshalb die Dauer T der H-Periode des Ausgangs OUT ge­ ändert werden. D.h. wenn die Eingangsspannung Vi groß ist, wird der Kondensator C2 schnell geladen, so daß die Periode T klein ist, wie es in Fig. 9D gezeigt wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Eingangsspannung Vi klein ist, wird eine ge­ wisse Zeit benötigt, um den Kondensator C2 aufzuladen, so­ daß die Periode T lang wird, wie es in Fig. 9E gezeigt wird.

Dem Triggereingang TR des Zeitgeber-ICs 34, der auf diese Art und Weise arbeitet, wird das Ausgangs­ signal der Nullpunktdetektionsschaltung 28, das in Fig. 6C gezeigt wird zugeführt. Als Eingangsspannung Vi wird das Ausgangssignal des Subtrahierers 32 zugeführt. Der Ausgang ist umgekehrt proportional zum Stromeffektivwert des La­ destroms, wie oben stehend erläutert wurde. Wenn der Strom­ effektivwert des Ladestroms zu groß wird, wird deshalb die Dauer T der H-Periode des Ausgangs OUT des Zeitgeber-ICs 34 lang, wenn der Stromeffektivwert des Ladestroms zu klein wird, wird die Zeitdauer T der H-Periode des Ausgangs OUT des Zeitgeber-ICs 34 kurz.

Der Ausgang OUT des Zeitgeber-ICs 34 wird den Gateanschlüs­ sen bzw. Ansteueranschlüssen der Thyristoren SCR1 und SCR2 über die Schalttransistoren DT5, DT4 und DT6 und die Dioden D3 und D4 zugeführt. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung wird der Batterie 2 über die Thyristoren SCR1 und SCR2 zugeführt und deshalb fließt der Ladestrom nur dann in die Batterie 2, wenn der Ausgang des Zeitgeber-ICs 34 nicht auf H ist (d.h. nur während er L (niedrig) ist). Der Effektivwert dieses La­ destroms wird verwendet, um die Dauer T der H-Periode des Ausgangs OUT des Zeitgeber-ICs 34 zu bestimmen. Die Rück­ koppelsteuerung wird deshalb so bewirkt, daß der Effek­ tivwert des Ladestroms den Wert annimmt, der durch den va­ riablen Widerstand VR1 bestimmt ist.

Anders ausgedrückt wird der Effektivwert des Ladestroms durch Festlegen eines kleinen Leitwinkels für eine Batterie mit einer niedrigen Nominalspannung und durch Festlegen ei­ nes großen Leitwinkels für eine Batterie mit einer hohen Nominalspannung konstant gehalten. Ein Beispiel für eine niedrige Nominalspannung (z.B. 2,4 Volt) ist in den Fig. 11A bis 11B gezeigt. Nur wenn die gleichgerichtete Ausgangsspannung die Batteriespannung (angenommen 2,4 Volt) überschreitet und solange der Ausgang OUT des Zeitgeber-ICs 34 auf L ist, fließt der Ladestrom. Der gestrichelte Bereich in Fig. 11A zeigt den Fluß des Ladestroms. Wenn die Nominal­ spannung hoch ist (z.B. 12 Volt), wie in den Fig. 11C bis 11D gezeigt wird, wird der Ausgang des Zeitgeber-ICs 34 so eingestellt, daß der Bereich der gestrichelten Zone (d.h. der Effektivwert) der gleiche wie in Fig. 11A sein kann. Nämlich, wenn die Nominalspannung hoch ist, ist die Periode der gleichgerichteten Ausgangsspannung, die die Batterie­ spannung (angenommen 12 Volt) überschreitet, kurz. Dement­ sprechend wird die AUS-Periode des Zeitgeber-ICs 34 (d.h. die EIN-Periode der Thyristoren SCR1 und SCR2) verlängert, um den Bereich der schraffierten Zone zu entzerren bzw. gleichzumachen.

Die Batterien 2, die unterschiedliche Nominalspannungen ha­ ben, können deshalb in geeigneter Weise geladen werden. Da­ neben, da der Effektivwert des Ladestroms konstant ist, än­ dert sich der Stromwert pro Zeiteinheit nicht, auch wenn die Versorgungsspannung ansteigt, so daß eine Wärmeerzeugung der Schaltung unterdrückt werden kann.

Die Funktion des Schalttransistors DT3 in der Steuerschal­ tung 22 in Fig. 4 wird nachfolgend erläutert. Der Schalttransistor DT3 ist vorgesehen, um eine Fehlfunktion zu verhindern. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung fällt augen­ blicklich beim Punkt α ab, wenn die Thyristoren SCR1 und SCR2 auf EIN sind, wie es in der Fig. 12A gezeigt wird. Dementsprechend beurteilt die Nullpunktdetektionsschaltung 28 diesen Punkt fälschlicherweise als Nullpunkt und ein falsches Nulldurchgangssignal γ kann erzeugt werden, wie es in Fig. 12B gezeigt ist. Wenn das Aufladen des Konden­ sators C2 einmal durch ein falsches Nulldurchgangssignal γ gestartet worden ist und ein echtes Nulldurchgangssignal β später zugeführt wird, wird der Kondensator C2 nicht entla­ den und das Aufladen fortgesetzt. Daraus ergibt sich eine Fehlfunktion des Zeitgeber-ICs 34.

Dementsprechend wird ein korrekter Betrieb sichergestellt, indem der Kondensator C2 durch den Eingang des echten Null­ durchgangssignals β von dem Schalttransistor DT3 entladen wird. Da dieses Phänomen insbesondere auftritt, wenn die Nominalspannung der Batterie, die geladen werden soll, niedrig ist, ist es wirksam, wenn der Einsatz einer Batte­ rie mit niedriger Nominalspannung erwartet wird.

Als nächstes wird die Korrekturschaltung der Berechnungs­ schaltung 24 für den Stromeffektivwert beschrieben. Die Korrekturschaltung ist wegen des nachfolgenden Grundes er­ forderlich. Wie oben angegeben, wird der Effektivwert des Ladestroms konstant durch die Steuerung bzw. Kontrolle des Leitwinkels gesteuert. Der Spitzenwert des Ladestroms ist jedoch größer, wenn die Nominalspannung der Batterie klei­ ner ist, und ist kleiner wenn die Nominalspannung höher ist. Im übrigen, da der Wärmeverlust auf Grund des Stromes proportional zum Quadrat des Stromes ist, wird, wenn der Spitzenwert hoch ist, auch wenn der Effektivwert der glei­ che ist, die Wärmeerzeugung jedes Elements der Ladeeinrich­ tung stark erhöht. Das ist ein ernstes Problem bezüglich der Verschlechterung oder Zerstörung der Bauelemente durch Wärme.

Dementsprechend wird durch Einführen des Korrektursignals ein größerer Effektivwert als der Effektivwert des tatsäch­ lichen Ladestroms ausgegeben, wenn der Spitzenwert des La­ destroms groß ist, und die Steuerung wird so ausgeführt, daß der Effektivwert des tatsächlich fließenden Ladestromes abgesenkt wird. Als Ergebnis wird die Wärmeerzeugung soweit wie möglich reduziert. In dieser Ausführungsform besteht die Korrekturschaltung aus einem Widerstand R7, der mit dem Integrierer 30 verbunden ist, und der Diode D8, die paral­ lel dazu verbunden ist. Der Integrationsausgang des Inte­ grierers 30 ist proportional zu 1/(R7 + R8). Wenn der Ein­ gang die Durchbruchspannung der Diode D8 jedoch überschrei­ tet, wird der Widerstand R7 kurzgeschlossen und der Inte­ griererausgang ist proportional zu 1/R8 demnach ist der In­ tegriererausgang größer, wenn der Bereich des großen Spit­ zenwerts des Ladestroms breiter ist. Je weiter der Bereich des großen Spitzenwertes des Ladestromes ist, desto kleiner wird deshalb der Effektivwert des Ladestroms gesteuert.

Vorausgesetzt der Widerstand R7 beträgt 6,2 Kilo-Ohm und der Widerstand R8 beträgt 4,3 Kilo-Ohm, ergibt sich eine Differenz bezüglich des Stromeffektivwertes auf Grund der Differenz in der Nominalspannung der Batterie, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Eine Linie J gibt den Ladestrom der Batterie mit der Nominalspannung von 12 Volt und eine Linie K bezieht sich auf den Ladestrom durch die Batterie mit der Nominalspannung von 2,4 Volt. Wie es aus dem Diagramm er­ sichtlich ist, ist der Strom um ungefähr 60-70 mA kleiner auf der Kurve K auf Grund des Effekts der Korrekturschal­ tung.

Zuletzt wird der Betrieb der Ladestopp- und Halteschaltung 50 in Fig. 4 erläutert. Bei gewöhnlichem Aufladen leiten die Transistoren DT9 und DT10 nicht. Der Gatetreiberstrom der Thyristoren SCR1 und SCR2 fließt deshalb von dem Wider­ stand R4 über die Dioden D3 oder D4.

Wenn das Thermostat TH zum Zeitpunkt der vollen Ladung ge­ öffnet ist, ist der Kondensator C3 geladen und der Transi­ stor DT9 geht auf EIN. Dementsprechend fließt der Gatetrei­ berstrom der Thyristoren SCR1 und SCR2 durch die Dioden D9 und den Transistor DT9, sodaß die Thyristoren SCR1 und SCR2 nicht durchgesteuert sind. Als Ergebnis wird das Aufladen gestoppt.

Wenn der Transistor DT9 einmal leitet, leitet auch der Transistor DT10, und auch nach dem Schließen des Thermo­ stats TH reicht der Basisstrom aus, um den Transistor DT9 leitend zu halten und der leitende Zustand des Transistors DT9 wird beibehalten.

Wenn die Batterie 2 herausgenommen wird, wird der Transi­ stor DT7 ausgeschaltet und der Transistor DT8 wird einge­ schaltet, wobei die Basisspannung des Transistors DT9 Null wird, so daß der Transistor DT9 abgeschaltet wird. Als Folge davon fließt der Gatetreiberstrom in die Thyristoren SCR1 und SCR2 hinein und sie sind bereit, das Aufladen zu star­ ten.

In der vorhergehenden Ausführungsform wird ein Signal umge­ kehrt proportional der Steuerschaltung 22 zugeführt, statt dessen kann aber auch ein normales proportionales Signal zugeführt werden. In diesem Fall werden die Thyristoren während der H (hoch)-Periode des Zeitgeber-ICs 34 einge­ schaltet.

Es ist ein Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen Batterielade­ einrichtung, den Leitwinkel des Stromes zu steuern, der durch die Batterie fließt, und zwar in einer Abhängigkeit vom Effektivwert, indem der Effektivwert des Ladestroms festge­ stellt wird. Deshalb kann, wenn Batterien mit unterschiedlichen Nominalspannungen aufgeladen werden oder wenn Schwankungen der Versorgungsspannung auftreten, der Effektivwert des Ladestroms konstant gehalten werden.

D.h., die Erfindung stellt eine Batterieladeeinrichtung dar, die allgemein eingesetzt werden kann, und zwar unab­ hängig von der Nominalspannung, die frei von Schwankungs­ wirkungen der Versorgungsspannung ist und keinen Mikrocom­ puter benötigt.

Eine weitere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Batte­ rieladeeinrichtung besteht darin, daß die Berechnungsschal­ tung für den Stromeffektivwert eine Korrekturschaltung auf­ weist, die einen größeren Stromeffektivwert abgibt als den tatsächlichen Stromeffektivwert, wenn der Momentanwert des Ladestroms höher ist. Wenn der Momentanwert des Ladestroms höher ist, kann deshalb die Wärmeerzeugung der Bauelemente unterdrückt werden. D.h., daß eine Batterieladeeinrichtung hoher Zuverlässigkeit vorliegt.

Claims (2)

1. Batterieladeeinrichtung, die aufweist
eine Gleichrichterschaltung (20), um eine gleichgerichtete Ausgangsspannung zu erhalten,
eine Steuerschaltung (22) zum Steuern eines Leitwinkels der gleichgerichteten Ausgangsspannung, die einer Batterie (2) zugeführt werden soll, auf der Basis eines gegebenen Stromsignals und eines Nulldurchgangssignals,
eine Berechnungsschaltung (24) zum Berechnen eines Stromeffektivwerts eines Ladestroms, um das Stromsignal abzugeben, das den Effektivwert angibt, und eine Nullpunktdetektionsschaltung (28) zum Detektieren eines Nullpunkts der gleichgerichteten Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung, um das Nulldurchgangssignal der Steuerschaltung für den Leitwinkel zuzuführen, wobei die Berechnungsschaltung (24) für den Stromeffektivwert einen Nebenwiderstand (R5), der in Serie mit der Batterie (2) verbunden ist, eine Integrierschaltung (30) zum Integrieren der Spannung an dem Nebenwiderstand, eine Subtrahierschaltung (32) zum Vergleichen eines Ausgangs der Integrierschaltung mit einer Referenzspannung und zur Ausgabe des Stromsignals, und eine Korrekturschaltung aufweist, die zwischen dem Nebenwiderstand (R5) und der Integrierschaltung (30) angeordnet ist und die Reihenschaltung eines ersten (R8) und eines zweiten (R7) mit der Integrierschaltung verbundenen Widerstandes aufweist, um die Abgabe eines größeren Stromeffektivwerts als des tatsächlichen Stromeffektivwerts durch die Integrierschaltung zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß
parallel zum zweiten Widerstand (R7) eine Diode (D8) geschaltet ist, deren Durchbruchspannung dann überschritten wird, wenn der Momentanwert des Ladestroms erhöht ist, so daß dann der größere Stromeffektivwert abgegeben wird.

2. Batterieladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (22) für den Leitwinkel eine Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator (C2) und einem dritten Widerstand (R6) zum Starten des Aufladens durch den Ausgang der Berechnungsschaltung (24) für den Stromeffektivwert durch Empfangen eines Nulldurchgangssignals, und eine Zeitgeberschaltung (34) zum Variieren der Dauer der H-Periode (hoch) des Ausgangsimpulses (OUT) der Zeitgeberschaltung (34) in Abhängigkeit von dem Ausgang der Berechnungsschaltung für den Stromeffektivwert umfaßt, und
daß der Leitwinkel durch Ansteuern eines Thyristors entsprechend dem Ausgang der Zeitgeberschaltung (34) gesteuert wird.