DE2051527C3 - Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen Batterie - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen BatterieInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der BE-PS 7 10 108 ist eine derartige Schaltungsanordnung bekannt, bei der die Zeitdauer der
Ladeintervalle als Meßgröße für die automatische Beendigung des Ladevorganges herangezogen wird.
Um jedoch die beim Überladen auftretende Gasentwicklung sicher zu verhindern, ist es wünschenswert, die
Beendigung des Ladevorganges von einer Meßgröße abhängig zu machen, die ein möglichst genaues Maß für
den Ladezustand ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei
der der Ladevorgang zuverlässig und sicher bei aufgeladener Batterie vor dem Überladen der Batterie
beendet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches I gelöst.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß als Meßgröße für die Beendigung des Ladevorganges
derjenige Wert der Batterie-KlemmenspännUng
dient, welcher ein vorgegebenes Zeitintervall nach Beendigung des Ladevorganges unter Last erfaßt wird,
da dieser Wert der Batterie-Klemmspannung von dem Ladezustand der Batterie eng abhängt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Im folgenden werden Aiisführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein schematisches, teilweise in Blockform gezeichnetes Diagramm einer Anordnung zur automatisehen
Beendigung des Schnelladevorganges in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Batterie
während des Entladens;
F i g. 2 ein Schaubild, welches die Klemmenspannung einer Batterie während der Entladung bei verschiedenen
Ladungszuständen zeigt;
Fig.3 und 4 schematische, teilweise in Blockform gezeichnete Diagramme abgewandelter Schaltungsanordnungen
gemäß derjenigen der F i g. 1;
F i g. 5 ein schematisches Diagramm einer besonderen Anwendung der automatischen Beendigungsschallung
nach F i g. 4.
In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen Batterie dargestellt, die den
Schnelladevorgang automatisch beendet, wenn die Klemmenspannung der Batterie 1 eine bestimmte
Zeitspanne nach Beginn des Entladestromfiusses während
eines Entladeintervalles einen vorbestimmten Wert annimmt
Die Kurven in Fig.2 stellen die Klemmenspannung"
der Batterie 1 als Funktion der Zeit nach Anlegen des Entladestrompfads und damit während des Entladens
der Batterie im Laute des Ladevorganges dar. Der Entladeimpuls beginnt am Zeitpunkt Ti. Die Klemmenspannung
fällt von ihrem Wert zum Zeitpunkt Ti mit einer Geschwindigkeit ab, welche vom Ladezustand der
Batterie 1 abhängt Mit zunehmender Ladung in der Batterie 1 verringert sich die Abnahmegeschwindigkeit
Daher steigt die Klemmenspannung der Batterie 1 am Zeitpunkt T2 nach der Entladung mit der Größe der
Ladungen.
Wie F i g. 1 zeigt, ist die Batterie 1 mit einer Steuerschaltung 3 über einen Kontakt 7 verbunden,
während ein normalerweise offener Kontakt A2 und
eine Relaiswicklung Wb in Reihe und über einen
Kontakt 8 ebenfalls an der Steuerschaltung 3 liegen. Eine Ladestromquelle 2 ist mit der Batterie 1 über die
Steuerschaltung 3 und einen Unterbrecher 20 verbunden. Die Ladestromquelle 2 kann Gleichstrom oder
auch Wechselstrom liefern, wobei letzterer durch die Ί5 Steuerschaltung 3 gleichgerichtet wird. Der Kontakt A2
wird von einem Relais in der Steuerschaltung 3 gesteuert. Eine Zenerdiode 30 und ein Strombegrenzungswiderstand
31 liegen in Reihe parallel zur Batterie 1 über einen normalerweise offenen Kontakt B. Eine
Wicklung 21 ein steuerbarer Halbleiterschalter 23 und ein Strombegrenzungswiderstand 24 liegen durch den
Kontakt 7 ebenfalls an der Batterie 1.
Das Relais We ist ein Verzögerungsrelais. Daher wird
das Schließen des Kontaktes B nach dem Schließen des Kontaktes Ai um die Zeitspanne T2-Tt verzögert. Die
Verbindungsstelle der Zenerdiode 30 und des Widerstandes 31 ist mit der Steuerelektrode des steuerbaren
Halbleiterschalters 23 verbunden. Wenn die Batterie geladen wird, ist der Siliziumgleichrichter 23 nichtlei-M
tend. Jedesmal, wenn der Kontakt Aj schließt während
eines Entladungsintervalles, schließt der Kontakt Seine kurze Zeitspanne später, zum Zeitpunkt T2 in F i g. 2, um
die Klemmenspannung der Batterie 1 an die Zenerdiode 30 und den mit ihr in Reihe liegenden Widerstand 31
5 anzulegen. Wenn die Batterie 1 voll geladen ist oder den gewählten Ladungszustand erreicht, übersteigt ihre an
die Zenerdiode 30 und den Widerstand 31 beim Schließen des Kontaktes B angelegte Klemmenspan-
nung die Zenerspannung der Zenerdiode 30, so daß Strom durch den Widerstand 31 fließt Wenn dies
geschieht, wird an die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalter 23 eine positive Spannung angelegt
und zündet diesen. Der hierauf von der Batterie durch die Wicklung 21 fließende Strom reicht aus, den
Kontakt des Unterbrechers 20 zu öffnen und den Schnelladevorgang zu beenden. Ferner öffnet mit dem
Unterbrecher 23 der Kontakt A2 und verhindert
unnötige Entladung der geladenen Batterie 1.
F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, bei der an die Stelle des
Verzögerungsrelais Wb ein monostabiler Multivibrator 32 getreten ist. Die Widerstände 33 und 34 sowie der
Kontakt A2 liegen über der Batterie 1. Der Trigger-Eingang
des Multivibrators ist an die Verbindung der Widerstände 33 und 34 gekoppelt, während der
Ausgang des Multivibrators 32 an der Verbindungsstelle der Zenerdiode 30 mit dem Widerstand 31 liegt Die
Verbindung der Wicklung 21 und der Zenerdiode 30 ist mit der Verbindungsstelle des Kontaktes A2 und des
Widerstandes 33 verbunden. Wenn der Kontakt A2 am
Beginn jedes Entladungsintervalles schließt, fließt Strom von der Batterie 1 durch die Widerstände 33 und
34, wodurch der Multivibrator 32 für die Zeitspanne T2- Tt in seinem halbstabilen Zustand getriggert wird.
Wenn sich der Multivibrator in diesem halbstabilen Zustand befindet, liegt an seinem Ausgang negatives
Potential. Aus diesem Grunde ist der steuerbare Halbleiterschalter 23 ungeachtet der Klemmenspannung
der Batterie 1 nicht in der Lage zu zünden. Nach jener Zeitspanne kehrt der Multivibrator 32 in seinen
stabilen Zustand zurück, in welchem an seiner Ausgangsklemme positives Potential liegt Wenn zu
diesem Zeitpunkt, d. h. zum Zeitpunkt Tz in Fi g. 2, die
Klemmenspannung der Batterie 1 ausreichend hoch ist zündet der steuerbare Halbleiterschalter 23 und der
Kontakt des Unterbrechers 20 öffnet, so daß der Schnelladevorgang beendet wird.
Fig.4 zeigt eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung
nach Fig. 1, in welcher an die Stelle des Verzögerungsrelais Wb ein Verzögerungskreis 39
getreten ist. Der Verzögerungskreis 39 liegt über einem Lastwiderstand 40, welcher in den Schaltkreis über der
Batterie 1 als Entladungsstrompfad eingeschaltet wird, wenn der Relaiskontakt A2 schließt, welcher mit dem
Lastwiderstand 40 über der Batterie 1 in Reihe liegt. Der Verzögerungskreis 39 schließt ferner einen Widerstand
41 ein, welcher in Serie mit der Parallelanordnung eines Kondensators 42 und eines Widerstandes 43 liegt Der
Spannungs-Fühlerkreis der Zenerdiode 30 und des Widerstandes 31 liegt am Kondensator 42.
Wenn am Beginn jedes Entladungsintervalls der Kontakt A2 schließt, fließt Strom von der Batterie 1
durch den Widerstand 41 und beginnt den Kondensator
42 zu laden.
Am Ende jedes Entladungsimpulses und beim Öffnen des Kontaktes A2 entlädt der Kondensator 42 über den
Widerstand 43 parallel zu der Reihenschaltung der Widerstände 41 und 40, Wenn die Ladung der Batterie &o
zunimmt und die Klemmenspannung während der Endladungsvorgänge ansteigt, wird der Kondensator 42
auf diese höhere Spannung geladen.
Die Spannung über dem Kondensator 42 liegt an der Zenerdiode 30 und dem Widerstand 31. Wenn die hi
Kondensatorspannung die Zenerspannung der Zenerdiode 30 übersteigt, fließt Strom durch den Widerstand
31 und die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalters 23, so daß dieser zündet Demgemäß fließt
Strom von der Batterie 1 durch die Wicklung 21 und öffnet den Kontakt des Unterbrechers 20, so daß der
Schnelladevorgang beendet wird. Der Verzögerungskreis kann auch weggelassen werden, wenn die
Ansprechzeil des Spannungs-Fühlerkreises bzw. der dazugehörenden Elemente, wie der Zenerdiode 30,
hinreichend lang ist
In manchen Fällen ist es wünschenswert, am Ende des Schnelladevorganges eine Ausgleichsladung aufzubringen.
In F i g. 5 ist ein Schaltkreis hierfür dargestellt, der anstelle der Ladestromquelle 2 einen Transformator 62
mit einer Primärwicklung 63 und einer ersten Sekundärwicklung 64, einer zweiten Sekundärwicklung 66 und
einer dritten Sekundärwicklung 65 enthält und dessen Eingangsklemmen 60, 61 über einen Schalter 67 an die
übliche Wechselspannung (50 Hz) angelegt werden. Die Steuerschaltung 3 ist ersetzt durch die Schaltungselemente
70 bis SO.
Die Reihenschaltung aus dem A/cden-Kathoden-Kreis
eines zweiten steuerbaren Halbleitersehalters 70
und der zu ladenden Batterie 1 liegt über der Sekundärwicklung 64. Die Reihenschaltung eines
Widerstandes 72, eines Widerstandes 73 und einer Diode 74 ist über die Sekundärwicklung 65 gelegt. Die
Diode 74 ist so gepolt daß sie bei den gleichen Halbzyklen des Wechselstromes leitet wie der Halbleiterschalter
70 (dieser ist so gepolt daß er Strom von derjenigen Richtung leitet in der die Batlerie 1 geladen
wird). Eine Diode 75 und ein Widerstand 76 sind in Reihe zwischen die Anode und die Steuerklemme des
Halbleiterschalters 70 geschaltet Die Diode 75 ist so gepolt, daß sie bei den gleichen Halbzyklen des
Wechselstromes leitet wie der Halbleiterschalter 70. Zwischen die Steuerklemme und die Kathode des
Halbleiterschalters 70 ist ein Widerstand 77 geschaltet. Eine Zenerdiode 78 verbindet die Verbindungsstelle der
Widerstände 72 und 73 mit der Verbindungsstelle der Widerstände 76 und 77. Die Zenerdiode 78 ist so gepolt,
daß ihre Durchschlagspannung überschritten wird, sobald die Klemmenspannung der Batterie 1 über einen
bestimmten Wert ansteigt. Die Sekundärwicklung 66, ein zweiter Strombegrenzungswiderstand 50 und der
Anoden-Kathoden-Kreis eines dritten steuerbaren Halbleiterschalters 80 sind über den Klemmen der
Batterie 1 in Reihe geschaltet und nehmen die Stelle des Relaiskontakts A2 und des Lastwiderstands 40 der
F i g. 4 ein. Der Halbleiterschalter 80 ist so gepolt, daß er den von der Batterie 1 gelieferten Strom leitet.
Zwischen der Steuerklemme und der Kathode des Halbleiterschalters 80 liegt der Widerstand 72.
Parallel zum zweiten Strombegrenzungswiderstand 50 lir^t die aus Fig.4 bekannte Schaltung aus
Verzögerungskreis 39 und Spannungsfühler 30, 31. Um die Beendigung des Schnelladevorgangs zu steuern,
liegt eine Serienschaltung aus dem steuerbaren Halbleiterschalter 23, dem ersten Strombegrenzungswiderstand
24 und einer Relaiswicklung Wc parallel zu der Reihenschaltung aus zweiter Sekundärwicklung 66
und dem zweiten Strombegrenzungswiderstand 50, wobei die Steuerelektrode des Halbleiterschalt^rs 23
vom Spannungsfühler 30,31 Steuerspannung erhält.
Wenn der Schalter 67 geschlossen wird, zündet eine kurze Zeit nach dem Einsatz der positiven Halbperiode
der zweite Halbleiterschalter 70 und stellt den Ladestrompfad zur Batterie 1 so lange her, wie die
Sekundärspannung über der Batteriespannung liegt. Der während der positiven Halbperioden von der
Sekundärwicklung 65 erzeugte, durch den Widerstand 72 fließende Strom /Ί bewirkt am Widerstand 72 einen
Spannungsabfall, der zusammen mit der Klemmenspannung der Batterie 1 die an der Zenerdiode 78 Hegende
Vorspannung darstellt. Die Durchschlagspannung der Zenerdiode 78 wird erst überschritten, wenn die
Klemmenspannung der Batterie 1 den gewählten Wert erreicht, bei dem der Endladestrompfad zur Endladung
anzulegen ist. Wenn die Sekundärspannung an der Wicklung 65 dann im Verlauf der positiven Halbperi
öden unter die von der Batterie 1 mittels des Stromanteils /2 am Widerstand 72 erzeugte Spannung
abfällt, wird die Steuerklemme des dritten Halbleiterschallers 80 wegen der von der Batterie 1 gelieferten
Anoden-Kathoden-Vorspannung in den leitenden Zustand getriggert, und die Batterie 1 beginnt sich dann
durch die Sekundärwicklung 66, den Strombegren-
/weiten steuerbaren Halbleiterschalters 70. Sobald dieser Kontakt schließt, ist der steuerbare Halbleiterschalter
70 daran gehindert, durch Zünden einen Strompfad geringen Widerslandes für den Durchgang
von Ladestrom zur Verfügung zu stellen. Es fließt jedoch ein geringer Ladestrom durch den Strompfad
der Diode 75 und des Widerstandes 76 mit hohem Widerstandswert, so daß der Batterie 1 nach Beendigung
des Schnelladevorganges noch eine Ausgleichsladung zugeführt wird. Das Schließen des Relaiskontaktes
C? erfolgt folgendermaßen: Heim Zünden des steuerbaren Haibleiterschalters 80 wird die Klemmenspannung
der Batterie 1 an den Spannungs-1 ühler gelegt, um in
Abhängigkeit vom Erreichen einer bestimmten Klemmenspannung, welcher ein gewählter Ladezustand der
Batterie 1 entspricht, den steuerbaren Halbleiterschalter 23 zu betätigen. Dessen Zündung läßt ausreichenden
/.UllgÄWlUCl atdllU JV UIIU UCII UIItICII I IdILfICItCI 311IUIlCI
80 zu entladen. Die Sekundärwicklung 65 dient also dazu, am Widerstand 72 eine Spannung zu erzeugen, die
den Punkt des Durchschlagens der Zenerdiode 78 steuert, nachdem die Klemmenspannung der Batterie I
den gewählten Wert erreicht hat, sie dient ferner zur Steuerung des Anlegens des Elndladestrompfades nach
dem Durchschlagen der Zenerdiode 78.
Ein normalerweise offener Relaiskontakt C; liegt zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des
fließen, so daß der Kontakt Ci viii ißt. Damit öffnet
gleichzeitig der Kontakt C\ und schaltet die Sekundärwicklung
66 aus dem Schaltkreis heraus, so daß die steuerbaren Halbleiterschalter 23 und 80 durch die
Batterie 1 positiv vorgespannt bleiben. Auf diese Weise bleibt auch die Wicklung W<
erregt und hält den 2) Relaiskontakt C2 für die Zuführung v/eiterer Ausgleichsladung geschlossen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen Batterie mittels eines in Ladeintervallen
zugeführten Ladestromes mit einer Steuerschaltung, die in den Ladepausen jeweils eine Last an die
Batterie schaltet (Entladeintervalle) und mit einem zwischen der Batterie und einer Ladespannungsquelle
angeordneten Ladeschalter, der von einem Spannungsfühler bei Erreichen einer vorbestimmten,
unter Last erfaßten Batterie-Klemmenspannung zur Beendigung des Ladevorganges geöffnet wird,
nach Patent 1638085, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung (Wb; 32; 39),
welche das Anlegen des Spannungsfühlers (30) an die Klemmenspannung der Batterie (1) gegenüber
dem Beginn eines Entladeintervalls verzögert
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet daß zu der Verzögerungsschaltung ein Verzögerungsrelais (Wb) gehört, dessen Erregerwicklung
Lei Beginn eines Entladeintervalls durch
die Steuerschaltung (3) mit der Batterie (1) verbunden wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zu der Verzögerungsschaltung
ein monostabiler Multivibrator {32) gehört, der bei Beginn eines Entladeintervalls von der Steuerschaltung
(3) angesteuert wird und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums ein Ausgangssignal abgibt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzöt-ningsschaltung von
der Steuerschaltung (3) bei Beginn eines Entladeintervalls eingeschaltete RC-G "eder (39) mit einer
vorbestimmten Zeitkonstante enthält
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |