DD76269C2

DD76269C2 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MAINTENANCE-FREE CHARGING OF ACCUMULATORS

Info

Publication number: DD76269C2
Application number: DD14209569A
Authority: DD
Inventors: Heini Georgi
Original assignee: Heini Georgi
Priority date: 1969-08-25
Filing date: 1969-08-25
Publication date: 1986-06-25
Also published as: DD76269A1; DD76269B1

Description

-2- 142 095-2- 142 095

Features of the invention

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß eine Transistorregelschaltung 21 mit einem Schmitt Trigger 22 verbunden ist, welcher weiterhin mitder Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Schmitt-Triggers 22 auf einen Verstarker 23 fuhrt, welcher ebenfalls mit der Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Verstärkers 23 mit einer Begrenzerschaltung 24 verbunden ist und die Basen denn dem Ladestromkreis liegenden Transistoren 16 mit dem Ausgang der Begrenzerschaltung 24 verbunden sind Dabei wird an Stelle einer reinen stabilisierten Gleichspannung als Ladespannung eine unstabilisierte, von Netz und Last abhangige pulsierende Gleichspannung verwendet Diese Gleichspannung wird aus einer Brücken- oder Mittelpunktschaltung gewonnen Die Konstantspannungsladecharaktenstikfur die wartungsfreie Ladung wird trotz unstabilisierter Ladespannung dadurch erreicht, daß eine Steuerspannung entweder von der unstabilisierten pulsierenden Ladespannung oder aus einer externen Gleichspannung gewonnen und mittels eines Schmitt-Triggers in eine Rechteckspannung umgewandelt und je nach Anzahl der zu ladenden Akkumulatoren verstärkt und in einem einstellbaren elektronischen Begrenzer unabhängig von der Eingangsspannung auf eine konstante Amplitude begrenzt wird Die Differenz zwischen der konstanten Steuerspannung und der Batteriespannung entspricht der Basisspannung des Ladetransistors und bestimmt somit über den Verstärkungsfaktor die Große des pulsierenden Ladestromes Mit zunehmender Ladung wird die Batteriespannung großer und verringert somit die Basisspannung am Ladetransistor und damit den LadestromAccording to the invention this object is achieved in that a transistor control circuit 21 is connected to a Schmitt trigger 22, which is further connected to the charging power supply 1, the output of the Schmitt trigger 22 leads to an amplifier 23, which is also connected to the charging power supply 1, the Output of the amplifier 23 is connected to a limiter circuit 24 and the bases for the charging circuit lying transistors 16 are connected to the output of the limiter circuit 24 is used instead of a pure stabilized DC voltage as a charging voltage unstabilized, dependent on the network and load pulsating DC voltage This DC voltage is obtained from a bridge or center circuit The constant voltage chargingcharaktstikfur the maintenance-free charge is achieved despite unstabilized charging voltage in that a control voltage either from the unstabilized pulsating charging voltage or from a obtained external DC voltage and converted by means of a Schmitt trigger into a square wave voltage and amplified depending on the number of accumulators to be charged and limited in an adjustable electronic limiter regardless of the input voltage to a constant amplitude The difference between the constant control voltage and the battery voltage corresponds to the base voltage of the charging transistor and thus determines the size of the pulsating charging current via the amplification factor. As the charge increases, the battery voltage becomes larger and thus reduces the base voltage at the charging transistor and thus the charging current

Die geringste Steuerleistung ergibt sich dann, wenn der Stromflußwinkel von Steuer- und Ladespannung gleich groß ist, beide Spannungen phasengleich sind und der im Ladestromkreis befindliche Transistor 16 erst dann leitend wird, wenn die pulsierende Ladespannung großer ist als die Battenespannung Bei Aussteuerung mit reiner Gleichspannung und pulsierender Ladespannung kann sich der Steuerleistungsbedarf um ein Mehrfaches erhohen Dies erklart sich daraus, daß der Steuerstrom beim Absinken der Ladespannung unter die Battenespannung, wie es etwa bei pulsierender Ladespannung von 100Hz nach jeweils < ViooSek erfolgt, stark ansteigt Die Batteriespannung, die als Gegenspannung zur Steuerspannung wirkt, ist auf Grund des fehlenden Ladestromes niedriger als in den StromflußzeitenThe lowest control power is obtained when the Stromflußwinkel of control and charging voltage is the same, both voltages are in phase and the charging circuit located in the transistor 16 is only then when the pulsating charging voltage is greater than the Battenespannung In control with pure DC voltage and This can be explained by the fact that the control current rises sharply when the charging voltage falls below the battery voltage, as occurs, for example, with a pulsating charging voltage of 100 Hz after <ViooSek. The battery voltage acting as a counter voltage to the control voltage acts is due to the lack of charging current lower than in the Stromflußzeiten

Um bei gleichzeitigem Einsetzen aller entladenen Akkumulatoren eine Überlastung des Leistungsteil der Ladeeinrichtung zu vermeiden, wird der Quellwiderstand der Stromversorgungseinrichtung fur die Ladespannung so gewählt, daß bei zunehmendem Ladestrom sich die Ladespannung und damit der Stromflußwinkel so weit verringert, daß ein weiteres Ansteigen des Ladestromes verhindert wird Um außerdem in einem größeren Temperaturbereich eine wartungsfreie Ladung zu gewährleisten, wird die Steuerspannung in Abhängigkeit zur Umgebungstemperatur so geregelt, daß die von der Umgebungstemperatur abhangige Batteriespannung kompensiert und ein annähernd gleichbleibender Ladeschlußstrom in einem großen Temperaturbereich erreicht wird, in dem derThermistor 20 parallel zu dem Widerstand 12 der Spannungsteiler 12/13 geschaltet ist Es ist keine manuelle Umstellung der Ladespannung in Abhängigkeit von der Temperatur mehr erforderlichIn order to avoid overloading of the power unit of the charging device with simultaneous onset of all discharged batteries, the source resistance of the power supply device for the charging voltage is chosen so that with increasing charging current, the charging voltage and thus the Stromflußwinkel so far reduced that a further increase in the charging current is prevented In addition, to ensure maintenance-free charging in a wider temperature range, the control voltage is controlled in dependence on the ambient temperature so as to compensate for the ambient temperature-dependent battery voltage and achieve approximately constant charge current in a wide temperature range in which the thermistor 20 is in parallel with the resistor 12 the voltage divider 12/13 is switched There is no manual change of the charging voltage as a function of the temperature longer required

exemplary

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel beschrieben werden In den zugehörigen Schaltbildern zeigenThe invention will be described below with reference to an exemplary embodiment in the associated circuit diagrams show

Fig I Schaltbild fur Kleinladeeinrichtung, Fig 2 Blockschaltbild fur GroßladeeinrichtungFig I Circuit diagram for small loader, Figure 2 Block diagram for large loader

Nach Fig 1 wird die zur Ladung der in Parallelschaltung befindlichen Batterien 17 erforderliche Gleichstromleistung dem Stromversorgungsgerat 1, zu dem diese Batterie 17 über Transistor 16 und Ladewiderstand 15 parallelgeschaltet ist, entnommen Der Pluspol des Stromversorgungsgerates 1 ist mit dem Pluspol des Stromversorgungsgerates 2 verbunden Das Stromversorgungsgerat 3, dessen Minuspol mit dem Minuspol vom Stromversorgungsgerati verbunden ist, dient zur Speisung der ladestromabhangig gesteuerten Anzeigelampe 19 in Verbindung mit Transistor 18 Die Gleichspannungen der Stromversorgungsgerate 1,2, 3 werden je aus einer Bruckenschaltung gewonnen, sind unstabiiisiert und tragen den Charakter einer pulsierenden Gleichspannung von 100Hz, die in Phasen miteinander übereinstimmen Die zur Steuerung der Ladetransistoren 16 benotigte Basisspannung wird dem Stromversorgungsgerat 2 entnommen, an der Zenerdiode 4 vorstabilisiert und an der Zenerdiode 5 auf eine konstante, von der Netzspannung unabhängige Amplitude stabilisiert Über den Widerstand 14 wird die in Flußnchtung betriebene Siliziumdiode 11 auf einen konstanten Amplitudenwert gebracht und dient der Vergleichsspannung gegenüber der am Potentiometer 13 abgegriffenen und der Basis des Transistors 10 zugefuhrten Spannung Den zur Regelung erforderlichen Basisstrom, fur die in Darlingtonschaltung befindlichen Transistoren 8 9, erhalten diese über den Widerstand 6 von der an der Zenerdiode 5 stabilisierten pulsierenden Spannung Erhöht sich beispielsweise die Spannung am Potentiometer 13 auf Grund einer Verringerung des Ladestromes, so fuhrt diese Spannungserhohung zu einem höheren Basisstrom furTransistor 10, wodurch dieser Transistor in einen leitfahigen Zustand übergeht und über den Spannungsteiler von Transistor 10 und Widerstand 6 die B=sis von Transistor 9 positiver werden laßt Dies fuhrt dazu, daß auch die Basis von Transistor 8 positiver wird und der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke desselben Transistors sich so weit vergrößert, bis der am Potentiometer 13 eingestellte Spannungswert wieder erreicht wird Die dem Kollektor der Transistoren 8 über Widerstand 7 und Transistor 9 vom Stromversorgungsgerat 1 zugefuhrte pulsierende Gleichspannung wird am Emitter des Transistors 8 gegenüber dem Pluspol der Stromversorgungsgerate 1, 2 mit Hilfe des Potentiometers 13 auf einen einstellbaren Amplitudenwert konstant gehalten Parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand 12 ist ein temperaturabhangiger Widerstand 20 geschaltet, der die Amplitude der Steuerspannung an der Basis des Transistors 16 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur so verändert, daß die an den Batterien in Abhängigkeit von der Raumtemperatur auftretenden Spannungsanderungen eliminiert werden Dadurch ist die Ladung in einem großen Temperaturbereich ohne manuelle Verstellung der Steuerspannung gewahrleistet Die Aufladung der Batterie 17 geschieht derart, daß an die Basis des Ladetransistors 16 eine gegenüber dem Pluspol der Batterie 17 negative Spannung mit konstanter Amplitude und einer Frequenz von 100Hz angelegt wird, deren Differenzspannung, die sich ergibt aus Steuerspannung-Batteriespannung, den Durchsteuerungsgrad des Ladetransistors 16 bestimmt und somit ein Fließen des Ladestromes über den Ladewiderstand 15 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Ladetransistors 16 einleitet Mitzunehmender1, the DC power required to charge the batteries 17 connected in parallel is taken from the power supply unit 1 to which this battery 17 is connected in parallel via transistor 16 and charging resistor 15 , whose negative pole is connected to the negative terminal of the Stromgertorgungsgerati, is used to power the charging current-dependent controlled indicator lamp 19 in conjunction with transistor 18 The DC voltages of the power supply units 1,2, 3 are each obtained from a bridge circuit, are unstable and have the character of a pulsating DC voltage of 100Hz, which coincide with each other in phases The base voltage required for controlling the charging transistors 16 is taken from the power supply device 2, pre-stabilized at the Zener diode 4 and at the Zener diode 5 to a constant, from the mains voltage stabilized via the resistor 14, the operated in Flußnchtung silicon diode 11 is brought to a constant amplitude value and the comparison voltage relative to the tapped at the potentiometer 13 and supplied to the base of the transistor 10 voltage required for the control base current, for the transistors located in Darlington circuit. 8 If, for example, the voltage at the potentiometer 13 increases due to a decrease in the charging current, this voltage increase leads to a higher base current for transistor 10, as a result of which this transistor is in a conductive state goes over and over the voltage divider of transistor 10 and resistor 6, the B = sis of transistor 9 can be positive This leads to the fact that the base of transistor 8 is positive and the resistance of the collector-emitter path of the same Tran sistor is so far increased until the voltage set at the potentiometer 13 is reached again. The collector of the transistors 8 via resistor 7 and transistor 9 supplied by the power supply device 1 pulsating DC voltage is at the emitter of the transistor 8 opposite the positive pole of the power supply devices 1, 2 with the help of the potentiometer 13 is kept constant at an adjustable amplitude value. Parallel to the voltage divider resistor 12, a temperature-dependent resistor 20 is connected, which changes the amplitude of the control voltage at the base of the transistor 16 as a function of the room temperature, that of the batteries as a function of the room temperature Thus, the charge in a wide temperature range without manual adjustment of the control voltage is ensured The charging of the battery 17 is such that the base of the charging transistor 16 is compared to the Plusp ol the battery 17 is applied negative voltage with constant amplitude and a frequency of 100Hz whose difference voltage resulting from control voltage battery voltage, the Durchsteuerungsgrad the charging transistor 16 determines and thus flowing of the charging current through the charging resistor 15 and the collector-emitter Route of the charging transistor 16 initiates take-away

-з- 142 095-z- 142 095

Ladung steigt die Spannung an der Batterie 17 an, wodurch sich die Differenzspannung verringert, der Ladetransistor 16 in den weniger leitfahigen Zustand übergeht und somit den Ladestrom herabsetzt Der Ladewiderstand 15 kann hierbei auf Grund der Spannungssteuerung über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 16 so dimensioniert werden, daß auch am Ende der Ladung bei geringen Ladestromen eine Steuerung des Transistors 18 möglich ist und die Helligkeit der Anzeigelampe 19 ein Maß fur die Große des Ladestromes darstelltCharge increases the voltage across the battery 17, thereby reducing the differential voltage, the charging transistor 16 goes into the less conductive state and thus reduces the charging current The charging resistor 15 can in this case due to the voltage control on the base-emitter path of the transistor 16 so are dimensioned such that at the end of the charge at low load currents, a control of the transistor 18 is possible and the brightness of the display lamp 19 is a measure for the size of the charging current

Da die vorgesehenen Nickel-Kadmium-Akkumulatoren eine von der Umgebungstemperatur abhangige BatteriespannungSince the intended nickel-cadmium batteries have a dependent on the ambient temperature battery voltage

aufweisen, das zu beträchtlichen Unterschieden im Ladeschlußstrom fuhrt und somit eine wartungsfreie Ladung in Frage stellt, wird mittels eines temperaturabhangigen Widerstandes 20 die Steuerspannung so geregelt, daß die durchhave, which leads to considerable differences in the charging end current and thus a maintenance-free charge in question, by means of a temperature-dependent resistor 20, the control voltage is controlled so that by

Umgebungstemperaturen bedingten Battenespannungsanderungen eliminiert werden Damit wird ein von derThis eliminates one of the ambient temperature related batten tension changes

Umgebungstemperatur, im Bereich +10 bis +40⁰C nahezu gleichmäßiger Ladeschlußstrom erreichtAmbient temperature, reached in the range +10 to +40 ⁰ C almost uniform charging end current

Der in die Minusleitung des Stromversorgungsgerates 1 eingeschaltete Widerstand 25 wird in Verbindung mit demThe switched into the negative lead of the power supply device 1 resistor 25 is used in conjunction with the

Innenwiderstand des Stromversorgungsgerates 1 so abgestimmt, daß eine Überlastung des Gerätes 1 durch das Absinken der pulsierenden Ladespannung und der damit einsetzenden Verringerung des Stromflußwinkels des Ladestromes nicht auftretenInternal resistance of the power supply device 1 is tuned so that an overload of the device 1 by the decrease of the pulsating charging voltage and thus incipient reduction of the current flow angle of the charging current does not occur

Nach Fig 2 wird der Erfindungsgegenstand an einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel erläutert, das vorzugsweise furAccording to Fig 2, the subject invention is explained in a second exemplary embodiment, preferably for

Großladeeinnchtungen mit mehreren einander parallelgeschalteten Akkumulatoren Verwendung findet Die Stromversorgung 1, 2 fur Ladespannung und Steuerspannung wird analog wie in Fig 1 beschrieben, erzeugtGroßladeeinnchtungen with several parallel-connected accumulators is used The power supply 1, 2 for charging voltage and control voltage is generated analogously as described in Figure 1

Die dem Stromversorgurgsgerat 2 entnommene pulsierende Gleichspannung wird mittels einer Transistorregelschaltung 21 in eine stabilisierte reine Gleichspannung umgeformt und mittels eines Schmitt-Triggers 22, im Takte der Frequenz derThe Stromversorgurgsgerat 2 taken pulsating DC voltage is converted by means of a transistor control circuit 21 in a stabilized pure DC voltage and by means of a Schmitt trigger 22, the clock frequency of the

pulsierenden Ladespannung vom Stromversorgungsgerat 1 in eine Rechteckspannung umgewandelt Je nach Anzahl der zupulsating charging voltage from the power supply device 1 converted into a square wave voltage depending on the number of too

ladenden Batterien 17 und der damit zu steuernden Ladetransistoren 16 wird das vom Schmitt-Trigger 22 ankommendecharging batteries 17 and the charge transistors 16 to be controlled, the incoming from the Schmitt trigger 22

Rechtecksignal in Verstarker 23 auf den erforderlichen Leistungspegel angehoben und in den einstellbaren elektronischenSquare wave signal in amplifier 23 raised to the required power level and in the adjustable electronic

Begrenzer 24 auf den fur die jeweilige Akkutype erforderlichen Spannungswert begrenzt Die Ladestrom regulierung über denLimiter 24 limited to the voltage required for the respective battery type The charge current regulation via the

Transistor 16 erfolgt in Abhängigkeit der Batteriespannung wie bereits in Fig 1 beschriebenTransistor 16 is carried out as a function of the battery voltage as already described in FIG

Der Schwellwert des Schmitt-Triggers 22 wird so eingestellt, daß ein Schalten erst dann erfolgt und damit eineThe threshold value of the Schmitt trigger 22 is set so that switching takes place only then and thus a

Rechteckspannung erst dann an die Basis des Transistors 16 gelangt, wenn die Ladespannung vom Stromversorgungsgerat 1 garantiert großer ist als die maximal zu erwartende Ladespannung an der Batterie 17 Damit wird ein Ansteigen desRectangular voltage only then reaches the base of the transistor 16 when the charging voltage from the power supply device 1 is guaranteed to be greater than the maximum expected charging voltage to the battery 17 Thus, an increase in the

Steuerstromes zu Beginn und am Ende jeder Halbwelle verhindert und somit die Steuerleistung auf ein Minimum reduziertControl current at the beginning and at the end of each half-wave prevents and thus reduces the control power to a minimum

Claims

1 circuit arrangement for the pulsating DC maintenance-free charge of a few to several hundred parallel-connected accumulators, characterized in that a transistor control circuit 21 is connected to a Schmitt trigger 22, which is further connected to the charging power supply 1, the output of the Schmitt trigger 22nd to an amplifier 23 leads, which is also connected to the charging power supply 1, the output of the amplifier 23 is connected to a limiter circuit 24 and the bases of the hangs in the charging circuit transistors 16 are connected to the output of the limiter circuit 24

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invention claim

2 circuit arrangement according to item 1, characterized in that the switching threshold of the Schmitt trigger 22 is dimensioned so that the control voltage and charging voltage are in phase and whose Stromflußwinkel is the same size

3 circuit arrangement according to item 1 and 2, characterized in that in order to ensure the charge in a larger temperature range of the thermistor 20 is connected in parallel to the resistor 12 of the voltage divider 12/13

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a circuit arrangement for the maintenance-free charging of explosion-proof or impact-protected luminaires, which are equipped with a controllable semiconductor for locking and for charging the luminaire accumulators

Characteristic of the known technical solutions

It is known that for charging accumulators in parallel, they are charged via a voltage-controlled, in conjunction with a rectifier device unregulated for each battery, the unregulated rectifier devices are switched as a function of gassing voltage This device is for gas-tight or low maintenance nickel-cadmium - Accumulators due to the lack gassing voltage not useful Furthermore, it is known that batteries are charged via transistors, the charging current is determined by a selected on the end of charge voltage of the battery Zener diode

This charging circuit is only suitable for charging batteries whose voltages are greater than 4.5 V and thus in the Zener voltage range For charging the intended use of 2.4V or 3.6V gas-tight nickel-cadmium light accumulators, this circuit is not useful

The maintenance-free charge, Konst B constant-voltage charge, of accumulators in parallel is also known Since the charging voltage curve of gas-tight or low-maintenance nickel-cadmium batteries after full charge has no changes that could be used to control the charging current, are transduktonsch or electronically controlled chargers employed whose output voltages are stabilized independent of mains voltage and load changes in the intended control range to ± 1% These are re> ne DC voltages that can be superimposed on the basis of the required one part accuracy, using only a very small ripple voltage, it is known that ζ B such Device with an adjustable stabilized voltage of 3 to 5V and 0 to 200 A requires a very large technical equipment effort and thus becomes economically expensive Explosion and impact-protected lights must be against unauthorized current consumption on the outside be locked in the contacts In a known manner, an electrical locking by means of a controllable semiconductor is achieved (see DDR patent 47951)

Object of the invention

The purpose of the invention is to achieve a maintenance-free charging of parallel connected accumulators with different states of charge with a charging device, which requires a much lower technical equipment and thus a lower cost than the charging devices previously used for the maintenance-free charge

Discussion of the essence of the invention

The technical problem that is solved by the invention

The invention has for its object to change the electrical interlocking of impact and explosion-proof lights in conjunction with the control units required for the generation of the charging current rectifier so that at less effort, the maintenance-free charge can be technically realized