DE4231970A1 - Batterieladegerät - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Batterieladegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Batterieladegeräte sind in vielfacher Form und mit unter­ schiedlichen Funktionen bekannt; am häufigsten sind derzeit solche Geräte im Einsatz, die unter Berücksich­ tigung des jeweiligen Batteriezustands, insbesondere auch der Temperatur der jeweils zu ladenden Batterie, den Ladestrom bestimmen, wodurch erhebliche Verbesse­ rungen speziell hinsichtlich der sogenannten Schnelladeeigenschaften von Batterieladegeräten erzielt werden können.

Bei Autobatterieladegeräten ist es häufig auch üblich, mit speziellen Ladekurven zu arbeiten, die auf den je­ weils erreichten Ladezustand der Batterie Rücksicht nehmen, so daß anfangs mit hohem Strom gefahren wird, der sich bis zum Erreichen der Gasungsgrenze zunehmend reduziert und bis auf einen Erhaltungsstromwert zurück­ geht.

Die grundsätzliche Ausrüstung solcher Batterieladegerä­ te, die üblicherweise die jeweils verfügbare Netzspan­ nung heruntertransformieren und mittels Gleichrichter­ schaltungen in den für das Laden von Batterien oder Akkumulatoren geeigneten Gleichstrom umwandeln, ist also stets so ausgelegt, daß je nach den Anforderungen, also speziell Höhe des mindestens anfangs zur Verfü­ gung gestellten Ladestroms die Kapazität der Lade­ schaltung ausgelegt wird, mit entsprechender Leistung des vorgeschalteten Transformators und eventueller Glät­ tungsglieder.

In diesem Zusammenhang ist es auch schon bekannt (DE-OS 40 36 374), einem Hauptladegerät eine Vielzahl von Adaptern zuzuordnen, die beispielsweise in den Haupt­ ladeschacht des Ladegeräts eingesetzt werden können und den unterschiedlichsten Batterien angepaßt sind, so daß man mit einem gemeinsamen Ladegerät eine Viel­ zahl verschiedener Batterien und Batterieformen, auch mit unterschiedlichen Spannungen, zu laden vermag.

Ein Problem bei solchen Ladegeräten verbleibt jedoch und ist auch besonders gravierend, wenn nämlich aus Ungeschicklichkeit oder aus sonstigen Gründen die zu ladende Batterie falsch, also verpolt in den Ladeschacht eingesetzt wird oder die Ladeanschlüsse beispielsweise für eine Autobatterie, eventuell auch deshalb, weil die entsprechenden Hinweiszeichen auf die Polarität kaum mehr lesbar sind, falsch herumgepolt angeschlossen wird.

Da die meisten Batterien nicht bis zum völligen Er­ schöpfungszustand entladen werden, was sich schon allein wegen der in diesem Fall begrenzten Lebensdauer der Batterien verbietet, besteht häufig die Gefahr, daß durch eine falsch gepolte oder falsch in einen Lade­ schacht eingesetzte und daher mit den falschen Polen in Kontakt kommende Batterie durch ihre Rückwärtspolung die gesamte Ladeschaltung, mindestens jedoch die ver­ wendeten Gleichrichtersysteme ruiniert, woraufhin das Gerät dann unbrauchbar wird.

Eine Möglichkeit, einer solchen Zerstörung der Gleich­ richterdioden vorzubeugen, besteht darin, daß man in Reihe mit der Ladeschaltung Sicherungen schaltet, die bei überhöhten, also rückwärts fließenden Strömen an­ sprechen - eine totale Sicherheit läßt sich hierdurch jedoch nicht erreichen, weil die empfindlichen Halblei­ ter-Gleichrichterdioden nur durch sehr flinke Siche­ rungen geschützt werden können, die vielleicht nicht immer eingesetzt sind.

Ausgehend von dieser Problematik liegt daher der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, für ein Bat­ terieladegerät einen elektronischen Verpolschutz zu schaffen, der unter allen Umständen sicherstellt, daß eine rückwärts gepolte Batterie das Ladegerät oder Teile davon nicht beschädigen kann.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hat den Vorteil, daß gleichgültig, wie ein beliebiger Akkumulator oder eine Batterie in den Ladeschacht eingesetzt wird oder mit den Ladeanschluß­ polen verbunden wird, die elektrische Anschaltung der Ladeschaltung an die Batterie erst dann realisiert wird, wenn von einer Überwachungsschaltung, die im folgenden als Verpolschutz-Logikschaltung bezeichnet wird, sicher­ gestellt ist, daß der Akkumulator oder die Batterie ordnungsgemäß gepolt angeschlossen sind.

Im anderen Falle ergeht eine Verpolungsmeldung akustisch oder optisch, wobei in einer Ausgestaltung der Erfin­ dung gegebenenfalls auch von der Verpolschutz-Logik­ schaltung eine Umkehrung der Polanschlüsse vorgenommen werden kann, je nach Auslegung des Geräts und der ange­ schlossenen Batterie oder Akkus.

Das bedeutet, daß nach dem Anschließen der zu ladenden Batterie und dem Einschalten des Geräts zwar eine elektrische Verbindung zu Geräteteilen hergestellt ist, jedoch die Reihenschaltung zwischen der eigentlichen Ladeschaltung mit Transformator und Gleichrichterdioden unterbrochen ist, und zwar über mindestens einen Schutz­ schalter, so daß die Batterie gar nicht auf die Lade­ schaltung rückwirken kann.

Die Überprüfung auf richtige Polung der eingesetzten Batterie erfolgt dann in kürzester Zeit von der Ver­ polschutz-Logikschaltung, die in bevorzugter Ausge­ staltung ein Mikroprozessor ist und die bei Erkennen auf korrekte Polung die elektrischen Ladeanschlußver­ bindungen realisiert.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche und in diesen niedergelegt.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand des schematisierten Block­ schaltbilds der Zeichnung nachfolgend im einzelnen näher erläutert.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, die Ladeleitung zwischen einer Ladeschaltung und einem angeschlossenen Akkumulator oder einer Batterie körper­ lich aufzutrennen, also auch bei eingeschaltetem Gerät und angeschlossener. Batterie so lange offenzuhalten, bis eine Überprüfung der Batterie ergibt, daß diese ordnungsgemäß gepolt angeschlossen ist. Erst dann wird die Batterie zur Ladung angeschaltet, wobei der hier als Verpolschutz-Logikschaltung vorgesehene Mikropro­ zessor auch noch weitere Aufgaben gleichzeitig wahr­ nimmt, beispielsweise Temperaturüberwachung der zu laden­ den Batterie, Überprüfung der eingesetzten Batterie beispielsweise durch Feststellen des jeweils vorge­ sehenen Adapters und Einstellen eines passenden Lade­ programms für diesen, beispielsweise durch Erfassen eines etwa durch einen Widerstand codierten Signals an einem weiteren Eingang des Mikroprozessors.

Durch eine den Meßeingängen des als Verpolschutz- Erkennungsschaltung dienenden Mikroprozessors zugeordnete Schutzschaltung ist sichergestellt, daß der Mikroprozessor selbst nicht be­ schädigt werden kann, wobei durch die Wirkung des Mikro­ prozessors selbst eine Zerstörung sowohl des Ladege­ räts als auch eine mechanische Beschädigung des ange­ schlossenen Akkus ausgeschlossen ist, da hohe Kurz­ schlußströme und damit eine Explosionsgefahr nicht mehr möglich sind.

In der Zeichnung, die lediglich ein mögliches Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung darstellt, ist ein Lade­ schacht eines Ladegerätes mit 10 und ein darin eingesetzter oder sonst wie angeschlossener Bleiakku oder Einzelbatterien mit 11 bezeich­ net. Der Ladeschacht kann auswechselbar sein und je nach Typ der zu ladenden Batterie variieren, so daß in der Zeichnung noch Anschlüsse 1, 2, 3, 4 als Kon­ takte im Ladeschachtbereich dargestellt sind, die mit entsprechenden Gegenkontakten 1′, 2′, 3′, 4′ im Lade­ gerät korrespondieren und mit diesen durchkontaktie­ ren, wenn ein entsprechender Ladeschacht 10 in das jewei­ lige Ladegerät eingesetzt ist, um eine bestimmte Bat­ terie laden zu können.

Dabei entspricht der Ladeschacht-Kontaktanschluß 1 dem Ladeeingangsanschluß für den Akku (z. B. positiver Pol) und ist daher mit AKKU bezeichnet; über einen Widerstand R1 ist mit dem Ladeeingangsanschluß 1 ein weiterer Kon­ taktanschluß 2 des Ladeschachts verbunden, der während des Ladevorgangs der Temperaturüberwachung der Batterie oder des Akkus dient und daher mit NTC bezeichnet ist; über den dritten Ladeeingangsanschluß 3 erkennt der Mikroprozessor 12 über einen im Ladeschacht eingebau­ ten Widerstand R2 den zur Ladung eines ganz bestimmten Einzelakkus oder Bleiakkus vorgesehenen Adapter und stellt das passende Programm ein, so daß sich hier ein im Grunde codierter Erkennungswert ergibt, der in der Zeich­ nung als KOD bezeichnet ist; der vierte Ladeeingangs­ anschluß 4 stellt schließlich die Masseverbindung her und entspricht dem negativen Polanschluß (MASSE).

Den Eingängen A, B und C des Mikroprozessors, die Er­ kennungseingänge für den Verpolschutz sind, ist eine Schutzschaltung 13 zugeordnet, die bezüglich des Er­ kennungseingangs A aus zwei in Sperrichtung in Reihe geschalteten Dioden zwischen positiver Spannung +U und Masse besteht, wobei der Erkennungseingang A mit dem Mittenanschluß der beiden Dioden verbunden ist; ferner ist ein Widerstand R3 vorgesehen, über welchen der Erken­ nungseingang A mit dem Ladeeingangsanschluß 1 verbunden ist.

Die beiden weiteren Erkennungseingänge B und C liegen über Widerstände R4 und R5 am Verbindungspunkt zweier ebenfalls in Sperrichtung geschalteter weiterer Dioden D3 und D4, die gleichermaßen zwischen positiver Span­ nung +U und Masse geschaltet sind, wobei der Verbin­ dungspunkt E der beiden Widerstände R4 und R5 zum NTC- Eingangsanschluß 2 im Ladeschacht bzw. 2′ am Geräte­ ausgang geführt ist.

Der Erkennungseingang D des Mikroprozessors 12 liegt am Ladeschacht-Code-Anschluß 3; schließlich verfügt der Mikroprozessor in der dargestellten schematisiert vereinfachten Blockschaltung noch über zwei Ausgänge, und zwar einen Ausgangsanschluß F, der der Verpolungs­ meldung dient, und eine Alarmgabe über eine optische Signalgabe (Lampe 14) und/oder eine akusti­ sche Signalgabe, beispielsweise über einen Lautsprecher oder angesteuerten Piezoquarz 15 dient.

Der zweite Ausgang X des Mikroprozessors 12 ist der eigentliche Stellausgang und arbeitet auf ein Relais 16, welches in Reihe mit der lediglich in Form einer Diode angedeuteten Ladeschaltung 17 und dem Ladeein­ gangsanschluß 1 angeordnet ist. Dieses Relais 16 ist so ausgelegt, jedenfalls in der in der Zeichnung dar­ gestellten und jetzt besprochenen Konzeption, daß es auf Dauer-Aus liegt, falls es nicht vom Mikroprozessor angesteuert wird, wodurch dann die Verbindung zwischen der Ladeschaltung 17 und dem Ladeeingangsanschluß 1 am Ladeschaft hergestellt wird.

Die Grundfunktion der Schaltung ist dann so, daß am Erkennungseingang D der Mikroprozessor 12 zunächst über den im Ladeschacht 10 eingebauten Widerstand R2 den zur Ladung von Einzelakkus oder Bleiakkus vorgesehenen Adapter erkennt und das entsprechende Programm ein­ stellt.

Ist dann ein Akku im Adapter oder im Ladeschacht einge­ setzt oder sind Ladeanschlußleitungen 18, 18′, die beispielsweise mit Ausgangsklemmen bestückt sind, mit einem größeren Bleiakkumulator verbunden, dann versucht der Mikroprozessor zunächst, über seinen Erkennungs­ eingang A festzustellen, auf welcher Spannung sich der angenommenerweise korrekt gepolt angeschlossene Akku­ mulator befindet. Ergibt sich am Eingang A kein sinnvoll auszuwertendes Signal, weil bei einem an den AKKU-Lade­ eingangsanschluß 1 falsch gepolt angeschlossenen Akku der Prozessor die ihm zugeführte, dann angenommen nega­ tive Spannung nicht erkennen kann, weil er grundsätzlich eine negative Spannung nicht messen kann, wird in ent­ sprechender Ausbildung bzw. Programmierung des Mikropro­ zessors 12 weiter so vorgegangen, daß der Mikroprozes­ sor 12 an seinem Anschluß C eine positive Spannung er­ zeugt und zum Verbindungspunkt E liefert, was zu einer Spannungsteilung über die Widerstände R5 und R1 führt. Dabei versteht es sich, daß der Widerstand R1 natürlich auch im Bereich der Schutzschaltung 13 oder im Inneren des Mikroprozessors angeordnet werden kann; jedenfalls ergibt sich unter diesen Umständen (vergleichsweise hohe positive Spannung am Anschluß C des Mikroprozessors 12) am Schaltungspunkt E eine positive Spannung, die der Mikroprozessor an seinem Erkennungseingang B über den Widerstand R4 messen und entsprechend interpretie­ ren kann. Liegt die Spannung am Schaltungspunkt E zu niedrig, verglichen mit einem Schwellenwert - natürlich abgestimmt auf den Spannungspunkt am Ausgangsanschluß c und den negativen Spannungswerten, die sich bei einer Batteriefalschpolung am Ladeeingangsanschluß 1 ergeben, dann ergeht über den Ausgangsanschluß S eine entspre­ chende Verpolungsmeldung und das Relais 16 wird nicht angesteuert, so daß bei diesem zunächst dargestellten Ausführungsbeispiel gar nicht auf Ladung umgeschaltet wird.

Eine Variante vorliegender Erfindung kann dann noch darin bestehen, daß, je nachdem, welche Akkumulatoren zu laden sind, was vom Mikroprozessor 12 unschwer über seine Code-Anschlüsse erfaßt werden kann, gegebenen­ falls auch eine Umpolung der Ladeleitungen vom Mikro­ prozessor direkt vorgenommen werden kann, indem bei­ spielsweise das Relais 16, welches im übrigen auch ein geeignet ausgelegter Leistungshalbleiter sein kann, als Doppelumschalter ausgebildet ist. Ein solches Doppel­ umschalte-Relais nimmt dann im nichtangesteuerten Zu­ stand eine definierte Null-Position ein, schaltet also den Ladestrom weder auf den Ladeeingangsanschluß 1 oder, was bei einer Falschpolung dann sinnvoll wäre, auf den Masseanschluß 4.

Je nach Ergebnis der Verpolungsmessung kann dann das Relais so angesteuert werden, daß es die eingesetzte Batterie entweder ordnungsgemäß mit den Ladeanschluß­ leitungen verbindet oder in Überkreuzschaltung, also umgedreht, so daß sich bei verpolt eingesetztem Akku wieder die richtige Polung ergibt. Diese Möglichkeit wird allerdings aus verschiedenen Gründen, beispiels­ weise allgemeinem Masseanschluß auch bei anderen Gerä­ ten, weniger bevorzugt.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprü­ che und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungs­ versuche der Erfindung ohne umfassende Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkende Prä­ judiz sind. Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung darge­ stellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander als erfindungs­ wesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzu­ legen sowie den Hauptanspruch in seinem Merkmalsge­ halt zu reduzieren.

Claims (6)

1. Batterieladegerät, insbesondere für beliebige Akku­ mulatoren, Bleiakkus für Autos, Einzelbatterien, Nickel-Cadmium-Batterien u. dgl., die an das gleiche Ladegerät, gegebenenfalls über unterschiedliche Adaptereinsätze anschließbar sind, mit einer minde­ stens einen Transformator und Gleichrichteranordnun­ gen umfassenden Ladeschaltung, gekennzeichnet durch:

• a) einen zwischen den Ausgang der Ladeschaltung (17) um mindestens einen der Ladepolanschlüsse (Plus­ pol AKKU 1) geschalteten Schutzschalter (Relais 16 oder Leistungshalbleiter), welcher
• b) von einer elektronischen Verpolschutz-Logik­ schaltung (Mikroprozessor 12) angesteuert ist, die ihrerseits
• c) unter Umgehung des Schutzschalters mit min­ destens einem Erkennungsanschluß (A, B) direkt an der zu ladenden Batterie (11) anliegt und deren eventuelle Falschpolung erfaßt und anschließend bei korrektem Meßergebnis die Batterie mit der Ladeschaltung (17) verbindet.

2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der eine Verpolschutz-Logikschaltung bildende Mikroprozessor (12) so ausgebildet ist, daß er den auf Dauer-AUS stehenden Schutzschalter (Relais 16) dann zur Anschaltung der Ladeschaltung (17) an die zu ladende Batterie ansteuert, wenn an einem seiner Erkennungseingänge (A) vom zur Ladung eingesetzten Akku positives Signal anliegt.

3. Batterieladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Erkennungsanschluß (B) des Mikroprozessors (12) über eine Spannungs­ teilerschaltung (R1, R4) mit dem positiven Lade­ eingangsanschluß (AKKU 1) verbunden ist und dem Ver­ bindungspunkt der Reihenschaltung von einem weite­ ren Mikroprozessorausgang (C) positive Meßimpulse zuführbar sind, die bei Falschpolung des Akkus zu einem unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegenden Spannungssignal am Erkennungseingang (B) führen.

4. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Über­ strömen die Erkennungseingänge (A, B) sowie der Im­ pulstestausgang (C) des Mikroprozessors über eine Schutzschaltung (13) abgesichert ist, bestehend aus in Reihe in Sperrichtung geschalteten Dioden (D1, D2; D3, D4) zwischen positiver Spannung (+U) und Masse, wobei die Diodenverbindungspunkte mit den jeweiligen Anschlüssen (A, B, C) des Mikroprozessors auch über Widerstände (R4, R5) verbunden sind.

5. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Verpolungsmeldung ein optischer Indikator (Lampe 14) und/oder ein akusti­ scher Tongeber (15) angesteuert wird.

6. Batterieladegerät nach einem der Ansprüche 1-5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (12) so ausgebildet ist, daß er bei erkannter Verpolung eines eingesetzten Akkus oder Batterie die Ladean­ schlüsse durch Ansteuerung eines Doppelumschalt­ relais über Kreuz an die Ladeschaltung (17) anschal­ tet.