DD228122A1

DD228122A1 - Konstantstromladegeraet, insbesondere fuer gasdichte nickel-kadmium-akkumulatoren

Info

Publication number: DD228122A1
Application number: DD25804883A
Authority: DD
Inventors: Heinz Wieczorrek
Original assignee: Brieselang Geraetebau
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-10-02

Abstract

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Konstantstromladegeraete fuer Sekundaerbatterien. Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt, die Verlustleistung im Ladegeraet bei grossem Akkumulatorspannungsbereich klein zu halten und somit Kuehlkoerper- und Geraetevolumen zu reduzieren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass durch einen konstanten Pilotstrom eine Referenzspannung gewonnen wird, die ueber einen Operationsverstaerker und Schaltregler eine Zwischenspannung erzeugt, welche der aktuellen Akkumulatorspannung folgt und somit eine Konstantstromladung bei geringster Verlustleistung ermoeglicht. Weitere Anwendungsfaelle sind allgemeine Konstantstromquellen mit groesserer Strombelastung. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Konstantstromladegerät zum Aufladen von Sekundärbatterien Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Ladegeräte bekannt, die eine Konstantstromladung gewährleisten. Im allgemeinen wird ein Regeltransistor im Strompfad angeordnet, der über eine spezielle Ansteuerschaltung den Ladestrom konstant hält. Die in dem Regeltransistor umgesetzte Verlustleistung wird über Kühlkörper an die Umgebungsluft abgeführt. Bedingt durch die abzuführende Verlustleistung müssen die Gehäuse hinsichtlich des Volumens den .kühltechnischen Erfordernissen angepaßt werden. Es sind daher, je nach Ladeströme, materialintensive Kühlkörper sowie großvolumige Gehäuse notwendig.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine besondere Schaltungskonzeption bei Konstantstromladegeräten mit großem Spannungsberaich der zu ladenen Akkumulatoren die Verlustleistung im Ladegerät klein zu halten und so materialintensive Kühlkörper zu vermeiden sowie das Gerät mit kleinem Bauvolumen herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Konstantstromladegerät entstehende Verlustleistung auf ein Minimum zu reduzieren. Bedingt durch den relativ großen Spannungshub zwischen entladenem und voll aufgeladenem Akkumulator und der Toleranz der Speisespannung treten.unterschiedliche Verlustleistungen.im Ladegerät auf, die über Kühlkörper abgeführt werden müssen.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß eine Zwischenspannung im Ladegerät realisiert wird, die stets um einen konstant kleinen Betrag über der aktuellen Spannung des zu ladenen Akkumulators liegt und über einen Vorwiderstand die Konstantstromladung gewährleistet. Die Verlustleistung ist dabei unabhängig vom Ladezustand des Akkumulators sowie auch von Speisespannungstoleranzen. Sie kann durch die optimale Bemessung der strombestimmenden Parameter, wie Spannungsdifferenz der Akkumulatoren und Zwischenspannung sowie Vorwiderstand, extrem klein gehalten werden.

Die Zwischenspannung wird mit der aktuellen Akkumulatorspannung dadurch verkoppelt, daß ein Pilotstrom von geringer Größe aus einer separaten Konstantstromguelle über einen Referenzwiderstand auf den zu ladenden Akkumulator geleitet wird. Die Akkumulatorspannung und der Spannungsabfall über den Referenzwiderstand bilden den Wert für die Vergleichsspannung, die zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers geführt wird. Am nicht invertierenden Eingang liegt die Zwischenspannung vom Ausgang des Schaltreglers. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem Steuereingang des Schaltreglers verbunden.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung anhand des vereinfachten Stromlaufplanes des Konstantstromladegerätes beschrieben.

Fig. 1: Vereinfachter Stromlaufplan des Konstantstromladegerätes.

Eine Konstantstromquelle I, liefert einen Pilotstrom I,, der über den Widerstand R, in den zu ladenden Akkumulator eingespeist wird. Dieser Strom liegt in der Größenordnung von einigen mA, so daß die Verlustleistung in der Konstantstromquelle sowie im Widerstand Ri vernachlässigt werden kann. Der konstante Spannungsabfall über R, und die aktuelle Akkumulatorspannung bilden die Vergleichsspannung für die aufzubauende Zwischenspannung Uz, die wiederum für den Hauptladestrcm l2 maßgebend ist. Der Pilotstrom I, kann vorteilhaft, bei abgeschaltetem Hauptladestrom U, als Strom für die Erhaltungslädung eingesetzt werden. Während der Hauptladung liegt also die Zwischenspannung U. immer um einen bestimmten Betrag, z. 8.1 V, über der Akkumulatorspannung, und es wird mittels des Widerstandes R2, z. B. 1 Ω, gewährleistet, daß eine Konstantstromiadung des Akkumulators erfolgt. Durch die gleitende und unmittelbar über der Akkumulatorspannung liegenden Zwischenspannung Uz wird erreicht, daß unabhängig von dem Ladezustand des Akkumulators und den Toleranzen der Versorgungsspannung Us nur eine minimale konstante Verlustleistung an R2 auftritt.

Die Zwischenspannung wird mittels Schaltregle·· SR aus der Versorgungsspannung Us gewonnen, indem zur Steuerung des Schaltreglers die Zwischenspannung Uz und die Referenzspannung Ur mittels Operationsverstärkers N, verglichen werden. Die Widerstande R3, R4 legen die Schwellwerte der Zwischenspannung fest.

Claims

- 2 - 258 048 6

Erfindungsanspruch:

Konstantstromladegerät, insbesondere für gasdichte Nickel-Kadmium-Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (l_q) über den Widerstand (R₁) sowohl an den Akkumulator als auch an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (N₁) angeschlossen ist und der Ausgang des Schaltreglers (SR) über den Widerstand (R₃) mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (N₁) und über den Widerstand (R₂) mit dem Akkumulator verbunden ist sowie der Ausgang des Operationsverstärkers an den Steuereingang des Schaltreglers (SR) und über (R₄) an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geführt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Konstantstromladegerät zum Aufladen von Sekundärbatterien Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Ladegeräte bekannt, die eine Konstantstromladung gewährleisten. Im allgemeinen wird ein Regeltransistor im Strompfad angeordnet, der über eine spezielle Ansteuerschaltung den Ladestrom konstant hält. Die in dem Regeltransistor umgesetzte Verlustleistung wird über Kühlkörper an die Umgebungsluft abgeführt. Bedingt durch die abzuführende Verlustleistung müssen die Gehäuse hinsichtlich des Volumens den-kühltechnischen Erfordernissen angepaßt werden. Es sind daher, je nach Ladeströme, materialintensive Kühlkörper sowie großvolumige Gehäuse notwendig.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine besondere Schaltungskonzeption bei Konstantstromladegeräten mit großem Spannungsbereich der zu ladenen Akkumulatoren die Verlustleistung im Ladegerät klein zu halten und so materialintensive Kühlkörper zu vermeiden sowie das Gerät mit kleinem Bauvolumen herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Konstantstromladegerät entstehende Verlustleistung auf ein Minimum zu reduzieren. Bedingt durch den relativ großen Spannungshub zwischen entladenem und voll aufgeladenem Akkumulator und der Toleranz der Speisespannung treten unterschiedliche Verlustleistungen.im Ladsgerät auf, die über Kühlkörper abgeführt werden müssen.

Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß eine Zwischenspannung im Ladegerät realisiert wird, die stets um einen konstant kleinen Betrag über der aktuellen Spannung des zu ladenen Akkumulators liegt und über einen Vorwiderstand die Konstantstromladung gewährleistet. Die Verlustleistung ist dabei unabhängig vom Ladezustand des Akkumulators sowie auch von Speisespannungstoleranzen. Sie kann durch die optimale Bemessung der strombestimmenden Parameter, wie Spannungsdifferenz der Akkumulatoren und Zwischenspannung sowie Vorwiderstand, extrem klein gehalten werden.

Die Zwischenspannung wird mit der aktuellen Akkumulatorspannung dadurch verkoppelt, daß ein Pilotstrom von geringer Größe aus einer separaten Konstantstromquelle über einen Referenzwiderstand auf den zu ladenden Akkumulator geleitet wird. Die Akkumulatorspannung und der Spannungsabfall über den Referenzwiderstand bilden den Wert für die Vergleichsspannung, die zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers geführt wird. Am nicht invertierenden Eingang liegt die Zwischenspannung vom Ausgang des Schaltreglers. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem Steuereingang des Schaltregiers verbunden.

Ausfiihrungsbeispiel

Nachstehend wird die Erfindung anhand des vereinfachten Stromlaufplanes des Konstantstromladegerätes beschrieben. Fig. 1: Vereinfachter Stromlaufplan des Konstantstromladegerätes.

Eine Konstantstromqueile l_q liefert einen Pilotstrom I₁, der über den Widerstand R₁ in den zu ladenden Akkumulator eingespeist wird. Dieser Strom liegt in der Größenordnung von einigen mA, so daß die Verlustleistung in der Konstantstromquelle sowie im Widerstand R₁ vernachlässigt werden kann. Der konstante Spannungsabfall über R₁ und die aktuelle Akkumulatorspannung bilder, die Vergleichsspannung für die aufzubauende Zwischenspannung U₁, die wiederum für den Hauptladestrom I₂ maßgebend ist. Der Pilotstrom I₁ kann vorteilhaft, bei abgeschaltetem Hauptladestrom I₂, als Strom für die Erhaltungslädung eingesetzt werden. Während der Hauptladung liegt also die Zwischenspannung U, immer um einen bestimmten Betrag, z. B. 1 V, über der Akkumulatorspannung, und es wird mittels des Widerstandes R₂, z. B. 1 Ω, gewährleistet, daß eine Konstantstromiadung des Akkumulators erfolgt. Durch die gleitende und unmittelbar über der Akkumulatorspannung liegenden Zwischenspannung U₂ wird erreicht, daß unabhängig von dem Ladezustand des Akkumulators und den Toleranzen der Versorgungsspannung U₃ nur eine minimale konstante Verlustleistung an R₂ auftritt.

Die Zwischenspannung wird mittels Schaltregler SR aus der Versorgungsspannung U₅ gewonnen, indem zur Steuerung des Schaltreglers die Zwischenspannung U₂ und die Referenzspannung U_r mittels Operationsverstärkers N₁ verglichen werden. Die Widerstände R₃, R₄ legen die Schwellwerte der Zwischenspannung fest.