DD221040A1

DD221040A1 - Schaltungsanordnung zum laden von batterien

Info

Publication number: DD221040A1
Application number: DD25798583A
Authority: DD
Inventors: Gert Skribanowitz
Original assignee: Metra Mess Frequenztechn
Priority date: 1983-12-15
Filing date: 1983-12-15
Publication date: 1985-04-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Laden von Batterien, die eine Konstantstromladung gewaehrleistet und beim Erreichen des vorgegebenen temperaturkompensierten Spannungsgrenzwertes wahlweise den Ladestrom senkt oder abschaltet. Erfindungsgemaess besteht die Schaltungsanordnung aus zwei Operationsverstaerkern, die mit Leuchtdioden als Referenz- und Anzeigeelementen und Widerstaenden zur Schaltung verbunden sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Laden von Batterien mit konstantem Strom bis zum Erreichen eines vorgegebenen Spannungsgrenzwertes.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind nach den DD-WP 99892 und DE-OS 2165215 Schaltungsanordnungen zum Laden von Batterien bekannt, bei denen durch eine aus diskreten Bauelementen aufgebaute Schaltung nach dem Erreichen eines vorgegebenen Spannungsgrenzwertes die weitere Ladung mit konstanter Spannung erfolgt.

Der Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnungen besteht in der Verwendung von Rückstromdioden als notwendigen Bestandteilen der Schaltungen. Da die Flußspannung dieser Rückstromdioden stromabhängig ist, kann der vorgegebene Spannungsgrenzwert nicht exakt konstant gehalten werden. Die damit mögliche geringe Überladung kann beispielsweise bei gasdichten Pb-Batterien bereits zu einem Ausbauchen des Batteriegehäuses führen.

Es ist weiterhin nach der DE-OS 2992894 eine Schaltungsanordnung zum Laden von Batterien bekannt, bei der mit großem schaltungstechnischem Aufwand die Referenzspannung für die Abschaltspannung aus der Speisespannung genommen und nach dem Erreichen des vorgegebenen Spannungsgrenzwertes der Ladestrom selbsttätig abgeschaltet wird.

Mit dieser bekannten Schaltungsanordnung ist aber keine Konstantstromladung erreichbar; sie ist deshalb für die Schneiladung von Batterien vorgesehen.

Es sind nach den DE-OS 2934302,3020959 und 3106171 auch bereits Schaltungsanordnungen zum Laden von Batterien bekannt, bei denen die Referenzspannung ebenfalls speisespannungsabhängig ist und eine weitere Ladung mit konstantem Strom oder ein Abschalten des Ladegerätes nach dem Erreichen des vorgegebenen Spannungsgrenzwertes erfolgt.

Diese bekannten Schaltungsanordnungen erfordern jedoch einen hohen Bauelementeaufwand für die benötigten Baugruppen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, unter Vermeidung der angeführten Nachteile beim Laden von Batterien sowohl Schäden an Batterien und Ladegerätenauszuschließen als auch den Bauelementeaufwand für die erforderliche Schaltungsanordnung zu verringern und damit Kosten einzusparen und die Betriebssicherheit beim Ladevorgang zu erhöhen. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Laden von Batterien zu entwickeln, die ein betriebssicheres automatisches Laden der Batterien gewährleistet, nach dem Erreichen eines vorgegebenen Spannungsgrenzwertes bei gleichem Schaltungsgrundaufbau entweder eine weitere Ladung mit konstanter Spannung oder ein Abschalten des Ladestromes vornimmt und damit eine ständige Verbindung des Ladegerätes mit der Batterie zuläßt sowie den jeweiligen Betriebszustand signalisiert. .

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst:

Als Schaltungsbauelemente sind zwei Operationsverstärker, vorzugsweise als integrierter Doppeloperationsverstärker, vorgesehen. "-'' " '. ' .' ' /. · '..'· ". , ' ': ".-;'; '.. ' .

Die Eingänge des einen Operationsverstärkers sind mit einem in Reihe zur Batterie geschalteten Widerstand als Fühlwiderstand und einem Konstantspannungselement, vorzugsweise einer Leuchtdiode, verbunden. Dabei steht der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers mit der Katode der Leuchtdiode in Verbindung. Deren Anode und der eine Anschluß des Fühlwiderstandes liegen an der positiven Speisespannung. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist über einen weiteren Widerstand als Vorwiderstand mit dem anderen Anschluß des Fühlwiderstandes verbunden und liegt am Pluspol der Batterie. Über eine Diode als Schutzdiode liegt der Ausgang des Operationsverstärkers am Minuspol der

' Batterie.- ' ¹V;-" - ^; V- "VV i^v-v\ \: V - - " -^:: - : - ."/ ' 'V-...;'.-". .;./; ' Der andere Operationsverstärker ist an einer parallel zur Batteriespannung liegenden Brückenschaltung aus linearen und nichtlinaaren Bauelementen, vorzugsweise Widerständen in einem und einem Widerstand und einem Konstantspannungselement, vorzugsweise einer Leuchtdiode, im anderen Brückenzweig angeordnet. Dabei ist der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers mit dem Mittelpunkt des einen und der invertierende Eingang, mit oder ohne zwischengeschalteten Widerstand als Vorwiderstand, mit dem Mittelpunkt des anderen Brückenzweiges verbunden.

Aus Ausgang dieses Operationsverstärkers, vorzugsweise in Reihe zu diesem, ist ein Signalgeber, vorzugsweise eine Leuchtdiode, angeschlossen.

Die beiden Operationsverstärker sind miteinander verbunden, wobei der erste Operationsverstärker mit seinem invertierenden Eingang über die Leuchtdiode mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers in Verbindung steht.

Zwischen der Katode der Schutzdiode und dem Nullpotential ist vorzugsweise ein weiterer Widerstand angeordnet.

Zwischen der Leuchtdiode am Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und dessen nichtinvertierendem Eingang ist vorzugsweise ebenfalls ein Widerstand angeordnet.

Zwischen dem Ausgang des ersteh Operationsverstärkers und der Schutzdiode ist vorzugsweise eine Leuchtdiode

angeordnet. '; ' ^;

Der erfindungsgemäße Schaltungsaufbau gilt für Operationsverstärker mit npn-Endtransistoren, bei Verwendung von pnp-Endtransistoren sind die anderen Bauelemente mit umgekehrter Polarität anzuordnen.

Die Leuchtdiode am ersten Operationsverstärker wird über einen Vorwiderstand gespeist und dient zugleich als Einschaltkontrolle für das Ladegerät. Der Operationsverstärker vergleicht die Flußspannung der Leuchtdiode mit dem Spannungsabfall über dem Fühlwiderstand, durch den der Ladestrom fließt, und regelt diesen auf einen konstanten Wert.

Der Gesamtwiderstand der Brückenschaltung ist so hoch, daß ihr Stromverbrauch in der Größenordnung des Selbstentladestromes der Batterie liegt. Die Verwendung der Leuchtdiode in der Brückenschaltung als Referenznormal ermöglicht bei Strömen um 5/u.A die Kompensation des Temperaturkoeffizienten der Gasungsspannung einer gasdichten Pb-Batterie im Bereich von -10 bis +40°C. Ihre Flußspannung von 1,2 bis 1,3 V ermöglicht die Ladung auch einzelner Pb- oder NC-

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Übersteigt die Batteriespannung während des Ladens den vorgegebenen Spannungsgrenzwert, so schaltet der zweite Operationsverstärker die zugehörige Leuchtdiode ein. Der invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers wird dadurch auf Massepotential gelegt und der Ladestrom wird gesperrt.

Durch den zugeordneten weiteren Widerstand kann eine Hysterse für das Wiedereinschalten des Ladestromes eingestellt

werden. '. ' . ··. .' ' A ^:.. ·:. \ · ..- .- ' . · _ ·_; ·' . '

Per Widerstand zwischen der Katode der Schutzdiode und dem Nullpotential ermöglicht bei abgeschaltetem Ladestrom eine Erhaltüngsladung.

Zur Anzeige „Ladestrom fließt" dient die Leuchtdiode zwischen dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers und der Schutzdiode.

Die Brückenschaltung wird von der Batterie selbst gespeist, dadurch ergibt sich eine von der Speisespannung weitgehend unabhängige Abschaltspannung.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird das Ziel der Erfindung im vollen Umfang erreicht. Der Bauelementeaufwand wird gesenkt und eine wartungsfreie und.betriebssichere Ladung von Batterien gewährleistet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt das Schaltschema der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Die Schaltungsanordnung besteht für eine Batterie B aus den Operationsverstärkern OVI und OV2 mit Offen-Kollektor-Ausgängen, den Leuchtdioden D 1,D2,D4 und D 5, wobei die Leuchtdioden D1 und D4 rote GaAsP-Dioden mit einer Wellenlänge von 660 nm sind, der Schutzdiode D3 und den Widerständen R1 bis R11, wobei anstelle des Widerstandes R7 ein Thermistor angeordnet ist und mit dem Einstellregler R5 die Abschaltspannung eingestellt wird.

Bei angeschlossener Batterie B und einer Ladespannung U₁ unterhalb der Abschaltspannung U_a ist bei dem Operationsverstärker 0V2 der Eingang 5 positiv gegenüber dem Eingang 4 und der Ausgang 6 ist gesperrt/Dabei arbeitet der Operationsverstärker OV1 als Konstantstromquelle und regelt U_R3 = U₀₁. Infolge der guten Konstanz der Flußspannung der roten Leuchtdiode D1 ergibt sich ein sehr stabiler Ladestrom. Die Leuchtdiode D1 signalisiert zugleich „Ladegerät eingeschaltet".

Die Leuchtdiode D4 arbeitet nur als Konstantspannungselement ohne Lichtabstrahlung. Die Leuchtdiode signalisiert „Ladestrom fließt", Steigt die Batteriespannung auf U_L > U_a, so wird der Eingang 5 negativ gegenüber dem Eingang 4 und der Ausgang 6 des Operationsverstärkers OV2 wird leitend und sperrt über den Eingang 2 des Operationsverstärkers OV1 dessen Ausgang 8. Damit wird der Ladestrom abgeschaltet und die Leuchtdiode D5 signalisiert „Batterie geladen".

Mit der Leuchtdiode D4 und dem Thermistor R7 kann der Temperaturgang der Gasungsspannung von gasdichten Bleibatterien

im Bereich von-10 bis+4O⁰C kompensiert werden.

Ohne den Widerstand RIO wird der Ladestrom soweit abgesenkt, daß U_L = U_a ständig erhalten bleibt, mit dem Widerstand R10 wird die notwendige Hysterese vom Abschalten bis zum Wiedereinschalten des Ladestromes bewirkt.

Durch den Widerstand R4 wird bei abgeschaltetem Ladestrom eine Erhaltungsladung durchgeführt.

Claims

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Erfindungsansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Laden von Batterien mit konstantem Strom bis zum Erreichen eines vorgegebenen Spannungsgrenzwertes, gekennzeichnet dadurch, daß als Schaltungsbauelement zwei Operationsverstärker (OV1; 0V2), vorzugsweise als integrierter Doppeloperationsverstärker vorgesehen sind, wobei der eine Operationsverstärker (OV1) mit einem in Reihe mit der Batterie (B) geschalteten Widerstand (R3) als Fühlwiderstand und einem Konstantspannungselement, vorzugsweise einer Leuchtdiode (D 1), derart verbunden ist, daß der nichtinvertierende Eingang (1) des Operationsverstärkers (OV1) mit der Katode der Leuchtdiode (D 1) in Verbindung steht,.die Anode der Leuchtdiode (D 1) und der eine Anschluß des Widerstandes (R 3) an der positiven Speisespannung liegen, der invertierende Eingang (2) des Operationsverstärkers (OV1) über einen Widerstand (R 2) als Vorwiderstand mit dem anderen Anschluß des Widerstandes (R 3) verbunden ist und am Pluspol der Batterie (B) liegt und der Ausgang (B) des Operationsverstärkers (OVD über eine Diode (D3) als Schutzdiode am Minuspol der Batterie (B) liegt, der andere Operationsverstärker (0V2) an einer parallel zur Batteriespannung liegenden Brückenschaltung aus linearen und nichtlinearen Bauelementen, vorzugsweise Widerständen (R5; R6; R7) in einem und einen Widerstand (R8) und einem Konstantspannungselement, vorzugsweise einer Leuchtdiode (D4), im anderen Brückenzweig, derart angeordnet ist, daß der nichtinvertierende Eingang (5) des Operationsverstärkers (0V2) mit dem Mittelpunkt des einen und der invertierende Eingang (4) des Operationsverstärkers (0V2), mit oder ohne zwischengeschalteten Widerstand (R9) als Vorwiderstand, mit dem Mittelpunkt des anderen Brückenzweiges verbunden ist,

am Ausgang (6) des Operationsverstärkers (0V2), vorzugsweise in Reihe zu diesem, ein Signalgeber, vorzugsweise eine Leichtdiode (D5) angeschlossen ist und

die beiden Operationsverstärker (OV11; 0V2) derart miteinander verbunden sind, daß der Ausgang (6) des Operationsverstärkers (0V2) über die Leuchtdiode (D5) an den invertierenden Eingang (2) des Operationsverstärkers (0V1) angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß vorzugsweise zwischen der Katode der Schutzdiode (D3) und dem Nullpotential ein Widerstand (R4) angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß vorzugsweise zwischen der Leuchtdiode (D 5) und ! dem nichtinvertierenden Eingang (5) des Operationsverstärkers (0V2) ein Widerstand (R 10) angeordnet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß vorzugsweise zwischen dem Ausgang (8) des Operationsverstärkers (OV1) und der Schutzdiode (D3) eine Leuchtdiode (D2) angeordnet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß Operationsverstärker (OV1; 0V2) mit npn-Endtransistoren verwendet sind.
6. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß bei Operationsverstärkern (OVI; OV2) mit internen oder diskreten pnp-Endtransistoren die anderen Bauelemente mit umgekehrter Polarität angeordnet sind.

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