Selbsttätige Aufladeeinrichtung in Anlagen mit elektrischen Akkumalatoren- batterien und mit konstant gehaltener Verbrauchsspannung. Nach den bisher bekannten Einrichtun gen zum selbsttätigen Aufladen von mit einer maschinellen Stromquelle zusammen arbeitenden elektrischen Akkumulatorenbat- terien, bei denen gleichzeitig eine konstante Verbrauchsspannung, die Lichtspannung, ge regelt wird, sind grundsätzlich zwei astatisch eingestellte Regler notwendig, von denen der eine die Verbrauchsspannung mittels eines im Verbrauchsstromkreis eingeschalteten Re gelwiderstandes bis.
zu einem Minimalstrom von etwa 10 %, während der andere mittels der Erregung der Ladedynamo die gesamte Ladespannung in mehr oder weniger starker Abhängigkeit vom Ladestrom regelt.
Zweck der Erfindung ist nun, diese Auf- la.deeinrichtung erheblich zu vereinfachen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Verbrauchsspannung (zum Beispiel 2,0 V/El.) mittels eines die Erregung der Dynamomaschine beeinflussenden Reglers konstant gehalten wird, während die mit dem Zustand der Batterieladung veränderliche zusätzliche Ladespannung (zum Beispiel 2,5-2,0 = 0,5 V/El. maximal) unter dem Einfluss des Ladestromes. mittels eines zweiten Reglers (Zusatzreglers) geregelt wird, des sen Regelwiderstand im Verbraucherstrom kreis eingeschaltet ist. Der Hauptregler übernimmt dann die Regelung der Grund spannung mittels der Dynamoerregung.
Der Hauptregler, der die Verbrauchsspannung regelt, stehlt an die Fabrikation ziemlich hohe Anforderungen in bezug auf Genauigkeit, die innerhalb der Grenzen von 2 % sein muss, während beim Zusatzregler eine solche von <B>10%</B> noch zulässig ist, weil sich letz tere nur auf die Differenzspannung (zusätz lich Ladespannung) bezieht und auf die Ge samtspannung bezogen auf den gleichen Wert herauskommt, zum Beispiel
EMI0001.0016
Diese Kombination, Hauptregler plus Zu satzregler, stellt in bezug auf richtiges Parallelschalten von Dynamomaschine und Batterie, sowie an die Ladebegrenzung Auf gaben, deren Lösung in etwas anderer Weise erfolgen muss und die in der Beschreibung näher erläutert ist.
An Hand der Zeichnung ist die Erfin dung näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 ein Prinzipschema der Aufladeeinrichtung nach Fig. 3, während in Fig. 2 charakteri stische Ladekurven und in Fig. 3 das Bei spiel eines vollständigen Schaltbildes darge stellt sind.
In den Fig. 1 und 3 ist die für die Ruf ladung der Akkumulatorenbatterie B vorge sehene Dynamo mit D bezeichnet. R ist der Hauptregler, Z der Zusatzregler und L der Verbrauchsstromkreis.
Die Wirkungsweise des Prinzipschemas nach Fig. 1 ist wie folgt: Nachdem die Parallelschaltung von Dy namomaschine D und Akkumulatorenbatterie B in üblicher Weise erfolgt ist. hat der Hauptregler R die Spannung an den beiden Punkten 20 und 21 (zum Beispiel 2,0 VIEL. ) konstant zu halten. Diese Spannung ist. gleich der Spannung an den Lampen L. Damit aber diese Spannung konstant gehalten werden kann, muss in erster Linie der Spannungsab fall im Widerstand 22, welcher beim Durch strömen des Verbrauchsstromes entsteht, von Seiten der Batterie, beziehungsweise der 31a- scbine gedeckt werden.
Von Seiten der Bat terie allein ist. dies aber nicht möglich, so lange sich die Batterie im Enfladezustand be findet und hierfür keine überschüssige Span nung zur Verfügung steht. und zudem noch der ganze Widerstand 22 unter dem Einfluss der Federkraft 24 vorgeschaltet ist. Erst mit Hilfe des Dynamostromes in Spule 23 kann die Federkraft 24 überwunden und der Wi derstand 22 kurzgeschlossen werden. Dieser Dynamostrom liefert aber gleichzeitig auch noch einen überschüssigen Strom an die Bat terie, welcher zur Folge hat, dass die Batte riespannung ansteigt und damit steigt. aber auch die Spannung an den Klemmen 20 und 21, worauf der Hauptregler anspricht. und die Spannung an der Dynamo soweit heruntersetzt bis das Gleichgewicht am Regler R wieder hergestellt ist.
Der Zusatzregler Z seinerseits regelt auf konstanten Dynamostrom und schaltet soviel Widerstandsstufen des Wider standes 22 ein, bis auch dieser Regler im Gleichgewicht ist. Die Anzahl einzuschalten der Stufen hängt von dem Ladezustand der Batterie ab und nimmt mit deren Ladung zu. Die Dynamostromstärke wird alsdann unab hängig von der Grösse des Verbrauchsstromes auf einen konstanten Wert geregelt, das heisst der Ladestrom steigt bei abnehmendem Verbrauchsstrom und nachdem dieser ausge schaltet ist, wird die Dynamostromstärke ,gleich dem höchstzulässigen Ladestrom.
Wenn aber die Batterie im Verhältnis zur Maschinenleistung klein ist, könnte die Ge fahr bestehen, dass der zulässige Ladestrom für die Batterie überschritten würde; dann ist es vorteilhafter, die Wicklung 23 in den Batteriestromkreis zu verlegen und statt den Dynamostrom den Ladestrom konstant zu regeln. Der Verbrauchsstrom bildet alsdann eine zusätzliche Belastung für die Dynamo.
In den meisten Fällen ist aber weder das eine ,noch das andere erwünscht, sondern man trachtet danach, möglichst günstige Bedin gungen für die Erhaltung der Batterie zu schaffen, indem man diese in kürzester Frist immer wieder auf volle Kapazität bringt, und wenn dies erreicht ist, wird der Lade strom auf Null oder einen unschädlichen Reststrom herabgesetzt, wie dies die charak teristischen Kurven nach Fig. 2 zeigen.
Es ist dabei zi, beachten, dass die beiden Regler R und Z umgekehrt wirken, das heisst beim Regler R wirkt die mechanische Gegenkraft der Feder 37 im Sinne einer Verkleinerung und beim Zusatzregler Z die Federkraft 24 @m Sinne einer Vergrösserung des Regulier widerstandes.
In Fig. 2, wo die Abszisse den Strom und die Ordinate die Spannung der Batterie zeigen, stellt die Kurve a den Anstieg des Ladestromes während des Anlaufes der Dy namo dar, nachdem diese mit der Batterie parallelgeschaltet ist. BeimLauf derDynamo und mit zunehmender Ladung der Batterie folgt der Ladestrom der Kurve b, das heisst er nimmt ab, bis die Ladespannung ihren Höchstwert E -i- EZ (Grundspannung plus ,Zusatzspannung) erreicht hat.
Die Zusatz spannung EZ wird alsdann auf den Wert e" herabgemindert, wobei der Ladestrom der Kurve c folgt, so dass schliesslich nur noch ein zu vernachlässigender Reststrom f fliesst. Die Kurve d stellt den Reststrom dar, der bei den höheren Ladespannungen auftreten und einen beträchtlichen Wert annehmen würde, wodurch aber bekanntlich die Lebensdauer der Batterie stark verkürzt und die Betriebs sicherheit der Anlage herabgesetzt würde.
Um den richtigen Verlauf des Ladestro- ,nes und die Wirkungsweise nach Fig. 2 zu erzielen, kann die Schaltung praktisch ent- "rechend dem Schaltbild der Fig. 3 ausge führt sein.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Bei Stillstand der Dynamo sind die drei Wicklungen 23, 26 und 32 des Zu satzreglers Z stromlos, und infolgedessen schaltet die Feder 24 den ganzen Widerstand 22 vor. Letzterer wird aber durch die Kurz schlussverbindung, welche vom Punkt 20 zum Parallelschalter P führt, überbrückt, so dass die Batteriespannung, wie erwünscht, unmit telbar am Verbrauchsstromkreis L liegt. So bald nun aber die Dynamomaschine D Span nung erzeugt, wird die Wicklung 32 des Zusatzreglers mit Strom gespeist, bis ihre Zugkraft die Federkraft 24 überwindet und den Regelwiderstand 22 kurzschliesst.
Bei weiterer Zunahme der Dynamospannung spricht der Parallelschalter P an, wodurch die Überbrückung des Widerstandes 22 auf gehoben, die Dynamo<I>D</I> mit der Batterie <I>B</I> verbunden und der Hauptregler R mittels des Kontaktes 31 an die Punkte 20 und 21 an geschlossen wird. Alsdann hat der Haupt regler R das Bestreben, die Spannung an diesen beiden Punkten konstant zu regeln.
Bei einer weiteren Zunahme der Dynamo spannung wird durch den Hauptregler R Widerstand in den Erregerstromkreis der Dynamo eingeschaltet; da er aber zu diesem .Zwecke zuerst den Kontakt 33 öffnen muss, ,hat dies zur Folge, @dass die Wicklung 32 stromlos wird, wodurch die Federkraft 24 überwiegt und den Widerstand 22 vorschal tet; gleichzeitig fällt aber auch die Spannung an den beiden Punkten 20 und 21, so dass der Hauptregler R wieder in seine Anfangs stellung zurückkehrt.
Dieses Spiel wieder holt sich dann während des Anlaufes der Dynamo D, wobei der Kontakt 33 vorüber gehend, mit nur wenigen Watt belastet, als Vibrationskontakt so lange wirkt, bis der Strom in der Wicklung 23 des Zusatzreglers Z stark genug ist, um den Einfluss der Halte spule 32 abzulösen; daraufhin geht dann die Regelung des Ladestromes nach Kurve b ,(Fig. 2) normal vor sich, bis die Dynamo drehzahl wieder soweit abgenommen hat, dass der Kontakt 33 zur Berührung kommt;
er ,arbeitet nun wieder kurzzeitig als Vibra- tionskontakt, bis der Parallelschalter P die Dynamo von der Batterie B abschaltet, den Hauptregler R stromlos macht und den _Wi- derstand 22 überbrückt.
Wenn die Batterie B noch nicht voll ge laden ist, wirkt bei normaler Regelung durch den Zusatzregler Z in der Hauptsache -die ,Stromwicklung 23, und der Einfluss der Wicklung 26 ist gering, solange der Wider stand 27 vorgeschaltet ist. Steigt jedoch bei zunehmender Ladung der Batterie der Strom in diesem von der Differenzspannung am ,Widerstand 22 gespeisten Hilfsstromkreis, in welchem auch der als, Ladebegrenzer wir kende Bimetallauslöser 29 eingeschaltet ist. so kommt am Ende der Ladung der letztere 7,um Ansprechen und schliesst den Kontakt 28.
Dies hat zur Folge, dass der Widerstand @7 kurzgeschlossen wird und der Strom in der Wiklung 26 bei stark verminderter Dif ferenzspannung ausreicht, um die Wirkung der Stromspule 23 abzulösen, die alsdann - a,bgesehen vom Belastungsstrom - keinen oder nur noch einen zu vernachlässigenden Reststrom an die Batterie abgibt.
In Fig. 3 ist noch ein kleiner zusätzlicher Widerstand 34 im Stromkreis des Zusatzreg- lern enthalten, der durch den Schalter 35 ein- oder ausgeschaltet werden kann. Dies für den Fall, dass derselbe Apparat unter Umständen auch noch mit verschiedenen Batterien zri- sammenarbeiten soll. zum Beispiel Bleil);itte- rien oder alkalischen Batterien.
Ferner ist parallel zu der Stromwicklung des Para.llelsehalters und des Zusatzreglci@s ein einstellbarer Nebenschltisswiderstand <B>38</B> vorgesehen, damit derselbe Apparat mit Ein- heitscyicklungen 23, 38 für verschiedene Dy namo- bez-,v. Ladeströme verwendbar ist.
Automatic charging device in systems with electrical accumulator batteries and with a constant consumption voltage. According to the previously known Einrichtun conditions for the automatic charging of electric accumulator batteries that work together with a machine power source, in which a constant consumption voltage, the light voltage, is regulated at the same time, two astatically adjusted regulators are required, one of which is the consumption voltage by means of a control resistor switched on in the consumer circuit up to.
to a minimum current of about 10%, while the other regulates the entire charging voltage by means of the excitation of the charging dynamo in a more or less strong dependence on the charging current.
The purpose of the invention is now to considerably simplify this Auf- la.deeinrichtung. This is achieved according to the invention in that the consumption voltage (for example 2.0 V / El.) Is kept constant by means of a regulator that influences the excitation of the dynamo, while the additional charging voltage (for example 2.5-2 , 0 = 0.5 V / El. Maximum) under the influence of the charging current. is controlled by means of a second controller (additional controller), the sen control resistor is switched on in the consumer circuit. The main controller then takes over the regulation of the basic voltage by means of the dynamo excitation.
The main regulator, which regulates the consumption voltage, steals quite high demands on the manufacturing process in terms of accuracy, which must be within the limits of 2%, while with the additional regulator an accuracy of <B> 10% </B> is still permissible because The latter only refers to the differential voltage (additional Lich charging voltage) and the total voltage based on the same value comes out, for example
EMI0001.0016
This combination, main controller plus additional controller, provides with respect to the correct parallel connection of dynamo and battery, as well as the charge limitation tasks, the solution must be done in a slightly different way and which is explained in more detail in the description.
With reference to the drawing, the inven tion is explained in more detail, namely Fig. 1 shows a schematic diagram of the charging device according to FIG. 3, while in Fig. 2 characteristic charging curves and in Fig. 3 the case of a complete circuit diagram is Darge.
In Figs. 1 and 3 for the call charge of the accumulator battery B provided dynamo is designated by D. R is the main controller, Z the additional controller and L the consumption circuit.
The mode of operation of the basic diagram of FIG. 1 is as follows: After the parallel connection of Dy namomaschine D and accumulator battery B has been carried out in the usual way. the main regulator R has to keep the voltage at the two points 20 and 21 (for example 2.0 MUCH.) constant. This tension is. equal to the voltage at the lamps L. However, so that this voltage can be kept constant, the voltage drop in the resistor 22, which occurs when the consumption current flows through, must primarily be covered by the battery or the 31A scbine.
On the part of the battery alone. However, this is not possible as long as the battery is discharged and no excess voltage is available for this purpose. and in addition the entire resistor 22 is connected upstream under the influence of the spring force 24. Only with the help of the dynamo current in coil 23, the spring force 24 can be overcome and the resistance 22 Wi can be short-circuited. At the same time, this dynamo current also supplies the battery with an excess current, which causes the battery voltage to rise and thus rise. but also the voltage at terminals 20 and 21, to which the main controller responds. and the voltage on the dynamo is reduced until the equilibrium on the regulator R is restored.
The additional regulator Z, in turn, regulates a constant dynamo current and turns on as many resistance levels of the opposing position 22 until this regulator is in equilibrium. The number of stages to be switched on depends on the state of charge of the battery and increases with its charge. The dynamo current strength is then regulated to a constant value regardless of the size of the consumption current, i.e. the charging current increases with decreasing consumption current and after this has been switched off, the dynamo current strength is equal to the maximum permissible charging current.
But if the battery is small in relation to the machine output, there could be a risk that the permissible charging current for the battery would be exceeded; then it is more advantageous to move the winding 23 into the battery circuit and to regulate the charging current constantly instead of the dynamo current. The consumption current then creates an additional load for the dynamo.
In most cases, however, neither one nor the other is desired, rather the aim is to create the most favorable conditions possible for maintaining the battery by bringing it back to full capacity in the shortest possible time and when this has been achieved , the charging current is reduced to zero or a harmless residual current, as shown by the charac teristic curves of FIG.
It is important to note that the two regulators R and Z act in reverse, that is, in the case of the regulator R, the mechanical counterforce of the spring 37 acts in the sense of a reduction and in the case of the additional regulator Z the spring force 24 acts in the sense of an increase in the regulation resistance.
In Fig. 2, where the abscissa shows the current and the ordinate shows the voltage of the battery, curve a represents the increase in the charging current during the start-up of the Dy namo after it is connected in parallel with the battery. When the dynamo is running and the battery is increasingly charged, the charging current follows curve b, i.e. it decreases until the charging voltage has reached its maximum value E -i EZ (basic voltage plus, additional voltage).
The additional voltage EZ is then reduced to the value e ", the charging current following curve c so that ultimately only a negligible residual current f flows. Curve d represents the residual current that occurs at the higher charging voltages and a considerable one Would assume value, which, as is well known, would greatly shorten the life of the battery and reduce the operational reliability of the system.
In order to achieve the correct course of the charging current, and the mode of operation according to FIG. 2, the circuit can be practically corresponding to the circuit diagram of FIG.
The mode of operation of this device is as follows: When the dynamo is at a standstill, the three windings 23, 26 and 32 of the additional regulator Z are de-energized, and as a result, the spring 24 switches the entire resistor 22 upstream. The latter, however, is bridged by the short-circuit connection which leads from point 20 to the parallel switch P, so that the battery voltage is directly connected to the consumer circuit L, as desired. As soon as the dynamo D generates voltage, the winding 32 of the additional regulator is fed with current until its tensile force overcomes the spring force 24 and short-circuits the control resistor 22.
If the dynamo voltage increases further, the parallel switch P responds, whereby the bridging of the resistor 22 is lifted, the dynamo <I> D </I> is connected to the battery <I> B </I> and the main controller R via the contact 31 is closed at points 20 and 21. The main controller R then tries to regulate the voltage at these two points constantly.
With a further increase in the dynamo voltage, the main controller R resistor is switched into the exciter circuit of the dynamo; but since he must first open the contact 33 for this .Zwecke, this has the consequence that the winding 32 is de-energized, whereby the spring force 24 predominates and the resistor 22 upstream switched; at the same time, however, the voltage at the two points 20 and 21 also falls, so that the main controller R returns to its initial position.
This game then picks up again during the start-up of the dynamo D, the contact 33 temporarily, loaded with only a few watts, acts as a vibration contact until the current in the winding 23 of the additional controller Z is strong enough to take the influence of the Holding coil 32 to detach; thereupon the regulation of the charging current according to curve b, (Fig. 2) takes place normally until the dynamo speed has decreased again so far that the contact 33 comes into contact;
it now works again briefly as a vibration contact until the parallel switch P disconnects the dynamo from the battery B, de-energizes the main regulator R and bridges the resistor 22.
If the battery B is not yet fully charged, the main thing in normal control by the additional controller Z is -the, current winding 23, and the influence of the winding 26 is small as long as the resistance 27 is upstream. However, with increasing charge of the battery, the current in this auxiliary circuit fed by the differential voltage at the resistor 22, in which the bimetallic release 29 is switched on as the charge limiter, we kende. so at the end of the charge the latter 7 comes to respond and closes the contact 28.
This has the consequence that the resistor @ 7 is short-circuited and the current in the winding 26 with a greatly reduced differential voltage is sufficient to replace the effect of the current coil 23, which then - apart from the load current - no or only one that is negligible Sends residual current to the battery.
In FIG. 3 there is also a small additional resistor 34 in the circuit of the additional regulator, which can be switched on or off by the switch 35. This is in the event that the same device may also work with different batteries. for example lead), itteria or alkaline batteries.
Furthermore, an adjustable shunt resistor 38 is provided in parallel to the current winding of the Para.llelsehalters and the additional regulator, so that the same apparatus with unit windings 23, 38 for different dynamics, v. Charging currents is usable.