DE2949114A1 - Batterieladegeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Batterieladegerät und bezieht sich insbesondere auf Techniken zum Laden von Bleiakkumulatoren für Kraftfahrzeuge.

Bei den heute am häufigsten benutzten Ladegeräten wird ein anfänglich hoher Strom bei einer Quelle mit konstanter Spannung mit zunehmender Aufladung der Batterie verringert. Dies ist das wohlbekannte Ladegerät mit abnehmendem Ladestrom. Die Batterie wird als ausreichend geladen angesehen, wenn der Ladestrom einen bestimmten unteren Wert erreicht. Jedoch ist dieser untere Stromwert zum großen Maße abhängig von der Batteriegröße, dem Ladezustand, der Netzspannung und anderen Faktoren. Viele Ladegeräte weisen einen Vielstellungs-Schalter und eine Schaltuhr auf, die die Auswahl der Höhe des Anfangsladestromes und der Ladezeit ermöglichen. Wenn der ausgewählte Anfangsstrom groß ist, wird auch der Wert des herabgesetzten Endstromes hoch sein. Unter solchen Bedingungen besteht die Gefahr, daß die Bedienungsperson verkennt, wann eine richtige Aufladung erfolgt ist.

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Auch kann die Batterie irreversibel zerstört werden aufgrund von überhitzung und Wasserverlust und kann sogar explodieren, wenn der ausgewählte Strom groß ist und eine lange Ladezeit gewählt wird.

Alle Bleiakkumulatoren verbrauchen beim Laden Wasser. Das Wasser wird in seine Gas-Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, zerlegt und entweicht aus der Batterie. Dieser Vorgang ist normal und stellt bei herkömmlichen oder üblichen Bleiakkumulatoren kein ernstes Problem dar, da das Wasser leicht ersetzt werden kann. Die neueren wartungsfreien Batterien weisen einen anderen Aufbau und eine andere Chemie auf, und der Wasserverlust pro AufladeVorgang ist gering. Jedoch sind die Zellen dieser Batterien abgedichtet und nicht zugänglich. Daher kann der Wasserverlust, auch wenn er gering ist, nicht ausgeglichen werden, ohne daß die Dichtung zerstört wird. Auch kann die Dichte des Elektrolyten nicht überwacht werden ohne Zerstörung der Dichtungen (die Dichte wird manchmal dazu verwendet, den Ladungszustand anzuzeigen), und diese Ladezustandsanzeige ist bei den abgedichteten wartungsfreien Batterien nicht möglich. Die abgedichteten Batterien unterliegen daher stärker Fehlbeurteilungen als die herkömmlichen Batterien.

Das Aufladen mit abnehmendem Ladestrom erfordert ständige Aufmerksamkeit der Bedienungsperson sowie Beurteilung des Ladezustandes. Wenn ständige Beobachtung nicht möglich ist und die Beurteilung falsch ist, wird die Batterie ent-

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weder unzureichend aufgeladen oder durch überladen zerstört.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Batterieladegerät und ein Verfahren zum Laden anzugeben, wodurch ein automatisches Laden ermöglicht wird, das minimale Aufmerksamkeit und faktisch keine Beurteilung durch die Bedienungsperson erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

überraschenderweise hat sich gezeigt, daß eine Akkumulatorbatterie schnell und sicher aufgeladen werden kann, indem eine Ladetechnik verwendet wird, die sich von der bei herkömmlichen Ladegeräten mit abnehmendem Ladestrom unterscheidet. Gemäß der erfindungsgemäßen Technik wird Ladestrom einer ersten vorgegebenen Höhe durch die Batterie geleitet. Die Batteriespannung wird überwacht, um den Zeitpunkt zu erfassen, an dem der Ladestrom verringert werden sollte. Wenn die Batteriespannung einen ersten vorgegebenen Wert erreicht, wird der Ladestrom auf einen zweiten vorgegebenen Wert verringert, wodurch die Batteriespannung erniedrigt wird. Die Aufladung wird mit dem auf den «weiten vorgegebenen Wert herabgesetzten Ladestrom fortgesetzt, bis die Batteriespannung einen zweiten vorgegebenen Wert erreicht, der geringer ist als der erste vorgegebene Wert. Der Ladestrom wird dann abgeschaltet oder auf einen sehr geringen Strom reduziert. Vorzugsweise wird bei der Spannungsüberwachung die Amplitude der Spannung überwacht, und der Ladestrom wird bei dem ersten und zweiten Wert

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geregelt, so daß der Strom innerhalb der Werte konstant bleibt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist das Ladegerät gegen falsche Batteriepolung oder gegen Zerstörung beim Abklemmen der Batterie geschützt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann der Wert des Anfangsstromes erhöht werden und ungeregelt sein.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann die Batterie auf den sulfatierten Zustand hin geprüft werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis des ersten und zweiten Wertes des Ladestromes geändert werden, um das Aufladen von Batterien unterschiedlicher Typen und unterschiedlicher Spannungen zu optimieren.

Die Erfindung soll nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 die Ansicht einer Schalttafel, die bei dem Ladegerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

fig. 2 und 2a elektrische Schaltbilder des Ladegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Fig. 2a rechts an das Schalt

bild nach Fig. 2 anschließt,

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Fig. 3 ein modifiziertes elektrisches Schaltbild eines Teiles der in den Fig. 2 und 2a gezeigten Schaltbilder und Fig. 4 eine grafische Darstellung der Spannung über einer Batterie bei einem vierstufigen Ladeverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

Nach richtigem Anschluß an eine Batterie und nach erfolgter Einschaltung führt das Ladegerät unter vollständiger Sicherheit einen hohen Strom der Batterie zu. Die Klemmenspannung der Batterie wird allmählich mit steigender Aufladung zunehmen. Wenn die Aufladung so weit fortgeschritten ist, daß die Spannung einen Anfangswert erreicht, wird ein Absenken des Stromes auf einen unteren ersten Wert bewirkt und die Aufladung fortgesetzt. Wenn die Spannung wiederum bis auf einen ersten Spannungswert ansteigt, der niedriger ist als die Anfangsspannung, wird der Strom erneut auf einen zweiten niedrigeren Wert erniedrigt. Die Aufladung wird fortgesetzt, bis die Spannung nochmal einen zweiten Spannungswert erreicht, der niedriger ist als der erste Wert, und das Ladegerät schaltet dann selbsttätig ab.

Vorzugsweise sind der Reihe nach drei verschiedene Stromhöhen durch drei fortschreitend abnehmende Batteriespannungen vorgesehen. Jedoch ergeben sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Gerätes auch bei Verwendung nur zweier solcher Werte. Der Ladestrom wird bei jeder dieser Stufen oder Werte geregelt und ist zweckmäßigerweise von Netz-

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Spannungsschwankungen und Batteriegröße oder Batteriezustand unabhängig. Die stufenweise Erniedrigung des Stromes erfolgt automatisch in Abhängigkeit vom Bedarf der Batterie. Die Bedienungsperson kann das stufenweise Erniedrigen des Stromes weder einleiten noch verhindern.

Wenn das Gerät die Stromstufen durchläuft und abschaltet, bleibt es ausgeschaltet und schaltet sich nicht wieder ein, wenn der Anschluß der Batterie unterbrochen oder der Anschluß hergestellt wird. Dadurch können Funken an den Batterieanschlüssen nicht auftreten. Solche Funken können insofern gefährlich sein, da sie das explosive Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisch, das im Bereich der Batterie vorhanden sein kann, entzünden können. Das Ladegerät kann nur durch andere Mittel wieder eingeschaltet werden, beispielsweise durch zyklisches Fließenlassen des Primärstromes. Wenn das Ladegerät an eine Batterie angeschlossen wird und nicht gespeist wird, kann es nicht in den Ladebetrieb schalten. So führt ein Kurzschließen der Ausgangsklemmen nicht zur Erzeugung von Funken. Gleichermaßen kann das Gerät nicht in den Betriebszustand versetzt werden, wenn die Ausgangsklemmen mit falscher Polarität an die Batterie angeschlossen werden, plus an minus und minus an plus. Das Gerät kann in diesem Zustand beliebig lange verbleiben ohne Schaden für das Gerät selbst oder für die Batterie.

Das Ladegerät muß so ausgelegt sein, daß es seine Tätigkeit nur beginnt, wenn sämtliche vorbereitenden Tätigkeiten in der richtigen Weise erfolgt sind.

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Wartungsfreie Batterien werden auf eine etwas andere Anschlußspannung aufgeladen als die herkömmlichen Batterien. Das Ladegerät ist ausgelegt für jeden Batterietyp vermittels eines Vielfachladeschalters auf der Schalttafel (Fig. 1); die Schalterstellungen sind den aufzuladenden Batterietypen zugeordnet.

Am Ende seines Abstufungs-Zyklusses ist es manchmal wünschenswert, das Aufladen der Batterie über eine Zeit mit einem geringen Strom fortzusetzen, wenn das Gerät bereits selbsttätig abgeschaltet hat. Der Wählschalter 3o wird dann in die mit "slow" markierte Stellung gedreht, um einen solchen Ladestrom zu erzeugen. Dieser niedrige Strom wird geregelt so wie die anderen den einzelnen Stufen zugeordneten Ströme, und bleibt unbegrenzt bei einem nahezu festen Wert. Da der Strom nicht weiter absinkt, sind andere Vorkehrungen zur Anzeige des hohen Ladezustandes vorgesehen.

Die Anzeige wird bewerkstelligt durch eine Testlampe auf dem Schaltbrett (Fig. 1), die ein Blinklicht erzeugt, wenn die Batteriespannung während der niedrigen Ladestufe einen vorgeschriebenen Pegel erreicht hat. Sobald das Blinklicht auftritt, ist dies das Anzeichen für die Bedienungsperson, das Ladegerät abzuschalten und die Batterie abzuklemmen. (Das Licht leuchtet einmal auf, wenn das Ladegerät eingeschaltet wird. Geschieht dies nicht, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß die Anschlüsse der Batterie vertauscht worden sind.)

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Das Licht 36 dient auch dazu anzuzeigen, daß eine Drei-Minuten-Zeitschaltuhr eingeschaltet worden ist durch Niederdrücken eines Knopfes 38 (Fig. 1). Die Schaltuhr ist integrierter Bestandteil des Ladegerätes. Sobald die Schaltuhr eingeschaltet ist, dient sie dazu, das abgestufte Erniedrigen des Stromes für etwa drei Minuten zu verhindern; dies wird dazu verwendet, einen möglichen sulfatierten Zustand der Batterie zu prüfen. Am Ende des Drei-Minuten-Zeitraumes geht das Ladegerät wieder in seinen abgestuften Ladebetrieb über. Das Ladegerät ist außer Betrieb, wenn es nicht richtig an die Batterie angeschlossen ist. Dies wird bewerkstelligt durch Abtasten der Batteriespannung hinsichtlich der richtigen Polarität und durch Verwendung dieser Spannung zum Wirksamschalten des Steuerschaltkreises des Ladegerätes. Wenn diese Spannung sehr niedrig ist, wenn die Batterie z.B. stark entladen ist, kann der Steuerschaltkreis nicht eingeschaltet werden und das Ladegerät bleibt außer Betrieb. Um das Ladegerät in den Betriebszustand zu versetzen, wird eine Spannung für die Batterie verwendet, die höher ist als die Batteriespannung (wird innerhalb des Ladegerätes zur Verfügung gestellt) , und der Ladevorgang kann beginnen. Dies wird bewerkstelligt durch Niederdrücken des Knopfes 38 für niedrigen Spannungsbeginn und Batterietest. Sobald der Ladevorgang begonnen hat, wird der Aufladevorgang nach Loslassen des Knopfes 38 fortgesetzt, weil das Ladegerät die Batteriespannung schnell über die Minimalspannung anhebt, die für

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den selbsttätigen Betrieb erforderlich ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einigen Batterien, die extrem entladen worden sind, die Spannung bei Beginn der Aufladung schnell auf einen Wert steigt, der über dem liegt, der erforderlich ist für die Stromabstufung, und dann wieder abfällt. Dies kann mehrere Male pro Minute oder in geringeren Zeiteinheiten erfolgen. Wenn sich das Ladegerät selbst abgeschaltet hat beim Erreichen der hohen Spannung, würde es notwendig werden, das Gerät mehrere Male erneut einzuschalten, bis sich die Spannung stabilisiert hat. Dies ist zeitaufwendig und kann zu Störungen führen.

Aus diesem Grunde wird die Drei-Minuten-Schaltuhr eingeschaltet, wenn der Knopf 38 gedrückt wird; die Stromabstufung wird verhindert, die Spannung wird stabilisiert innerhalb der Drei-Minutenzeit, und der normale Aufladevorgang kann beginnen, nachdem die Zeit abgelaufen ist. Daher ist es lediglich notwendig, den Knopf 38 einmal herunterzudrücken .

Der Knopf 38 verhindert nicht den Schutz des Ladegerätes gegen verkehrten Anschluß der Batterie. Wenn die Anschlüsse nicht richtig sind, kann das Gerät nicht in Betrieb gesetzt werden, auch nicht, wenn der Knopf mehrere Male niedergedrückt wird oder wenn er unbegrenzt im niedergedrückten Zustand festgehalten wird.

Manchmal ist es notwendig, einen Motor zu starten, wenn die Batterie nicht in der Lage ist, einen ausreichen-

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den Strom für den Starter des Motors zu liefern. Das vorliegende Ladegerät ist in der Lage, einen Strom zu liefern, der wesentlich größer ist als der normalerweise gelieferte

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Strom, wenn ein Verstärker-Startschalter 28 (Fig. 1) gedrückt wird. Hierdurch wird der geregelte Strombetrieb unterdrückt, und der Ladestrom ist dann abhängig von der Last (d.h. der Batterie). Es ist eine obere Ladestromgrenze vorgesehen, um die Bauteile des Ladegerätes zu schützen. Der hohe verstärkte Strom kann solange geliefert werden, bis ein innerhalb des Gerätes vorgesehener Schaltkreisunterbrecher öffnet. Wenn der Unterbrecher zurückgestellt wird, setzt der normale Regelbetrieb und der Stromabstufungsbetrieb des Gerätes ein, auch gegen den Willen der Bedienungsperson; diese Betriebsart des Ladegerätes ist zum Schutz des Gerätes und der Batterie vor übergroßen Strömen bevorzugt.

Der Knopf 28 braucht nur kurzzeitig niedergedrückt zu werden, um den hohen verstärkten Strom zu erzeugen. Er braucht nicht im niedergedrückten Zustand gehalten zu werden. Dieser Betrieb ist nur möglich im ersten der drei Stromstufenbetriebe, da in niedrigeren Stromstufen die Spitzenströme zu hoch aein * können für die Bauteile des Ladegerätes. Der Ladestrom wird jedesmal dann stufenweise verringert, wenn die Batterie« spannung eine vorgeschriebene Batteriespannungsschwelle erreicht, wie oben bereits ausgeführt. Die drei für die abgestufte Erniedrigung des Ladestromes erforderlichen SJ>an- *·' *

nungspegel werden jedesmal fortschreitend erniedrigt, und zwar aus den folgenden Gründen. Es ist bekannt, daß ein

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hoher Strom und ein niedriger Ladezustand eine geringe Gasentwicklung bewirken, hervorgerufen durch die Zerlegung des Wassers, und dementsprechend ist auch der Wasserverlust gering. Umgekehrt bewirken ein hoher Ladungszustand und ein niedriger Strom eine beträchtliche Gasentwicklung und einen größeren Wasserverlust. Daher wird in der anfänglich hohen Stromstufe, in der der Ladezustand gering ist, die Ladezeit relativ lang gewählt, da wenig Wasser verbraucht wird. Um Wasser bei zunehmender Aufladung zu erhalten, wird die Ladezeit in den folgenden Stromstufen fortschreitend kleiner gemacht. Dies erreicht man dadurch, daß die Batteriespannungsschwelle für jeden erniedrigten Stromwert verringert wird. Dadurch reduzieren die für die Stromabstufung erforderlichen fortschreitend niedrigeren Spannungen auch die Gesamtladezeit.

Die Spannungsschwellen werden ebenfalls fortschreitend erniedrigt mit verringertem Strom, um den Spannungsverlust im Ausgangsleitungswiderstand des Ladegerätes zu berücksichtigen, weil die Spannung am Ladegerätausgang abgetastet wird und nicht an der Batterie, um so Kosten einzusparen. Die relative Ladezeit in jedem der Stromzustände ist so gewählt, daß der niedrigstmögliche Wasserverlust und Temperaturanstieg erhalten wird bei einer angemessen kurzen Gesamtladezeit. Von dieser Gesamtzeit fallen 7o% bis 85% in die

Zeit für die erste Stufe mit hohem Ladestrom. Die^zweite oder mittlere Stromstufe ist ein wenig größer als^ie dritte niedrige Stromstufe, jedoch können diese beiden auch etwa gleich

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lang gemacht werden für sämtliche praktischen Zwecke.

Das vorliegende Batterieladegerät verwendet primär elektronische Schaltkreise und ist so ausgelegt, daß es für 6- und 12-Volt-Bleiakkumulatoren der herkömmlichen Bauart sowie auch für neuere abgedichtete bzw. versiegelte wartungsfreie Batterietypen geeignet ist. Jedoch ist der Einsatz des Ladegerätes nicht notwendigerweise auf diese speziellen Batterietypen beschränkt. Das Ladegerät arbeitet automatisch und tastet den Batterieladebedarf automatisch ab und stellt sich entsprechend selbst ein. Es ermöglicht einen Start mit einem hohen Strom und ebenso einen sehr geringen Ladestrom, nachdem der Ladestrom automatisch mehrere Male abgestuft verringert worden ist. Es ist auch geeignet, eine stark entladene Batterie aufzuladen und zeigt der Bedienungsperson schnell an durch Ausführung einer Testaufladung, ob die Batterie nicht mehr in der richtigen Weise wiederaufladbar ist. Die Anzeigen werden vermittelt über das Licht 36 für verschiedene Zustände und Funktionen des Ladegerätes.

Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 2, die eine Quelle S für schwankende Gleichströme für eine Batterie 16 zeigt, die einen Abwärtstransformator 1o aufweist, der an eine 1 lo-Volt-Wechselspannungsquelle 12 und einen herkömmlichen Ganzwellengleichrichter 14 angeschlossen ist. Eine aufgeleuchtete Lampe 31 zeigt an, daß das Ladegerät arbeitet. Vom Gleichrichter 14 fließt der Strom zu einem elektronischen Schalter, z.B. einem steuerbaren Silicium-

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gleichrichter (SCR2) 18 und von dort zu einer Batterie 16. Die Höhe des Ladestromes durch die Batterie 16, angezeigt über ein Gleichstrommeßgerät 2o auf einer Steuerschalttafel 26 (Fig. 1) ist eine Funktion des Gleichrichter-Stromleitungswinkels. Wenn der Gleichrichter früh in der halben Sinuswelle der von der Transformator-Gleichrichter-Anordnung 1o, 14 abgegebenen Spannung ausgetastet wird, zeigt das Amperemeter 2o einen hohen Ladestrom an. Wenn der Gleichrichter zu einem späteren Zeitpunkt der Wellenform der Spannung ausgetastet wird, zeigt das Amperemeter einen niedrigeren Ladestrom an.

Die am Ladegerät abgetastete Batteriespannung wird einem Spannungsüberwachungsschaltkreis VM zugeführt. Dem Schaltkreis VM wird ferner eine Bezugsspannung zugeführt. Wenn die Batteriespannung einen vorgeschriebenen Schwellwert erreicht, bewirkt der Schaltkreis VM eine Reduzierung des Gleichrichter-Stromleitungswinkels, und durch das Amperemeter 2o wird ein niedrigerer Ladestrom angezeigt.

Für den dritten Strompegel, wenn die Batteriespannung erneut einen vorgeschriebenen Schwellwert erreicht, bewirkt der Schaltkreis VM die vollständige Abschaltung des Gleichrichters 18 (SCR2).

Das Amperemeter 2o verwendet einen Stromnebenschluß Signalpotentiale über dem StromnebenschluÖ 22 werden geglättet, um hochfrequente Anteile zu entfernen, die aufgrund der Arbeitsweise des Gleichrichters 18 vorhanden sind, und werden einem Stromvergleichsschaltkreis CC zugeführt,

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durch den der Ladestrom in jeder Stufe (Fig. 2a) reguliert wird. Der Schaltkreis CC wird mit einer anderen Bezugsspannung versorgt, die den auszuregelnden Pegel des Stromes bestimmt. Die Höhe des Stromes in jeder Stufe wird bestimmt und geregelt durch Einstellung dieser Bezugsspannung.

Für den Schnellstart-Betrieb wird die Referenzspannung vom Schaltkreis CC entfernt und eine Regelung des Stromes wird verhindert. Wenn die Drei-Minuten-Schaltuhr eingeschaltet wird, wird die Bezugsspannung schnell dem Schaltkreis CC wieder zugeführt, und die Stromregulierung setzt wieder ein, jedoch wird die Stromabstufung in diesem Zeitintervall nicht zugelassen.

Der elektrische Schaltkreis wird von der«Transformator-Gleichrichter-Anordnung 1o, 14 mit Spannung versorgt. Jedoch muß diese Spannung bzw. der entsprechende Strom eine Sicherheitsschaltung PC passiexen. Der Schaltkreis PC weist eine getastete Spannungsversorgung auf, die lediglich dann eingeschaltet wird, wenn die Batteriespannung und die Polarität in Ordnung sind. Diese Versorgungsspannung ist nicht in der Lage, einen ausreichenden Strom für die Schaltungsanschlüsse des Gleichrichters SCR2 zu liefern; Schaltetroro für den Gleichrichter 18 (SCR2) wird direkt von der Batterie selbst erhalten, jedoch gesteuert über die elektronische Schaltung, die wiederum solange nicht in Betrieb gesetzt werden kann, solange die Batterie nicht in der richtigen Weise angeschlossen ist. Dies stellt einen Teil der einen Teil des Ladegerätes bildenden Sicherheitsschaltung gegen

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falsche Anschlußpolarität oder Kurzschluß dar.

In den Fig. 2 und 2a sind die integrierten Schaltkreise, die mit dem Vorsatz "U" versehen sind, Spannungskomparatoren, wie beispielsweise das Modell LM-339, hergestellt von National Semiconductors, Inc. Die integrierten Schaltkreise, die mit dem Vorsatz "F" versehen sind, stellen duale D-Flip-Flops dar, beispielsweise wie das Modell M M 74 C 74, hergestellt von National Semiconductors, Inc. Dioden, Kondensatoren und Widerstände sind mit den Vorsätzen "D", "C" und "R" versehen. Transistoren weisen den Vorsatz "Q" auf.

Nachfolgend soll der Ladestromschaltkreis beschrieben werden. Der Abwärtstransformator 1o und die Gleichrichterdioden D1 - D2 sind in der oberen linken Ecke der Fig. 2 gezeigt. Der Transformator 1o weist eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung 9 auf. Wenn sich die Dioden im leitenden Zustand befinden, fließt ein hoher Strom durch die Dioden und die Sekundärwicklung 9 des Transformators 1o. Wenn dieser Strom unterbrochen wird, was beispielsweise passieren kann, wenn die Verbindungen mit der Batterie schlecht sind, kann das induzierte Potential über dem Transformator 1o die Dioden D1 - D1 zerstören.

Kondensatoren C1-C2 über den Dioden dienen dazu, die Sekundärwicklung des Transformators auf eine niedrige Resonanzfrequenz abzustimmen, derart, daß die induzierte Spannung, bei loser Batterieverbindung, niedrig genug ist, um unschädlich zu sein für die Dioden.

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Die Sekundärseite des Transformators und die Dioden bilden einen Ganzwellengleichrichter 14, der direkt an die Anode des Gleichrichters SCR2 angeschlossen ist (Fig.2). Die Verbindung erfolgt über eine Wärmeableitungsvorrichtung, an der diese Bauteile angebracht sind, da die Kathoden der Dioden und die Anode des Gleichrichters SCR2 über Standardmontagestifte (nicht gezeigt) verbunden sind. Hierdurch wird ein guter thermischer Kontakt erzielt« und zusätzliche Verbindungen unter diesen Bauteilen für hohe Ströme sind nicht notwendig. Die Wärmeableitungsvorrichtung ist gewöhnlich elektrisch vom Ladegerätgehäuse (nicht gezeigt) isoliert, und das Gehäuse ist geerdet. Ladestrom fließt durch den Gleichrichter SCR2 (wenn dieser sich im leitenden Zustand befindet), durch die Batterie 16, den Leitungsunterbrecher CB2, den Amperemeternebenschluß 22, die Sekundärwicklung 9 des Transformators und durch die Dioden D1 und D2. Die Verbindung zu der Batterie wird hergestellt über Kabel 3 und 4. Dies stellt den vollständigen Batterieladestromweg dar.

Nachfolgend soll die Sicherheitsschaltung PC (getastete Spannungsversorgung) beschrieben werden. Die Gleichrichter-Ausgangsspannung, die in der Fig. 2 mit + Rect bezeichnet ist, tritt in Form einer halbsinusförmigen Welle auf, und zwar mit der doppelten Frequenz der Eingangswechselspannung auf der Leitung 12.

Diese Spannung wird dem Emitterkreis des Konsistors Q1 zugeführt, wobei die Amplitude jedoch durch den durch die

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Widerstände R2-R3 gebildeten Spannungsteiler leicht reduziert wird. Die Spannung wird außerdem dem Basiskreis des Transistors Q1 über die Widerstände R1 und R28 zugeführt. Dadurch erhält die Basisemittersperrschicht eine Sperrvorspannung, wodurch sichergestellt wird, daß der Kollektorstrom auch in einer Umgebung mit einem hohen elektromagnetischen Störrauschen unterbrochen ist. Die Höhe der Sperrvorspannung jedoch ist so gewählt, daß der Transistor Q1 nicht zerstört wird.

Kollektorstrom fließt vom Transistor Q1, wenn dessen Basis weniger positiv gemacht wird als der Emitter; dies ist der Fall, wenn der Transistor Q2 leitet. Wenn die Batterie 16 zwischen den Ausgangsanschlüssen +BAT 15 und -BAT 17 richtig angeschlossen ist, fließt Basisstrom zum Transistor Q2 über den Widerstand R13 (obere rechte Seite in der Fig. 2). Q2 geht in den leitenden Zustand, wodurch Q1 eingeschaltet wird,und ein wesentlicher Teil der halben Sinuswelle am Emitter von Q1 erscheint außerdem am Kollektor von Q1.

Wenn die Batterie polaritätsmäßig umgekehrt angeschlossen ist, erhält die Basisemitterverbindung von Q2 durch das Potential über der Diode D12 eine umgekehrte Vorspannung. Hierdurch wird der Kollektorstrom von Q2 unterbrochen und damit auch von Q1 auch bei starkem elektromagnetischem Rauschen.

Wenn die halbe Sinuswelle am Kollektor von Q1 erscheint, fließt Strom durch die Diode D6 und lädt den Kondensator C8 auf die Spitzenspannung dieser Wellenform auf, abzüglich dem Spannungsabfall aufgrund der Impedanz über der Diode D6.

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über dem Kondensator C8 liegt eine Gleichspannung 2 4 an, die in der Fig. 2 mit + 9,5 Volt angegeben ist. Diese Spannung hat keine feste Amplitude, sie ändert sich mit der Netzspannung, aus der sie indirekt gewonnen wird. Ihre Funktion soll nachfolgend beschrieben werden.

Die Halbsinuswelle vom Kollektor von Q1 wird außerdem einer Zener-Diode D1o über die Diode D9 und die Widerstände R29, R3o zugeführt. D9 dient dazu, Temperaturänderungen für D1o zu kompensieren. An der Anode der Diode D9 erscheint eine etwa rechteckige Wellenform mit einer abgeflachten Spitze und geneigten Flanken entsprechend den geneigten Flanken der Halbsinuswelle, aus der sie gewonnen ist. Die Spannung mit dieser Wellenform wird dann der Diode D11 zugeführt und dient dazu, den Kondensator C1o auf den Spitzenwert (Spitzenamplitude) aufzuladen, abzüglich den Spannungsabfall über der Impedanz der Diode D11. Der mit dem Kondensator C1o verbundene Knotenpunkt N dient als getastete Spannungsversorgung 19 mit einer Ausgangsspannung von etwa+7 Volt. Die Spannung ist hinsichtlich ihres genauen Wertes nicht kritisch und hängt ab von der Spannung der Zener-Diode D1o.

Die Spannungsversorgung 19 wird für andere Schaltkreise innerhalb des Ladegerätes verwendet. Die Spannungsversorgung ist nur dann eingeschaltet, wenn das Ladegerät eingeschaltet ist und die Ausgangsleiter in der richtigen Weise an die Batterie angeschlossen sind. Dieses Ladegerät arbeitet nicht, wenn die 7-Volt-Spannung von der getasteten Spannungsversorgung 19 nicht vorhanden ist.

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Impulsgenerator PG

Wenn Q1 durch Q2 öffnet bzw. durchschaltet, wird ein Teil der Halbsinuswelle am Kollektor von Ql über den Widerstand R21 dem Kondensator C9 zugeführt. Für jede halbe Sinuswelle erscheint am Kondensator C9 eine Spannung, die etwa die Form eines Sägezahnes hat. Am Ende jeder sinusförmigen Halbwelle wird der Kondensator C9 über die Diode D7 und den Widerstand R26 entladen zur Vorbereitung auf die nächste Sinushalbwelle. Auf diese Weise wird über C9 für jede Sinushalbwelle eine Sägezahnspannung erzeugt.

Die Sägezahnspannung erscheint am (+) oder nicht-invertierenden Eingang eines Komparators U1, der innerhalb des Impulsgenerators PG (Fig. 2) angeordnet ist. Ein Gleichspannungspotential, das von der +7-Volt-Spannungsversorgung abgegriffen wird, wird dem (-)- oder nicht-invertierenden Eingangsanschluß von U1 zugeführt. Der Ausgang von U1 ist daher in etwa bei Beginn jeder halben Sinuswelle low, da U1 ein Spannungskomparator ist. Sobald die sinusförmige Halbwelle zunimmt, steigt auch die Sägezahnspannung am (+)-Eingang von U1 allmählich an; wenn sie der Gleichspannung am (-)-Eingang gleich ist oder diese Gleichspannung übersteigt, steigt die Ausgangsspannung von U1 schnell an. Diese schnell ansteigende Ausgangsspannung wird dann dazu verwendet, dem Gleichrichter SCR2 Sperrstrom zuzuführen.

Auf diese Weise leitet U1 zu einer ausgewählten Zeit oder bei einem bestimmten Durchlaßwinkel innerhalb jeder sinusförmigen Halbwelle die Sperrstromversorgung für SCR2 ein.

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U1 erreicht diesen Zweck durch Erzeugung von Phasenimpulsen, deren Phase in Abhängigkeit von der halbsinusförmigen Gleichspannung veränderlich ist. Wenn das Gleichvorspannungspotential am (-)-Eingangsanschluß von U1 low ist, erzeugt die allmählich ansteigende Sägezahnspannung am (+)-Eingang eine ansteigende Ubergangsspannung am Ausgangsanschluß, die in der sinusförmigen Halbperiode früh auftritt. SCR2 wird früh in seinen Durchlaßwinkel (Durchlaßzustand) geschaltet, und der Batterieladestrom, der über das Amperemeter angezeigt wird, wird hoch sein. Umgekehrt, wenn das Vorspannungspotential am (-)-Eingang von U1 high ist, braucht die Sägezahnspannung mehr Zeit, um eine Amplitude zu erreichen, die so hoch ist, daß die ansteigende Ubergangsspannung auftritt; SCR2 wird in jeder sinusförmigen Halbperiode später durchgeschaltet, und es wird ein geringerer Strom angezeigt.

Die Höhe des Gleichvorspannungspotentials am (-)-Eingang von U1 steuert auf diese Weise den der Batterie 16 zugeführten Strom. U1 ist nicht in der Lage, einen ausreichend hohen Sperrstrom dem Gleichrichter SCR2 zuzuführen, der zur zufriedenstellenden Arbeitsweise den größeren Bruchteil eines Amperes benötigt. Ferner muß der Anodenanschluß des Gleichrichters SCR2 positiver gemacht werden als die Kathode, um ein Durchschalten zu erreichen; beide werden über den Widerstand R5 auf Batteriepotential gehalten. Die Art und Weise, auf die das Potential an der Anode über das der Batterie erhöht wird, die Anoden- bzw. Sperrstrom liefert, soll nachfolgend beschrieben werden.

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Stromkomparator CC

Das Gleichvorspannungspotential am (-)-Eingangsanschluß von U1 ist durch den Stromkomparator CC veränderbar, um von einem Ladestromniveau auf ein anderes überzugehen, und wird in der Zeit, in der die Stromhöhe geändert wird (stufenweise), konstant gehalten. Dieses Vorspannungspotential wird auf folgende Art und Weise gewonnen und geregelt. Eine minimale Gleichvorspannung wird an den (-)-Eingangsanschluß von U1 durch die Spannungsteil'erwiderstände R23 und R75 (nahe U1) gelegt, die zwischen 0 Volt und der Nennspannung von 7 Volt der Spannungsversorgung 19 arbeiten. Negative Spannungsimpulse, die den Batterieladestrom anzeigen, werden über den Knotenpunkt RS und den Amperemeternebenschluß-Widerstand 22 erhalten, der den Batteriestrom durchläßt. Diese Impulse werden über den Knotenpunkt RS einem Zweikreis R-C-Filter zugeführt, der aus den Widerständen R71, R72 und den Kondensatoren C2o, C21 besteht, wie der Fig. 2a im unteren rechten Teil entnehmbar ist. Ein Zweikreis-R-C-Filter wird verwendet, da dieses in den Impulsen enthaltene Information über die Amplitude und die Breite liefert. Nach dem Filtern wird die sich ergebende negative Gleichspannung dem (-)-Eingangsanschluß eines Spannungskomparators U4 zugeführt, zusammen mit einer kleinen positiven Gleichspannung von der +7-Volt-Spannungsversorgungsquelle 19 über die Widerstände R68 und R69. Das resultierende Potential am (-)-Eingangsanschluß von U4 ist stets positiv, wird jedoch weniger positiv, wenn der Lade-

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strom versucht anzusteigen, oder wird positiver, wenn der Ladestrom versucht bzw. beginnt abzufallen.

Ein positives Potential wird auch dem (+)-Eingangsanschluß des Komparators U4 zugeführt und wird erhalten vom Q-Ausgangsanschluß eines Booster-Flip-Flops F8 über den Widerstand R61 und das Potentiometer R62 (Fig. 2a). Q von F8 liefert eine Bezugsspannung für den Komparator U4. U4 arbeitet nun mit positiven Gleichspannungspotentialen für beide Eingangsanschlüsse. Wenn der Batterieladestrom versucht anzusteigen, fällt das positive Potential am (-)-Eingangsanschluß von ü4 und der Ausgang von U4 wird auf high geschaltet. Diese High-Spannung wird der Diode D26 und den Filterbauteilen C22, R74, C23 zugeführt. Die High-Spannung wird auf die minimale Gleichvorspannung aufaddiert, die am (-)-Eingangsanschluß von U1 anliegt. Mit der angestiegenen Spannung am (-)-Eingangsanschluß von U1 wird die Sägezahnspannung am (+)-Eingangsanschluß jetzt größer, um einen Stromtastimpuls für SCR2 zu erzeugen. Die Sägezahnspannung wird mit zunehmender Spannung der Sinushalbwelle größer und der Gleichrichter SCR2 wird später durchgeschaltet. Dadurch wird verhindert, daß der Ladestrom steigt.

Gleicherweise wird der Ausgangsanschluß von U4 in den

Spannungszustand low geschaltet, wenn der Batterieladestrom

die
versucht abzufallen, und gefilterte positive Ausgangsspannung

Die
von U4 fällt ebenfalls.^reduzierte Vorspannung, die am (-)-

Eingangsanschluß von U1 anliegt, bewirkt dann die Erzeugung

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eines Stromtastimpulses bei einem niedrigeren Niveau der Sägezahnspannung, die am (+)-Eingangsanschluß von U1 anliegt. Der Gleichrichter SCR2 wird dann früher in der sinusförmigen Halbperiode durchgeschaltet, und der Batterieladestrom bleibt wiederum im wesentlichen unverändert.

Auf diese Weise wirken U4 und die anderen Komponenten des Schaltkreises CC als Stromregler. Der Schaltkreis CC hält den Ladestrom innerhalb jedes Stromniveaus nahezu konstant, unabhängig von gewöhnlichen Netzschwankungen, unterschiedlichen Batteriegrößen oder irgendwelchen anderen Ursachen, die die Höhe des Ladestromes beeinflussen können. Die Höhe des Stromes, bei der U4 regelt, wird bestimmt durch die positive Gleichvorspannung, die am (+)- oder (-)-Eingangsanschluß von U4 anliegt oder an beiden Anschlüssen. Diese Vorspannung kann auf dreierlei Art geändert werden:

1. Einstellung von R62

Die eine Vorspannungseinstellung erfolgt durch die ursprüngliche Einstellung von R62, der ein auf einer gedruckten Schaltung angeordnetes Potentiometer ist; die Einstellung erfolgt durch den Hersteller und soll für den Benutzer nicht zugänglich sein.

2. Booster-Start

Die zweite Vorspannungseinstellung erfolgt durch Niederdrücken eines Booster-Druckschalters 28 auf der Steuerplatte 26, um den Schalter S5 (Fig. 2a) zu schließen. Der Druckschalter 28 steuert einen Booster-Schaltkreis BS (Fig. 2a).

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In der ersten Stufe mit hohem Strom bewirkt das Niederdrücken des Druckschalters 28 und das Schließen des Schalters S5, daß der Anschluß (P) zum Voreinstellen des Flip-Flops F8 momentan low wird; Q von F8 wird ebenfalls low und bleibt low auch nachdem S5 geöffnet ist. Die positive Vorspannung am (+)-Eingangsanschluß von U4 wird beinahe Null, jedoch bleibt die Vorspannung am (-)-Eingangsanschluß positiv, unabhängig von der Stromhöhe. Aufgrund dieser Anordnung fällt der Ausgang von U4 in einen niedrigen Spannungszustand nahe Null und verharrt bei Null.

Ein geringer Anteil einer aus der Netzspannung gewonnenen Gleichspannung wird außerdem dem (-)-Eingangsanschluß von U1 durch den Widerstand R27 zugeführt, vom Kollektoranschluß des Transistors Q1 zum Verbindungspunkt der Widerstände R23-R75. Dies dient als zusätzliches Mittel zur Stromregelung bei Änderungen der Netzspannung. Der Widerstand für R27 wird so gewählt, daß sich eine leichte Uberkompensation ergibt. Das heißt, daß ein Anstieg der Netzspannung einen geringen Stromabfall bewirkt und umgekehrt.

Das positive Potential, das jetzt am (-)-Eingangsanschluß von U1 erscheint, ist die minimale Vorspannung, die an den Teilerwiderständen R23-R75 abgegriffen wird. Dieses Potential erscheint auch an der Kathode der Diode D26 (Fig. 2a), die in Sperrichtung vorgespannt wird und verhindert, daß U4 eine Beeinflussung mit der Stromhöhe erfährt.

Das Ladegerät kann jetzt einen Strom abgeben, der lastabhängig ist und der größer sein kann als seine beabsichtigte

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Kapazität. Jedoch kann dieser Strom nicht größer sein als derjenige, der durch die minimale Vorspannung eingestellt wird, die am (-)-Eingang von U1 anliegt. Es kann Strom liefern bis entweder ein hermetisch verschlossener, thermisch betätigter Schaltkreisunterbrecher 49 (CB2) in Tätigkeit gesetzt ist, der in Reihe mit dem Batterieanschluß 17 geschaltet ist, oder ein Schaltkreisunterbrecher 5o (CB1) in der Primärwicklung des Transformators 1o öffnet, oder bis die Batteriespannung genügend ansteigt, um ein Herunterstufen des Stromes zu bewirken. Wenn entweder der Schaltkreisunterbrecher CB1 oder CB2 zurückgesetzt ist, wird das Ladegerät erneut eingeschaltet. Jedoch befindet sich der Q-Ausgang von F8 stets in seinem Spannungszustand high, wenn das Ladegerät arbeitet und die Stromregelung wieder eingesetzt hat. Wenn noch eine Schnellaufladung gewünscht wird, muß der Booster-Start-Druckschalter 28 betätigt werden, und die Kontakte von S5 müssen wieder geschlossen werden.

Die Stromregelung ist die bevorzugte Arbeitsweise des Ladegerätes. Wenn die Bedienungsperson denn Booster-Druckschalter 28 drückt, um einen hohen Strom während des normalen Aufladens zu erhalten, wird sich das Ladegerät unter Umständen selbst ausschalten oder in seinen bevorzugten Stromregelungsbetrieb zurückkehren. Wie erwähnt, ist CB ein thermisch betätigter Schaltkreisunterbrecher, der sich selbst nach Ablauf einer bestimmten Zeit zurücksetzt. Das Ladegerät wird dann automatisch in seinen bevorzugten Stromregelungsbetrieb zurückkehren.

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3. Stromabstufung

Die dritte Vorspannungseinstellung liefert einen geregelten Strom bei drei oder vier verschiedenen Ladestromhöhen, die in aufeinanderfolgenden Stufen eingestellt werden. Die Vorspannungseinstellung äußert sich durch eine Reihe von Vorspannungspegeln am (+)-Eingang von U4. Jede Vorspannung regelt einen analogen Batteriestrompegel. Bei jedem Vorspannungspegel erfolgt eine Erniedrigung des Batterieladestromes, der jedoch aufgrund der Nebenschlußvorspannung am (-)-Eingangsanschluß von U4 weiterhin geregelt wird.

Die Art und Weise, in der der Batterieladestrom Über mehrere Strompegel abgestuft wird, kann am besten anhand eines Beispiels erläutert werden. Wenn ein herkömmlicher 12-Volt-Bleiakkumulator für Kraftfahrzeuge aufgeladen wird, wird der Ladestrom auf einem ersten Pegel um etwa 4o Ampere eingestellt, bis die Batteriespannung einen ersten Schwellwert von etwa 14,6 Volt übersteigt. Es soll auf Fig. 4 Bezug genommen werden. Wenn der Ladevorgang zur Zeit T beginnt, wird die erste Schwellenspannung zur Zeit T erreicht, und zwar etwa eine Stunde später. Der Ladestrom wird dann auf einen zweiten Pegel um etwa 2o Ampere abgesenkt (wodurch die Batteriespannung reduziert wird) und der Ladevorgang wird fortgesetzt, bis die Batteriespannung auf eine zweite Schwellenspannung um etwa 14,4 Volt zur Zeit T ansteigt. Der Batteriestrom wird dann auf einen dritten Pegel um etwa 1o Ampere abgesenkt (wobei die Batteriespannung sich verringert) und der Ladevorgang wird fortgesetzt, bis die Batteriespannung eine dritte Schwellen-

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spannung um etwa 14,o5 Volt zum Zeitpunkt T,. erreicht. Der Batteriestrom wird dann abgeschaltet (herabgesetzt auf einen Wert Null), oder wird auf einen niedrigen Ladestrom gesetzt, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Beim Ladevorgang mit dem geringen Strom wird das Aufladen selbst fortgesetzt. Zum Zeitpunkt T. erreicht die Batteriespannung einen vierten Spannungswert, und die Lampe 36 beginnt aufzuleuchten bzw. zu blinken. Die Bedienungsperson schaltet das Ladegerät zum Zeitpunkt IV ab.

Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Abstufen des Ladestromes in Abhängigkeit von der Spannungsamplitude. Jedoch kann, wie in der Fig. 4 gezeigt ist, auch die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung oder die Steigung der Spannungskurve als Maß für die Abstufung des Ladestromes herangezogen werden.

Nachfolgend soll die Art und Weise beschrieben werden, in der die Vorspannungspegel am (+)-Eingangsanschluß von U4 das Abstufen des Batterieladestromes bewirken. Jedesmal, wenn die Spannung der Batterie 16 einen vorgeschriebenen Schwellenwert erreicht, ist die Einstellung eines neuen Stromwertes notwendig. Ein Teil der Batteriespannung wird dem (+)-Eingang eines !Comparators U2 zugeführt (untere linke Seite in der Fig. 2). Die gesamte Batteriespannung kann nicht angelegt werden, weil diese den 7-Volt-Nennwert übersteigt, der den Komparatoren U1-U5 und U1o durch die Spannungsversorgungsquelle 19 zugeführt wird. Diese Komparatoren müssen mit Eingangspotentialen arbeiten, die geringer sind als ihre Versorgungsspannungen .

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Die Batteriespannung wird einem Ohmschen Spannungsteiler 29 über den Schalter S2B zugeführt (linke obere Seite der Fig. 2a). Ein Teil der Spannung des Teilers wird dann dem (+)-Eingangsanschluß des Komparators U2, der die Batteriespannung abtastet, zugeführt. Eine Bezugsvorspannung wird dem (-)-Eingangsanschluß von U2 vermittels der Widerstände R41 - R42 - R43 zugeführt. Der Ausgang von U2 ist normalerweise low. Wenn die am (+)-Eingang von U2 abgetastete Batteriespan nung gleich der Referenzspannung am (-)-Eingang ist oder diese Bezugsspannung übersteigt, wird der Ausgang von U2 in den High-Zustand geschaltet. Jetzt wird angezeigt, daß eine Herun ters tufung des Stromes notwendig wird.

Der ansteigende Teil der Ausgangsspannung des Komparators U2 wird den Takteingängen (C) eines Steuer- oder Folgeschaltkreises SC zugeführt, der Steuer- oder Folge-Flip-Flops F5, F6 und F7 aufweist, die in der Art eines Schieberegisters geschaltet sind. Sämtliche Q-Ausgänge der Flip-Flops F5-F7 weisen anfangs einen Low-Spannungszustand auf und die Q-Ausgänge anfangs einen High-Spannungszustand. Unter diesen Bedingungen sind die Vorspannungen der Eingänge des Komparators U4 so eingestellt, daß der Batterieladestrom auf einen ersten Wert eingestellt und auf diesem Wert (z.B. 40 Ampere) gehalten wird. Außerdem stellen die Anfangszustände der Q-Ausgänge der Flip-Flops F5-F7 die Vorspannungen der Eingänge des Komparators U2 so ein, daß der Ausgang von U2 in seinen High-Spannungszustand geschaltet wird, wenn die Batteriespannung den ersten Schwellwert (z.B. 14,6 Volt)

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erreicht. Der High-Spannungszustand von Q des Flip-Flops F5 wird über D17-R48-R65 an dem Verbindungspunkt von R63 und R64 im (+)-Eingangsschaltkreis des Komparators U4 übertragen. Dies findet statt, wenn der Ausgang des Komparators U3 high ist. Nachfolgend soll die Funktion von U3 beschrieben werden.

Wenn Q von F5 in den High-Zustand schaltet, schaltet Q des Flip-Flops F5 in den Low-Zustand. Die Low-Spannung des Ausgangs Q wird auf den (-)-Eingangsschaltkreis des Komparators U4 mit Hilfe von D18 und R50 übertragen. Die geänderte Differenz der Vorspannung an den beiden Eingängen zeigt dem Komparator U4 einen zu hohen in die Batterie fließenden Strom an. U4 reagiert durch Reduzierung des Batterieladestromes, und zwar auf die vorhin beschriebene Art und Weise,

zwischen bis eine vorbestimmte Potentialdifferenz/seinen (+)- und (-)-

Eingängen wieder hergestellt ist.

Im vorliegenden Beispiel ist die vorbestimmte Potentialdifferenz wieder hergestellt, wenn der Batterieladestrom auf den zweiten Pegelwert (z. B. 20 Ampere) reduziert worden ist. U4 reagiert dann, indem die Höhe des Batterieladestromes so lange geändert wird, bis die Fotentialdifferenz zwischen den zwei Eingängen wieder hergestellt ist.

Der Ausgang von U2 wird in einen Low-Spannungszustand geschaltet, da die Batteriespannung abnimmt, sobald der Ladestrom auf den zweiten Wert erniedrigt wird. Der Low-Zustand des Q-Ausgangs des Flip-Flops F5 bewirkt außerdem, daß die Bezugsvorspannung am (-)-Eingang von U2 abnimmt, da die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände R41-R42 durch den Anschluß des Widerstandes R49 an Q des Flip-Flops F5

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erniedrigt worden ist. Diese bedeutet, daß die Batteriespannung auf den zweiten Schwellwert (z.B. 14,4 Volt) nur ansteigt, um die nächste Stromabstufung einzuleiten (beispielsweise die Abstufung auf den dritten Strompegel).

Das Aufladen der Batterie wird bei dem zweiten Strompegel fortgesetzt bis die Batteriespannung den zweiten Schwellwert erreicht. Der Ausgang von U2 wird dann in seinen High-Spannungszustand geschaltet. Wiederum wird die ansteigende Übergangsspannung an die C(Takt)-Eingänge der Flip-Flops F5-F6-F7 gelegt; F5 kann seinen Zustand wegen der Verbindung mit F7 nicht ändern. Die Q- und Q-Ausgänge von F5 bleiben entsprechend high und low. Lediglich F6 reagiert, indem es seine Q- und Q-Ausgänge in den High- bzw. Low-Zustand schaltet. Das Schalten des Flip-Flops F6 ändert die Vorspannung des (+)- und (-)-Eingangs des Komparators U4, der reagiert, indem der Batterieladestrom auf den dritten Pegelwert (z.B. 10 Ampere) erniedrigt wird, wodurch die Potentialdifferenz zwischen seinen (+)- und (-)-Eingängen wieder hergestellt wird.

Die Bezugsspannung am (-)-Eingang des Komparators U2 wird durch übertragung der Low-Spannung am Q-Ausgang von F6 über den Widerstand R52 auf den Verbindungspunkt der Widerstände R41-R42 verringert. Die jetzt für die nächste Stromstufe (z.B. 14,05 Volt) erforderliche dritte Batteriespannungsschwelle ist niedriger als die erste oder zweite Spannungsschwelle. Der Ausgang von U2 wird wiederum in seinen Low-Spannungszustand geschaltet, da die Batteriespannung fällt, sobald der Strom auf den dritten Pegelwert gesenkt

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Das Aufladen der Batterie wird fortgesetzt bei dem dritten Stromwert, bis die Batteriespannung den dritten Spannungsschwellwert erreicht. Der Ausgang von U2 wird wiederum in den High-Zustand geschaltet, und die Q- und Q-Ausgänge von F7 werden dadurch in ihren High- bzw. Low-Spannungszustand geschaltet. Die Q- und Q-Ausgänge von F5 und F6 bleiben in ihren High- bzw. Low-Spannungszuständen. Die Vorspannungspotentiale an den (+)- und (-)-Eingängen von U4 werden wiederum geändert vermittels der Ausgangsschaltungen D21-R54 und D23-R56 von F7. U4 ist jetzt in der Lage, eine Regelung der Stromstärke bei einem niedrigen Wert durchzuführen. Ob eine Regelung des Stromes bei einen niedrigen Stromwert durch U4 erfolgt oder ob das Ladegerät sich selbst abschaltet, hängt von der Schaltstellung des zweipoligen Ladewählschalters S4 ab. Die Stellung von S4 hängt ab von der Einstellung des Drehknopfes 30 auf dem Steuerpult 26 (Fig. 1).

Wenn sich der Drehknopf 30 und der Schalter S4 in der Malnt Free (Wartungsfrei-) oder Conventional (Normal-)Stellung befindet (Fig. 2), wird die am Low-Ausgang Q von F7 erzeugte Spannung über S4B auf die Kathode der Diode D8 übertragen. Am (+)-Eingang von U1 ist eine positive Sägezahnspannung vorhanden, die damit an der Anode D8 auftritt. Da die Kathode der Diode D8 vorgespannt ist (durch die Ausgangsspannung am Ausgang Q von F7), wird der Sägezahn eliminiert (d.h. durch Kurzschließen durch die Diode D8), und der Ausgang U1 wird in einen Low-Spannungszustand geschaltet. Die Folge ist, daß Stromimpulse für den Gleichrichter SCR2 verschwinden.

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Da keine Anoden-Stromimpulse dem Gleichrichter SCR2 zugeführt werden, kann kein Strom in die Batterie fließen, auch wenn U4 bestrebt ist, jeden Strompegel zu halten. Das Ladegerät hat selbst abgeschaltet. Es hat seine drei Stromstufen durchlaufen.

Die hohe Ausgangsspannung am Q-Ausgang von F7 wird dem Basiskreis des Transistors Q2 der getasteten Spannungsversorgung über die Diode D13 und den Widerstand R33 zugeführt. Die getastete Spannungsversorgung bleibt im gespeisten Zustand, auch wenn die Ausgangsleitungen des Ladegerätes von der Batterie abgeklemmt werden. F5, F6, F7 können nicht in ihren Ursprungszustand zurückkehren; Qs bleibt im High- und Qs im Low-Zustand, und das Ladegerät bleibt abgeschaltet. Auf diese Weise können keine Funken auftreten, wenn die Klemmen von einer Batterie entfernt und an eine andere angeschlossen werden. Es kann jedoch wieder gespeist werden durch Maßnahmen wie Wechselbeanspruchung des Primärenergieflusses. Wenn die Ausgangsleitungen nun mit umgekehrter Polarität an die Batterie angeschlossen werden, wird die getastete Spannungsversorgung sofort abgeschaltet, und das Ladegerät wird nicht arbeiten.

Langsame Nachladung

Wenn eine zusätzliche Nachladung aewfinscht wird, kann der

(Slow-)

Drehknopf 30 und der Schalter S4 in die Langsam-Position gedreht werden. In dieser Stellung wird ein sehr geringer Strom der Batterie 16 so lange zugeführt, solange das Ladegerät in Betrieb ist (s. Fig. 4). Da dieser geringe Strom geregelt wird, kann er nicht verschwinden, wenn die Eingangswechsel-

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spannung fällt, noch kann er übermäßig groß werden bei begrenztem Anstieg der Netzspannung.

Der geringe Ladestrom wird nicht auf null abfallen, wenn sich der Batterieladezustand dem Ladezustand voll nähert. Dieses Abfallen des Stromes wurde in der Vergangenheit als Zeichen dafür angesehen, daß eine Vollaufladung erreicht war. Diese Anzeige ist nicht länger vorgesehen, da der Strom geregel^t wird. Wenn die langsame Nachaufladung lange genug durchgeführt wird, kann die Batterie zerstört werden, auch wenn der Ladestrom niedrig ist. Daher ist eine Anzeige für den Ladezustand voll vorgesehen.

Wenn die Batterie mit dem geringen Ladestrom gespeist wird, wird die Batteriespannung fortfahren anzusteigen. Wenn sie einen vorbestimmten Wert erreicht (z.B. zur Zeit T4 in Fig. 4), schaltet der Ausgang von U2 periodisch zwischen High- und Low-Spannungszuständen hin und her wegen der sich ändernden Vorspannung an seinem (-)-Eingang; U2 wird auf diese Weise ein Impulsgenerator für Impulse niedriger Frequenz.

Die wechselnden High- und Low-Ausgangsspannungen von U2 werden dem Basiskreis des Transistors Q4 (obere rechte Seite in Fig. 2a) über die Diode D29 und den Widerstand R88 zugeführt. Die Transistoren Q4 und Q5 speisen die Diode D 30, eine lichtemittierende Diode (LED) auf dem Steuerpult , die über das Fenster 36 sichtbar ist. Solange ü2 als Impulsgenerator arbeitet, blinkt die Diode D30. Wenn das Aufblinken beobachtet wird, ist dies eine Anweisung für die Bedienungsperson, die Einheit abzuschalten und die Batterie abzuklemmen.

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Das Blinken der Diode D30 beginnt bei einer Batterieschwellspannung, die anzeigt, daß die Batterie etwa bis auf 90 % ihrer Kapazität aufgeladen ist. Die Schwellspannung wird durch den Wert des Widerstandes R55 eingestellt, der an den Q-Ausgang von F7 angeschlossen ist.

Die langsame Aufladung erfolgt, wenn der Ladewählschalter S4A sich in der Mittelstellung befindet, wie in der Fig. gezeigt ist.Hierdurch wird bewirkt, daß sämtliche Voreinstell-Anschlüsse (P) der Flip-Flops F5-F7 in einen Low-Spannungszustand schalten und bei low bleiben. Die Q- und Q-Ausgänge der Flip-Flops F5-F7 werden dann in ihre High- bzw. Low-Spannungszustände geschaltet.Dies ist der Vorspannunaszustand, bei dem U4 den niedrigen Strompegel regelt. Der Lösch- oder Rückstelleingangsanschluß (CLR) des Booster-Flip-Flops F8 verbleibt jedoch bei einem Low-Spannungszustand vermittels der Diode D24. Der Q-Ausgang von F8 bleibt high (oder wird high gemacht, wenn er low gewesen ist, so als wenn das Booster-Flip-Flop in Betrieb gewesen wäre), wodurch eine Bezugsspannung für den Komparator U4 erzeugt wird. In der

weder Nachladestellung ist dann der Booster-Betrieb gewünscht noch ist es möglich, diesen einzuschalten, dies deshalb, um die Gleichrichterdioden D1-D2 und den Gleichrichter SCR2 gegen hohe Spitzenströme bei einem kleinen Leitungswinkel zu schützen. Bei dem schmalen Leitungswinkel ist ohnehin kein ausreichender Booster-Strom erhältlich.

Der Q-Ausgang von F5 muß ähnlich low sein, um die Booster-Wirkung zu erzielen; d.h. daß sich das Ladegerät hinsichtlich des Ladestromes auf der ersten hohen Ladestrom-

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stufe befinden muß, wenn der Leitungswinkel des Gleichrichters SCR2 während der sinusförmigen Halbwellenintervalle groß ist. In jeder nachfolgenden Stromstufe wird der Q-Ausgang von F5 high, und der Booster-Betrieb wird unterdrückt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß es nicht möglich ist, über den Booster-Startknopf 28 den P-Anschluß von F8 in den Spannungszustand low zu schalten.

Ladungswählschalter

Der Wählschalter S4 und der Drehknopf 30 brauchen nicht in einer bestimmten Position zu sein, wenn das Ladegerät eingeschaltet wird. Auf diese Weise wird der niedrige Ladestrom eingestellt, wenn S4 und der Drehknopf 30 sich in der Position für Laden mit geringem Ladestrom befinden, und es erfolgt keine Stromabstufung. Wenn S4 und der Drehknopf 30 entweder in die Stellung "wartungsfrei" oder "normal" bewegt werden, senken die Kondensatoren C14 und C15 momentan die an den Anschlüssen der Flip-Flops F5-F7 anliegende Spannung und das Ladegerät wird in seinen automatischen Betriebszustand geschaltet und beginnt mit dem Ladevorgang auf der ersten hohen Stromstufe. Der Wählschalter S4 kann zu jeder Zeit verstellt werden und das ^adeaerät wird in Übereinstimmung mit der Einstellung auf dem Schaltbrett arbeiten. In der Position "wartungsfrei" wird der Widerstand R19 im Spannungsteiler 29 (obere linke Seite in Fig. 2a) über R15 durch S4A in Nebenschluß geschaltet. Die Batterie muß jetzt auf ein etwas höheres Potential als in der "Normal"-Stellung aufgeladen werden , wie für wartungsfreie Batterien erforderlich, damit die Stromabstufung erfolgen kann.

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Wie zuvor erläutert, wird eine herkömmliche 12V-Autobatterie in drei Stufen bei Stromhöhen von 40 Ampere, 20 Ampere und 10 Ampere aufgeladen. Versuche haben gezeigt, daß eine 6V-Batterie vorzugsweise in drei Stufen aufgeladen wird, deren Stromhöhenverhältnisse anders sind als 40:20:10. Das bevorzugte Verhältnis bei 6V-Batterien beträgt 65:35:20. Mit Hilfe eines Kompensatorschaltkreises COM (Fig. 2a) ist das Ladegerät in der Lage, sowohl 6V- als auch 12v-Batterien aufzuladen.

Der Zweck des Komparators U3 besteht darin, ein unterschiedliches Verhältnis der abgestuften Ströme einzustellen anstelle eines festen Verhältnisses sowohl für 6V- als auch für 12V-Batterien. Dies wird auf folgende Art und Weise bewerkstelligt.

Dem (+)-Eingangsanschluß von U3 wird eine von der +7-Nennvoltspannungsversorgung 19 abgeleitete feste Vorspannung zugeführt. Ein Schalter 32, der den Schalter S2B zur Umschaltung zwischen 6 Volt und 12 Volt betätigt, ist auf der Frontplatte 26 angebracht. Wenn eine 12V-Batterie an das Ladegerät angeschlossen wird und der Schalter S2B sich in Kontakt mit dem 12V-Anschluß befindet, ist die Vorspannung am (-)-Eingang von U3 stets größer als die Vorspannung am ( + )-Eingang,und der Ausgang von U3 wird in den Spannungszustand low geschaltet. Wenn eine 6V-Batterie an das Ladegerät angeschlossen wird und der Schalter S2B sich in Kontakt befindet mit dem 6V-Anschluß, ist die Vorspannung am (-)-Eingang von U3 stets geringer als die Vorspannung am (+)-Eingang, und der Ausgang von U3 wird in den Spannungszustand high geschal-

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auch tet. Diese Ausgangsspannungszustände von U3 stellen sich ein

bei beachtlichen Spannungsabweichungen irgendeiner Batterie.

Unter der Annahme, daß der Schalter S2B richtig geschaltet ist, zeigt eine niedrige Ausgangsspannung an U3 an, daß das Ladegerät an eine 12V-Batterie angeschlossen ist, und eine hohe Ausgangsspannung zeigt an, daß es an eine 6V-Batterie angeschlossen ist.

Bei einer 12v-Batterie werden die Q-Ausgänge der Flip-Flops F5-F7 über die Diode D15 zum Niederspannungsausgang von U3 kurzgeschlossen, wenn sie bestrebt sind, High-Spannungszustände zu schalten. Die abgestuften Strompegel werden dann lediglich durch die Vorspannung am (-)-Eingang von U4 von den Q- Ausgangsspannungen der Flip-Flops F5-F7 eingestellt vermittels der Widerstände R50-R53-R56 und den zugeordneten Dioden D18-D20-D23.

Bei einer 6V-Batterie werden die Q-Ausgänge der Flip-Flops F5-F7 wie zuvor verwendet, jedoch spannt die High-Ausgangsspannung von U3 die Diode D15 umgekehrt vor; die Ausgangsspannungen über die Ausgänge Q der Flip-Flops F5-F7 können U4 vorspannen (über R48, R51, R54 und die zugeordneten Dioden D17-D19-D21), um die drei abgestuften Stromhöhen zu regulieren. Die Stufenströme können daher auf verschiedene Verhältnisse für die zwei verschiedenen Batteriespannungen eingestellt werden.

Alternativ dazu können verschiedene Verhältnisse für 6V- oder 12V-Batterien vermittels eines dritten Poles (nicht gezeigt) eingestellt werden, der zusätzlich am zweipoligen Schalter S2A, S2B vorgesehen ist.

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SCR2 Durchlaßstrom (GC)

Es ist bereits erläutert worden, daß eine ansteigende Ausgangsspannung des Impulsgenerators U1 das Fließen eines Durchlaßstromes in den Gleichrichter SCR2 einleitet. U1 selbst ist nicht in der Lage, die durch SCP2 benötigte Durchlaßstrommenge zu liefern. Statt dessen schaltet der Impulsgenerator U1 einen Durchlaßstromschaltkreis GC ein, der den Schalter SCR1, den Kondensator C4 und den Widerstand R7 (Fig. 2) aufweist. SCR1 ermöglicht, daß ein großer Strom zum Durchlaßanschluß (Anode) des Gleichrichters SCR2 fließt, wodurch SCR2 in Durchlaßrichtung geschaltet wird und ein Stromfluß in die Batterie ermöglicht wird.

SCR2 kann nur dann durchgeschaltet werden, wenn die Anodenspannung positiv ist bezüglich der Kathodenspannung. Normalerweise hält der Widerstand R5 sowohl die Anode als auch die Kathode von SCR2 auf dem gleichen Spannungspotential, das der Batteriespannung entspricht. Die Anodenspannung wird relativ zur Kathodenspannung positiv gemacht auf eine Art und Weise, wie sie die Ersatzschaltung gemäß Fig. 3 darstellt.

In der Fig. 3 ist die Anoden-Kathodenverbindung des Gleichrichters SCR2 zusammen mit dem Parallelwiderstand R5 zusammengefaßt zum Widerstand Rgc. Der Anodensteuerschalter wird durch SCR1 dargestellt, der sich in der Offenstellung (Durchlaßspannung liegt an) befindet und in der Fig. 3 mit der Bezugsziffer 35 versehen ist. Wenn die Batterie, wie dargestellt, angeschlossen ist, wird sich der Kondensator C3 über Rgc und R4 aufladen; die obere Platte wird schließlich (+),und die untere Platte wird in etwa (0). In dem Augenblick,

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in dem der Schalter (SCR1) schließt, wird die untere Platte (+), da sie nunmehr direkt mit der Batterie verbunden ist.

Es ist jedoch bekannt, daß die Spannung über einen Kondensator nicht momentan geändert werden kann. Wenn die untere Platte, an der (0) Volt angelegen hat, (+) wird, muß die obere Platte, die (+) war, jetzt (++) werden. Die Spannung über Rgc ist nun links (++) und rechts (+), s. Fig. 3.

Da das linke Ende von Rgc außerdem der Anodenanschluß von SCR2 ist, wird die Anode positiver aJs die Kathode, und zwar um einen Spannungswert, der der Batteriespannung gleich ist, und das Gerät schaltet ein. Es bleibt eingeschaltet, bis der abfallende Teil der sinusförmigen Halbwelle an der Anode sich der Batteriespannung nähert,und SCR2 wird in seinen kleinsten Haltestrombereich gebracht. Jenseits dieses Bereiches ist SCR2 umgekehrt vorgespannt, wodurch sichergestellt ist, daß eine Abschaltung in jeder sinusförmigen Halbperiode erfolgt. Die Erzeugung des Anodenstromes auf diese Art und Weise stellt einen weiteren Schutz gegen Kurzschlüsse der Anschlußkabel und falsch gepolte Verbindungen dar.

Niederspannungsstart

Die Batterie selbst wird dazu verwendet, Anodenstrom dem Gleichrichter SCR2 zu liefern, da die Batterie hierzu auch dann in der Lage ist, wenn ihr Ladungszustand sehr gering ist. Dies gibt ein weiteres Mittel an die Hand, das Ladegerät nicht arbeiten zu lassen, wenn die Anschlußkabel falsch angeschlossen sind oder ein Anschluß noch nicht erfolgt ist. Wenn jedoch die Batteriespannung auf 3-5 Volt abgefallen ist, wird der dem Gleichrichter SCR2 gelieferte Anodenstrom

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nicht ausreichen, was beobachtet worden ist bei einem äußerst geringen Ladungszustand, und das Ladegerät wird nicht arbeiten. Das Gerät kann in Betrieb gesetzt werden, indem an die Anode des Gleichrichters SCR2 für eine kurze Zeit eine Spannung angelegt wird, die größer ist als die Batteriespannung; wenn der Ladevorgang einmal begonnen hat, hält er sich selbst aufrecht, und die zugeführte Spannung kann abgeschaltet werden. Diese Arbeitsweise erfolgt auf die folgende Art und Weise vermittels des Niederspannungs-Startschaltkreises LV.

Es soll erneut Bezug genommen werden auf die Fig. 2. Im Anodenkreis von SCR1 liegen der Transistor Q3 und die Diode D4. Dem Emitter von Q3 wird über die Leitung 63 eine Gleichspannung zugeführt, die etwa +9,5 Volt beträgt. Auf diese Weise kann über C8 ein hoher Strom zur Verfugung gestellt werden, der allerdings für eine kurze Zeit nur ausreichend ist für die Anode von SCR2.

Q3 ist normalerweise gesperrt, da dessen Basis und Emitter auf dem gleichen Potential liegen. Durch Schließen des Schalters S3, indem der Druckknopf 38 auf der Platte 26 betätigt wird, wird bewirkt, daß die Basis von Q3 auf etwa null Volt vorgespannt wird bezüglich der Emitterspannung, und durch Q3 kann Strom fließen. Wenn SCR1 durch Q1 durchgeschaltet wird, steht ein wesentlicher Anteil der +9,5 Volt-Spannung am Kollektor von Q3 für den Anodenstrom SCR2 zur Verfügung, und das Ladegerät schaltet ein. Die Batteriespannung steigt schnell und S3 kann freigegeben werden. Der Ladevorgang wird selbsttätig fortgesetzt.

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Um sicherzustellen, daß das Ladegerät nicht arbeitet, wenn die Batterieanschlüsse offen sind oder falsch angeschlossen sind, ist eine minimale Spannung der Batterie 16 mit richtiger Polarität erforderlich, um Q2 und damit Q1, von dem die Startspannung von +9,5 Volt geliefert wird, in Durchlaßrichtung zu schalten. Diese minimale Batteriespannung liegt eben unter 1,5 Volt. Es wurde herausgefunden, daß eine Batterie, die weniger als 1,5 Volt aufweist, als irreversibel zerstört anzusehen ist, und ihr Ladungszustand wird sich kaum durch das Aufladen verbessern.

Durch Niederdrücken des Knopfes 38 und durch Schließen von S3 kann das Ladegerät nicht gestartet werden, wenn die Verbindungen offen oder falsch angeschlossen sind, auch wenn der Druckschalter 38 in der niedergedrückten Stellung gehalten wird, da die +9,5-Nennspannung unter diesen Bedingungen nicht erzeugt wird.

Die Diode D4 schützt Q3 gegen umgekehrte Kollektor-Emittervorspannung, wenn die Batteriespannung größer ist als die Emitterspannung von Q3. D3 verhindert, daß die Startspannung am Kollektor von Q3 der Batterie zugeführt und durch die Batterie kurzgeschlossen wird, wenn die Batteriespannung gering ist.

Batterietest

Ein sulphatisierter Batteriezustand kann dadurch entstehen, daß eine Batterie in einem Zustand niedriger Aufladung im Leerlauf betrieben wird, ohne daß über eine längere Zeit eine Aufladung folgt. Die Schwefelsäure reagiert mit den Bleiplatten der Zellen und bewirkt eine Ablagerung von Blei-

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sulphat auf den Platten. Bleisulphat ist in Schwefelsäure nicht löslich und wirkt als elektrischer Isolator. Ein Teil der Bleiplatten, auf denen Bleisulphat abgelagert ist, wird auf diese Weise unbrauchbar gemacht und steht nicht mehr zur Verfügung. Ein hoher Sulphatisierungsgrad ist irreversibel, und die Batterie sollte besser als unbrauchbar ausgewechselt werden. Das Aufladen einer solchen Batterie ist mühevoll und zeitaufwendig.

Dieser sulphatisierte Zustand kann festgestellt werden, indem ein hoher Ladestrom durch die Batterie für eine bestimmte Zeitdauer geschickt wird, gewöhnlich für 3 Minuten, und indem die Spannung am Ende dieser Zeit gemessen wird. Wenn die Spannung auf einen vorbestimmten Wert steigt oder diesen übersteigt, kann davon ausgegangen werden, daß die Batterie sulphatisiert ist. Dieser Spannungswert ist höher als irgendeiner der Spannungswerte, die für das Ladegerät erforderlich sind, um die Abstufung des Ladestromes zu bewirken. Wenn das Ladegerät für diesen soeben beschriebenen Zweck verwendet wird, muß derVorgang der Stromabstufung unterbleiben.

Eine Unterdrückung der Stromabstufung jedoch fordert eine Fehlbedienung und falsche Einstellung durch die Bedienungsperson. Eine Batterie, deren Zustand als gut erkannt worden ist, kann unbrauchbar gemacht werden, wenn der hohe Ladestrom des Ladegerätes für eine lange Zeitdauer aufrechterhalten wird, ohne daß eine Abstufung durchgeführt wird. Es kann sogar eine Explosion der Batterie, wie bekannt, erfolgen.

Der Stromabstufungsbetrieb des Ladegerätes kann zu Test-

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zwecken unterdrückt werden, jedoch lediglich für eine kurze Zeitdauer von etwa 3 Minuten. Nach Ablauf dieser Zeit kehrt das Ladegerät unabhängig von dem Willen und den Wünschen der Bedienungsperson in den automatischen Stromabstufungsbetrieb zurück.

Dieses Zeitintervall wird durch ein Zeitglied TC überwacht, das die Elemente U9 und U10 aufweist, die im oberen rechten Teil der Fig. 2a gezeigt sind. Der Schaltkreis von U9 arbeitet als monostabiler Multivibrator; der Ausgang von U9 ist normalerweise low. Wenn der (-)-Eingang von U9 momentan low wird, wird sein Ausgang high, und das Zeitglied beginnt abzulaufen. Das Zeitintervall wird bestimmt durch die Gleichspannunqsvorspannung an beiden Eingangsanschlüssen von U9 und durch die Zeitkonstante der Elemente R81 und C26. Die bevorzugte Zeitdauer beträgt 3 Minuten; jedoch kann diese Zeitdauer auch ein wenig langer als 3 Minuten gemacht werden, um die Kosten für ein zusätzliches Einstellpotentiometer einzusparen.

Der High-Spannungsausgang von U9 ist an die Transistoren Q4-Q5 gelegt, wodurch LED 30 zum Emittieren von Licht angeregt wird. Das Aufleuchten von LED 30 zeigt an, daß das Zeitglied arbeitet.

Wenn der Ausgang von U9 auf high schaltet, schaltet der Ausgang von U10 auf low. Die Low-Ausgangsspannung von U10 wird der Diode D25 zugeführt, und die CLR-Anschlüsse der Flip-Flops F5-F8 werden dann auf der Low-Spannung gehalten. Sämtliche Q- und Q-Ausgänge der Flip-Flops F5-F8 verbleiben in ihren Low- und High-Spannungszuständen. Dies entspricht

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dem durch die Flip-Flops F5-F8 geschaffenen Vorspannungszustand für die Stromregelung für den ersten Batterieladestrompegel. Falls gewünscht, kann dieser Strom ein wenig geringer gemacht werden als der erste Strompegel mit Hilfe des Widerstandes R70. Wenn die zwei Ströme gleich sein sollen, wird jedoch R70 weggelassen, d.h. abgeklemmt.

Die Booster-Wirkung wird während des Betriebs des Zeitgliedes nicht zugelassen, weil die Stromregelung aufrecht erhalten werden muß. Der CLR -Anschluß von F8 wird ebenfalls auf low gehalten durch das Zeitglied über D25. Der Q-Auslaß von F8 ist high und liefert die Bezugsspannung für den Stromregelkomparator U4. Wenn der Booster bei Aktivierung des Zeitgliedes in Betrieb ist, wird er durch das Zeitglied ausgeschaltet, so daß die Stromregelung wiedereinsetzen kann. Das Zeitglied kann abgestellt werden, bevor es voll abgelaufen ist, wenn die Bedienungsperson unschlüssig ist, welcher Ladebetrieb gewünscht ist. Durch Drehen des Ladewählschalters 30 und des Schalters S4 in die ^MSlow"-Stellung wird bewirkt, daß durch D16 über S4A der Ausgang von U9 wieder low wird, wodurch das Zeitglied unterbrochen wird. Wenn das Zeitglied auf diese Weise unterbrochen wird, kann es wieder von Null starten, d.h. im Zeitglied bleibt keine nicht abgelaufene Zeit erhalten. Auf diese Weise ist gesichert, daß das Zeitglied stets über die volle Drei-Minuten-Zeit abläuft, wenn es eingeschaltet wird, unabhängig von früheren Vorgängen. Dieser Zeitbetrieb ist nicht vorgesehen, wenn sich der Schalter S4 in der "Slow"-Stellung befindet. -53-

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Schwankungen der Batterie-Anfangsspannung

Wenn sich die Batterie in einem sehr geringen Ladungszustand befindet, so daß der Startschalter 38 für niedrige Batterieaufladung gedrückt werden muß, um den Ladevorgang zu starten, dann wird die Batteriespannung sehr wahrscheinlich viele Male vor Einstellung auf einen bestimmten Pegel ansteigen und fallen, gewöhnlich für weniger als eine Minute. Dieses ist sehr oft beobachtet worden.

Da diese anfänglichen Spannungsschwankungen in ihren Spitzenwerten größer sind als die Spannungen, die erforderlich sind für den Stromabstufungsvorgang, besteht die Gefahr, daß das Ladegerät sich schnell selbst abschaltet. Dieses ist unerwünscht, da die Batterie ja noch aufladbar ist. Wenn das Zeitglied durch Niederdrücken des Druckschalters 38 gestartet wird (über die Diode D27), wird die Stromabstufung für die Drei-Minuten-Zeit unabhängig von der Batteriespannung unterdrückt. Die Batteriespannung wird sich dann auf einen bestimmten Wert eingestellt haben, bevor das Zeitintervall beendet ist.

Wenn das Zeitintervall beendet ist, kehrt das Ladegerät in seinen Stromabstufungsbetrieb zurück und der normale Ladevorgang wird fortgesetzt. Der Ladestrom wird in Stufen entsprechend dem Bedarf der Batterie herabgesetzt.

Auf der Bedienungsplatte 26 ist eine Lampe 31 vorgesehen zum Anzeigen des eingeschalteten Zustande. Außerdem ist ein Schalter 34 für "Spannung aus" auf der Platte 26 vorgesehen, um den 110 Volt-Schalter S1 (Fig. 2) zu betätigen.

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Bei der automatischen Arbeitsweise wird das Gerät stets mit dem ersten Ladestrompegel beginnen. Wenn es jedoch an eine Batterie angeschlossen wird, die bereits aufgeladen ist, erfolgt die Stromabstufung von selbst und schließlich die Abschaltung in weniger als einer Minute. Eine Oberladung der Batterie ist auf diese Weise nicht möglich.

Vorstehend ist ein automatisch arbeitendes Gerät sowie ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie beschrieben worden. Das Ladegerät weist einen Ladestromsteuerkreis zum Zuführen eines in Stufen geregelten Ladestromes auf. Ein Spannungsüberwachungsschaltkreis bestimmt die Abstufungsvorgänge durch Überwachung der Batteriespannung. Die Stromabstufungen erfolgen durch einen Ringzähler, der die Vorspannungen im Stromsteuerkreis und Spannungsüberwachungskreis bei der gestuften Änderung des Stromes ändert.

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L e e r s e i t e

Claims (27)

Patentansprüche

1. Automatisches Batterieladegerät zum Laden von Batterien (Akkumulatoren), gekennzeichnet durch Batteriekabel zum Anschließen der Batterie an das Ladegerät, einen Stromregler, der in einen ersten Betriebszustand schaltbar ist, indem er einen Ladestrom vorgegebener erster Höhe abgibt, und der in einen zweiten Betriebszustand schaltbar ist, indem er einen Ladestrom einer zweiten vorgegebenen Höhe abgibt, die geringer ist als die vorgegebene erste Ladestromhöhe, eine Spannungsanzeige, die in einen ersten Betriebszustand schaltbar ist, in dem ein erstes Anzeigesignal für eine erste Batteriespannung erzeugt wird, und die in einen zweiten Betriebszustand schaltbar ist, indem ein zweites Anzeigesignal für eine zweite Batteriespannung erzeugt wird, die kleiner ist als die erste Batteriespannung, und durch eine Folgesteuereinrichtung zum Schalten des Stromreglers und der Spannungsanzeige in deren erste Betriebs zustände, zum Einschalten des Stromreglers und des Spannungsanzeigesignales und zum Schalten des Stromreglers in einen Betriebszustand, in dem der Stromregler den Ladestrom beim

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ORIGINAL INSPECTED

Auftreten des zweiten Anzeigesignales erniedrigt, wodurch die Batterie schnell und doch sicher automatisch aufgeladen wird.

2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler in einen Anfangsbetriebszustand schaltbar ist, in dem ein Ladestrom einer vorgegebenen ersten Anfangshöhe abgegeben wird, die größer ist als die erste vorbestimmte Ladestromhöhe, daß die Spannungsanzeige in einen Anfangsbetriebs zustand schaltbar ist zum Erzeugen eines Anfangsanzeigesignales bei einer Batterieanfangsspannung, die größer ist als die erste Batteriespannung, und daß die Folgesteuereinrichtung eine Ein richtung zur anfänglichen Betätigung der Stromsteuereinrichtung und der Spannungsanzeigeeinrichtung in ihren Anfangsbetriebszuständen aufweist und ferner zur Betätigung der Stromsteuereinrichtung und der Spannungsanzeige in ihren ersten Betriebszuständen bei Auftreten des Anfangsanzeigesignales.

3. Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgesteuereinrichtung eine Einrichtung aufweist, die die Stromsteuereinrichtung in einen Zustand schaltet, in dem diese den Ladestrom auf etwa Null reduziert bei Zufuhr des zweiten Anzeigesignales.

4. Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgesteuereinrichtung eine Einrichtung aufweist, die den Stromregler in einen Zustand schaltet, in dem der Strom-

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regler den Ladestrom auf einen Reststrom schaltet bei Auftreten des zweiten Anzeigesignales.

5. Ladegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanzeige in einem dritten Betriebszustand betätigbar ist zur Erzeugung eines dritten Anzeigesignales, wenn die Batteriespannung einen dritten Spannungswert annimmt, der niedriger liegt als der zweite Batteriespannungswert, und daß eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die das Vorhandensein des dritten Anzeigesignales der Bedienungsperson anzeigt, wodurch der aufgeladene Zustand der Batterie angezeigt wird.

6. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Schutzeinrichtung vorgesehen ist, die den Stromregler außer Betrieb setzt, wenn die Batterie an die Kabel mit vorbestimmter Polarität angeschlossen oder von den Kabeln getrennt wird.

7. Ladegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung eine getastete Spannungsversorgung aufweist.

8. Ladegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Booster-Einrichtung vorgesehen ist, die den Stromregler im anfänglichen Betriebszustand betätigt, derart, daß der anfängliche Ladestrompegel ungeregelt ist.

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9. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Kompensator vorgesehen ist, der das Verhältnis des ersten Ladestrompegels zum zweiten Ladestrompegel verändert, derart, daß das Aufladen von Batterien unterschiedlicher Spannungsnennwerte und Kapazitäten optimierbar ist.

10. Ladegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Zeitgeber vorgesehen ist, durch den der Betrieb des Stromreglers im Anfangsbetriebszustand für eine vorbestimmte Zeitdauer unabhängig von der Batteriespannung fort setzbar ist, wodurch die Batterie auf ihren sulfatisierten Zustand hin prüfbar ist.

11. Ladegerät nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber eine Einrichtung zum Blockieren des Betriebs der Folgesteuereinrichtung aufweist.

12. Ladegerät nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer geringer ist als vier Minuten.

13. Ladegerät nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber eine Anzeige aktiviert, die den Betrieb des Zeitgebers anzeigt.

14. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler eine Quelle für schwankenden Gleichstrom

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aufweist, der zyklisch auftritt, ferner einen elektronischen Schalter, der ein Steuergatter aufweist, das während eines einstellbaren Teiles des Zyklus bei Auftreten von Zündimpulsen die Leitung eines Stromes bewirkt, eine Torschaltung zum Zuführen von Zündimpulsen aus dem durch die Batterie zugeführten Strom beim Auftreten von Phasen- bzw. Phasenabgleichimpulsen; einen Impulsgenerator zum Versorgen der Torschaltung mit den Phasenimpulsen; einen Stromkomparator zur Änderung der Phase der Phasenimpulse relativ zu dem schwankenden Gleichstrom in Abhängigkeit vom Ladestromanteil, wodurch der Ladestrom regulierbar ist.

15. Ladegerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter ein gesteuerter Gleichrichter ist.

16. Ladegerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Starteinrichtung vorgesehen ist, die Strom dem Impulsgenerator aus der Quelle zuführt für den Fall, daß die Batterie nicht in der Lage ist, ausreichenden Strom zu liefern.

17. Ladegerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Starteinrichtung ferner einen Zeitgeber aufweist zur Fortsetzung des Betriebs des Stromreglers im Anfangsbetriebszustand für eine vorbestimmte Zeitdauer unabhängig von der Batteriespannung, wodurch Anfangsschwankungen der Batteriespannung den Ladevorgang nicht unterbrechen können.

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18. Ladegerät nach Anspruch 1 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanzeigeeinrichtung einen ersten Spannungskomparator aufweist mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang zur Erzeugung der Anzeigesignale.

19. Ladegerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler einen zweiten Spannungskomparator mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist zur Freigabe der Regelung des Ladestrompegels.

20. Ladegerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgesteuereinrichtung einen Ringzähler aufweist mit einem auf die Anzeigesignale ansprechenden Eingang und einer Zählerausgabeeinrichtung zur Einstellung mehrerer Spannungen in Abhängigkeit vom Zustand bzw. Zählerstand des Ringzählers, und daß die zweiten Eingänge des ersten und zweiten Spannungskomparator s auf die Zählerausgänge ansprechen, daß der erste Eingang des ersten Spannungsreglers auf die Batteriespannung anspricht, und daß der erste Eingang des zweiten Spannungskomparators auf eine Spannung anspricht, die proportional zum Batterieladestrom ist.

21. Ladegerät nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriespannungszustand durch die Batteriespannungsamplituden bestimmt ist.

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22. Verfahren zum automatischen Aufladen einer Batterie (Akkumulator), bei der die Spannung steigt mit zunehmender Aufladung, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie bei einem ereten vorbestimmten Ladestrompegel aufgeladen wird, so daß die Batteriespannung ansteigt, daß der der Batterie zugeführte Ladestrom automatisch auf einen zweiten vorbestimmten Pegel abgesenkt wird, der niedriger liegt als der erste vorbestimmte Strompegel, wenn die Batteriespannung auf einen ersten vorbestimmten Wert angestiegen ist, wodurch die Batteriespannung erniedrigt wird, daß das Aufladen der Batterie mit dem zweiten vorbestimmten Ladestrompegel fortgesetzt wird, so daß die Batteriespannung ansteigt, und daß der Ladestrom, der der Batterie zugeführt wird, automatisch auf einen dritten vorbestimmten Pegel gesenkt wird, der niedriger liegt als der zweite vorbestimmte Ladestrompegel, wenn die Batteriespannung auf einen zweiten vorbestimmten Spannungswert angestiegen ist, der niedriger liegt als der erste vorbestimmte Spannungswert, wodurch die Batterie schnell und sicher aufgeladen wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte vorbestimmte Ladestrompegel in etwa bei Null liegt.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem dritten vorbestimmten Pegel das Aufladen der Batterie mit einem sehr geringen Strom (Reststrom) durch-

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geführt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie ferner anfänglich mit einem Ladestrom aufgeladen wird, dessen Anfangspegel größer ist als der erste vorbestimmte Ladestrompegel, daß der der Batterie zugeführte Ladestrom automatisch auf den ersten vorbestimmten Pegel abgesenkt wird, wenn die Batteriespannung auf einen Anfangewert gestiegen ist, der größer ist als der erste vorbestimmte Spannungswert, wodurch die Batteriespannung erniedrigt wird, und daß die Aufladung der Batterie mit einem Ladestrom fortgesetzt wird, dessen Höhe dem ersten vorbestimmten Ladestrompegel entspricht.

26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das automatische Absenken des Ladestromes für eine vorbestimmte Zeitdauer unterbrechbar ist, so daß die Batterie auf einen sulfatisierten Zustand hin prüfbar ist.

27. Verfahren nach Anspruch 22, 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung bzw. der Batteriespannungszustand durch die Batteriespannungsamplitude bestimmt ist.

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