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Einrichtung zum Laden einer Akkumulatorbatterie Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Laden einer Akkumulatorbatterie über einen primärseitig in Serie mit einem Verbraucher geschalteten Stromwandler und einen sekundärseitig angeschlossenen Doppelweg- Gleichrichter.
In elektrischen Anlagen besteht oft der Wunsch, eine zusätzliche Batterieladeeinrichtung nachträglich einzubauen. Solche Anlagen bestehen z.B. auf Traktionsfahr- zeugen. Dabei ist es erwünscht, in einfachster Weise eine solche Ladeeinrichtung direkt in die Zuleitung zum Verbraucher einzubauen. Dies geschieht zweckmässig über einen Stromwandler. Der Sekundärkreis dieses Stromwandlers enthält den Gleichrichter für den Batteriestrom. In einem solchen Fall erfolgt die Ladung mit einem eingeprägten Strom über diesen Stromwandler, also aus einer Stromquelle. Die Ladekapazität jeder Batterie ist jedoch beschränkt und zwar ist die Höhe der Zellenspannung ein Mass für den Ladezustand.
Ab 2,4 V Zellenspannung, der sogenannten Gasungsspannung, setzt verstärkte Gasentwicklung ein und zerstört vorzeitig die Batterieplatten. Es ist also notwendig, die Zellenspannung beim Aufladevorgang zu überwachen und bei Erreichen des kritischen Wertes von 2,4 V den Ladestrom zu verringern.
Die Erfindung besteht darin, dass dem Doppelweg- Gleichrichter unmittelbar ein steuerbares Halbleiterelement parallelgeschaltet ist, dass an der Batterie ein Spannungsindikator liegt, dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des Halbleiterelementes verbunden ist, ferner, dass in der Verbindungsleitung zwischen Halbleiterelement und Batterie eine Sperrdiode eingeschaltet ist, und dass bei zunehmender Batteriespannung der Spannungsindikator anspricht, wodurch das steuerbare Halbleiterelement leitend wird und den Doppelweg-Gleichrichter vorübergehend kurzschliesst.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Zuleitung zum Verbraucher, also in Serie mit diesem, ist die Primärwicklung la des Stromwandlers 1 eingeschaltet. An seiner Sekundärwicklung 1b liegt unmittelbar der Doppelweg-Gleichrichter 2. Nach dem Gleichrichter folgt, dazu parallelgeschaltet, ein steuerbares Halbleiterelement 4. Im leitenden Zustand schliesst dieses den Gleichrichter kurz. Parallel zum Halbleiterelement ist die zu ladende Batterie geschaltet, wobei in der Verbindungsleitung eine Sperrdiode 3 eingeschaltet ist. Diese Sperrdiode verhindert einen Rückstrom von der Batterie über das Halbleiterelement, wenn dieses stromführend ist. An der Batterie liegt zur Messung deren Ladespannung der Spannungsindikator 7. Dessen Ausgang ist über einen Widerstand 8 mit der Steuerelektrode 4a des Halbleiterelementes verbunden.
Der Spannungsindikator liefert bei Überschreiten einer bestimmten Ladespannung einen Steuerstrom an die Steuerelektrode 4a und macht das Halbleiterelement stromführend. In einem zweckmässigen Aufbau enthält der Spannungsindikator die Zenerdiode 9 und den Trnsistor 10 in einer an sich bekannten Zusammenschaltung. Der Spannungsindikator und das steuerbare Halbleiterelement bilden zusammen eine Kippstufe, deren Kippspannungswert auf die Ga- sungsspannung der Akkumulatorbatterie eingestellt ist.
Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn die Akkumulatorspannung bei Ladung langsam ansteigt und eine gewisse Höhe im Gasungsspan- nungsbereich erreicht, erfolgt ein plötzliches Leitendwer- den des Halbleiterelementes 4. Der Gleichrichter 2 wird dadurch kurzgeschlossen und der Ladestrom nach der Batterie hört auf. Die Diode 3 bewirkt, dass in diesem Schaltzustand kein Strom von der Batterie über das Halbleiterelement 4 zurückfliesst. Nach Aufhören des Ladestroms sinkt die Batteriespannung wieder, worauf bei Unterschreiten einer bestimmten niederen Ladespannung das Halbleiterelement wieder in den Sperrzustand gesteuert wird.
Hierauf erfolgt erneut ein Aufladen der Batterie, bis wieder die kritische Gasungsspannung erreicht ist. Das Spiel wiederholt sich so in Zeitabständen der wirksamen Zeitkonstante, wofür die Zeit des Spannungsanstieges im Bereiche des Gasungszustandes ausschlaggebend ist. Die resultierende Wirkung ist eine Begrenzung der Ladung mit Erreichen der Gasungsspan- nung und damit zunehmendem Ladungszustand.
Die Einrichtung ermöglicht es, die Ladung einer
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Akkumulatorbatterie in einfacher Weise durchzuführen, ohne dass eine Gefahr für eine Überladung der Batterie und Beschädigung deren Platten besteht. Besondere Vorteile bietet die Einrichtung, wo in bereits bestehenden Anlagen zusätzlich eine Batterie aufgeladen werden soll.
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Device for charging an accumulator battery The invention relates to a device for charging an accumulator battery via a current transformer connected in series with a consumer on the primary side and a full-wave rectifier connected on the secondary side.
In electrical systems, there is often a need to retrofit an additional battery charger. Such systems consist e.g. on traction vehicles. It is desirable to install such a charging device directly in the feed line to the consumer in the simplest possible way. This is conveniently done using a current transformer. The secondary circuit of this current transformer contains the rectifier for the battery current. In such a case, charging takes place with an impressed current via this current transformer, i.e. from a current source. However, the charging capacity of each battery is limited and the level of the cell voltage is a measure of the state of charge.
From a cell voltage of 2.4 V, the so-called gassing voltage, increased gas development sets in and prematurely destroys the battery plates. It is therefore necessary to monitor the cell voltage during the charging process and to reduce the charging current when the critical value of 2.4 V is reached.
The invention consists in that a controllable semiconductor element is connected directly in parallel to the full-wave rectifier, that a voltage indicator is connected to the battery, the output of which is connected to the control electrode of the semiconductor element, and that a blocking diode is switched on in the connection line between the semiconductor element and the battery, and that with increasing battery voltage, the voltage indicator responds, whereby the controllable semiconductor element becomes conductive and temporarily short-circuits the full-wave rectifier.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
The primary winding 1 a of the current transformer 1 is switched on in the supply line to the consumer, ie in series with it. The full-wave rectifier 2 is directly connected to its secondary winding 1b. The rectifier is followed by a controllable semiconductor element 4 connected in parallel to it. In the conductive state, this short-circuits the rectifier. The battery to be charged is connected in parallel to the semiconductor element, with a blocking diode 3 being switched on in the connecting line. This blocking diode prevents a reverse current from the battery through the semiconductor element when it is live. The voltage indicator 7 is connected to the battery to measure its charge voltage. Its output is connected via a resistor 8 to the control electrode 4a of the semiconductor element.
When a certain charging voltage is exceeded, the voltage indicator supplies a control current to the control electrode 4a and makes the semiconductor element live. In an expedient structure, the voltage indicator contains the Zener diode 9 and the transistor 10 in an interconnection known per se. The voltage indicator and the controllable semiconductor element together form a flip-flop, the breakover voltage value of which is set to the gas voltage of the accumulator battery.
The mode of operation is as follows: If the battery voltage increases slowly during charging and reaches a certain level in the gassing voltage range, the semiconductor element 4 suddenly becomes conductive. The rectifier 2 is thereby short-circuited and the charging current after the battery ceases. The diode 3 has the effect that in this switching state no current flows back from the battery via the semiconductor element 4. After the charging current has ceased, the battery voltage drops again, whereupon the semiconductor element is again switched to the blocking state when the charging voltage falls below a certain low level.
The battery is then charged again until the critical gassing voltage is reached again. The game is repeated in time intervals of the effective time constant, for which the time of the voltage rise in the area of the gassing state is decisive. The resulting effect is a limitation of the charge when the gassing voltage is reached and thus the charge state increases.
The facility allows the charge one
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Accumulator battery to carry out in a simple manner, without the risk of overcharging the battery and damaging its plates. The facility offers particular advantages where a battery is also to be charged in existing systems.