DD154659A5 - Vorrichtung zum wiederaufladen von batterien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wiederaufladen von Trockenbatterien durch Intermittierende Impulse, bei der mit hohen Stromintensitaeten gearbeitet werden kann, die einen guten Wirkungsgrad aufweist und bei der praktisch keine Waerme in den Batteriezellen entwickelt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederaufladeschaltung aus einem Gleichrichterelement besteht, welches einen Gleichstrom einem regelbaren Stromrichterelement zufuehrt, welches einen Wiederaufladestrom verstaerkt und den Batterien waehrend eines festgelegten Teils des Wechselstromimpulses zufuehrt und welches durch eine Steuerschaltung gesteuert wird, um zu einem bestimmten Zeitpunkt leitend zu werden, und dadurch, dass zu der Vorrichtung Elemente gehoeren, die eine geringe Entladung in den Perioden zwischen den Wiederaufladeimpulsperioden ermoeglichen.

Description

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Vorrichtung zum Wiederaufladen von Batterien

Anwendungsgebiet der Erfindung,:

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Y/iederaufladen von Trockenbatterien und Akkumulatoren, ,und insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Wiederaufladen von Trockenbatterien oder Akkumulatoren mittels intermittierende Impulse, vorzugsweise Wechselstromimpulse j wobei sich die Batterien oder Akkumulatoren in den Perioden zwischen den WIederaufladeimpulsen leicht entladen können.

Charakteristik der bekannten

Eine Vorrichtung zum Wiederaufladen von Trockenbatterien oder Akkumulatoren durch pulsierenden Wechselstrom ist bereits aus dem schwedischen Patent 78 O55OI-9 bekannt« Um den mittleren Wiederaufladestrom über den Trockenbatterien oder Akkumulatoren .anzugleichen, besteht die genannte bekannte Vorrichtung aus einer Zener-Diode, die über den Batterien oder Akkumulatoren parallelgeschaltet ist, und einem PTC-Widerstand (Widerstand .mit positivem Temperaturkoeffizienten) j 'der mit der Zener-Diode in Reihe geschaltet ist und so gewählt wird, daß sich ein mittlerer Wiederaufladestrom ergibt, der so konstant wie möglich ist j und wodurch die Wiederaufladeimpulse den Batterien intermittierend über eine Diode zugeführt v/erden, während in den Abschnitten zwischen den Wiederaufladestromimpulsen ein gegengerichteter Entladestrom auftritt* Der PTC-Widerstand arbeitet

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so, daß er bei einer geringen gegenelektromotorischen Kraft (EMK) von den Batterien blockiert wird, wodurch der gesamte Strom durch die Batterien fließen muß_o Bei einer hohen Gegen-EMK öffnet sich der PTC-Widerstand nacheinander, so daß ein zunehmender Teil des Stroms passieren kann, so daß dadurch ein sukzessiv geringer werdender Teil des Stromes durch die Batterien oder Akkumulatoren fließt.

Die genannte bekannte Vorrichtung bringt sehr gute Ergebnisse und ist für das Yifiederaufladen von Trockenbatterien und einigen kleineren Akkumulatoren gut geeignet» Dagegen kann die bekannte Vorrichtung nicht zum Wiederaufladen von großen Batterien verwendet v/erden, bei denen hohe Yifiederaufladeströme notwendig sind, da die gegenwärtig auf dem Markt verfügbaren PTC-Wideretände nur kleinen Stromintensitäten bis zu maximal 1 A standhalten können₀

Andere bekannte Batteriewiederaufladevorrichtungen wiederum haben eine begrenzte Möglichkeit, die Batterien auf mehr als 70 % der Batteriekapazität wiederaufzuladen, und um dieses Wiederaufladen zu ermöglichen, müssen Stromintensitäten angewendet werden, die wesentlich über den maximalen Stromintensitäten liegen, denen die genannten PTC-Widerstände standhalten können.

Viele Batteriewiederaufladevorrichtungen haben auch einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad und sind so konstruiert, daß in den Batterie zellen Wärme entwikkelt wird, welche die Zelle beschädigen kann und zur Entwicklung von schädlichen Dämpfen oder Explosionsgas führen kann_o

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Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es daher, das Problem durch die Schaffung einer Vorrichtung zum Wiederaufladen von Trockenbatterien und speziell von Akkumulatorenbatterien durch intermittierende Impulse, vorzugsweise Wechselstromimpulse, zu lösen, wobei die Batterien durch die genannten intermittierenden Wechseistromim-'pulse wiederaufgeladen werden, während sie sich in den Zeiträumen zwischen den Wiederaufladeimpulsen leicht . entladen können, und bei welcher mit hohen Stromintensitäten gearbeitet werden kann, ohne die Akkumulatorbatterien oder die zur Wiederaufladevorrichtung gehörenden Komponenten zu beschädigen,,

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist|es, das Problem der Schaffung einer Wiederaufladevorrichtung zu schaffen, die einen hohen Y/irkungsgrad hat und im wesentlichen vollkommen ohne Y/arme entwicklung in den Batterie zellen arbeitet und bei der die Gefahr des Auftretens schädlicher Dämpfe und von Explosionsgas ausgeschaltet oder zumindest stark verringert ist«» Die Erfindung sieht •außerdem vor, eine Batteriewiederaufladevorrichtung zu schaffen, die vollständig sicher dahingehend ist» daß die Ausgangsaufladeklemmen stromlos·sind, bevor die zu ladende Batterie angeschlossen wird, und die stromlos werden, sobald die Batterie voll wiederaufgeladen isto Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, das Problem der.Schaffung einer Wechselstromvorrichtung zu lösen, bei der die Intensität des Wiederaufladestromes innerhalb großer Bereiche geregelt werden kann, beispielsweise von 2 A und praktisch ohne jede Obergrenze ο

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Darlegung des Y/esens der Erfindung:

Nach der Erfindung besteht die Vorrichtung aus einem regelbaren Stromrichtelement und einer regelbaren Triggerschaltung, welche durch das Stromrichtelernent gesteuert wird, um einen der Wechselstromimpulse auszulösen und zum Wiederaufladen von einer oder mehreren Batterien oder Akkumulatoren passieren zu lassen,. Die Triggerschaltung besteht aus einem Gleichrichterelement, das eine im wesentlichen konstante Arbeitsspannung an ein Zeitsteuerelement gibt, welches die' Zeit der Auslösung des Stromrichtelementes steuert. Zur Vorrichtung gehören außerdem Komponenten, welche eine gewisse Entladung in den Zeitspannen zwischen den Wiederaufladeimpulsen ermöglichen.

Durch die Anwendung eines Stromrichtelementes, das durch die Triggerschaltung gesteuert wird, war es möglich vorzusehen, daß nur die beabsichtigten Perioden des Wechselstromes zum Y/iederaufladen der Batterie durchgelassen v/erden, und durch die Anwendung eines Zeitsteuerelementes, welches den Zeitpunkt der Auslösung des Stromrichtelementes steuert» ist es möglich, den Ziindmoment zwischen 0 und 180° der Periode zu steuern, wodurch die Intensität des Wiederaufladestromes zwischen der maximalen Intensität des Wiederaufladestromes und praktisch keiner Intensität des Wiederaufladestromes variiert werden kann«,

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Ausführung^ beispiele:

Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Spezifikation ersichtlich, in der Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird»

Bei den Zeichnungen ist die Abb_o 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung, und Abb_o 2 zeigt ein Sehaltdiagramm der Vorrichtung nach der Abb» 1 ₀ Abbe 3 zeigt schematisch die Wiederaufladefunktion der Vorrichtung nach der Abb« 2, und Abb» 4 zeigt schematisch eine entsprechende Wiederaufladefunktion eines modifizierten.Ausführungsbeispiels der Wiederaufladevorrichtung. Abbo 5 zeigt ein modifiziertes Schaltschema der.Wiederaufladevorrichtung nach der Erfindung, und Abb. 6 zeigt detaillierter ein Schaltschema eines Regelelement es der Vorrichtung nach der Abb» 5 ο Abb«, 7 veranschaulicht schematisch eine andere Methode der Wiederaufladung von Batterien oder Akkumulatoren durch die Vorrichtung nach den Abbildungen 5 und 6«, Die schematisch in der Abbe, 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer Netzanschlußschaltung A, mit der eine Wiederaufladeschaltung B mit Klemmen für die aufzuladende Batterie verbunden ist« Die Wiederaufladeschaltung B wird gesteuert durch eine Steuerschaltung G, und sie kann zur Schaltung zum Wiederaufladen angepaßt v/erden durch eine Schaltung im Kreis D₀ Um eine stabile und genau festgelegte Spannung aufrechtzuerhalten, ist die Wiederauflade schalt ung mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung E verbunden, und zur Trennung einer voll aufgeladenen Batterie ist die Wiederaufladeschaltung mit einer Trennschaltung E¹ verbunden,,

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Wie üblich, besteht der Netzanschluß aus einer Sicherung 1, einem Hauptschalter 2 und einem Transformator 3 zum Abspannen der Y/echselstromspannung des Netzes auf eine geeignete Wiederaufladespannung. Über dem Transformator 3 sind parallel ein Kondensator und ein Überspannungsschutz in Form eines Varistors 5 geschaltete Von einer Klemme 6 der Netzanschlußschaltung führt eine Hauptleitung 7 zur Wiederaufladeschaltung, zu der in Reihe eine Diode 8, ein regelbares Stromrichtelement in Form eines Thyristors 9» eine Sicherung 10 und ein regelbarer Widerstand 11 gehörenο Vom Vfiderstand 11 wird eine Polklemme 12 der Batterie oder des Akkumulators 13» die aufgeladen werden sollen, geschaltet. Die zweite Polklemme 14 für die Batterie oder den Akkumulator wird mit einer Rückleitung 15 verbunden, die zu einer zweiten Klemme 16 der Netzanschlußschaltung führte Sowohl die Diode 8 als auch der Thyristor 9 sind mit der Anode verbunden, die zur Klemme 6 der Netzanschlußleitung gerichtet ist, und mit der Katode, die zur Eingangspolklemme 12 der Batterie gerichtet ist_o In die Rückleitung 15 von der Ausgangsklemme 14 der Batterie wird ein Amperemeter 17 eingeschaltet. Von einem Punkt in der Hauptleitung 7 zwischen der Sicherung 10 und dem regelbaren Widerstand 11 wird zu einem Punkt hinter dem Amperemeter 17 in der Rückleitung 15 ein Kühlgebläse 18 geschaltet. Parallel über dem Thyristor 9 ist eine Mode 19 mit einem Widerstand 20 in Reihe geschaltete Die genannte Schaltung soll einen leichten Strom hinter den Thyristor 9 übertragen, so daß das Kühlgebläse 18 mit Strom versorgt wird, selbst wenn der Thyristor 9 nicht arbeitete Zwischen den regelbaren Widerstand 11 und die Batterieeingangs polklemme 12 wird ein Schalter 25 zum Einschalten des Kreises eingefügt, wie im folgenden ausführlicher erklärt wirde

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Die Steuerschaltung O ist mit der Wiederaufladeschaltung D über eine Gleichrichterbrücke 22 verbunden, die parallel über dem Thyristor 9 geschaltet ist« An der positiven Klemme der Gleichrichterbrücke wird eine Leitung angeschlossen, die einen .Anpassungswiderstand 24 umschließt«. Dia Leitung 23 verzweigt sich in eine erste Leitungsverzweigung 25 mit einem Widerstand 26, und die Leitungsverzweigung 25 wiederum verzweigt sich in zwei Leitungsverzweigungen 27» 28, von denen die eine mit der Anode und die andere mit dem Gate eines PUT-Transistors 29 (programmierbarer Unijunction-Transistor) verbunden ist» Zur Leitung 27 zum PUT-Transistor 29 gehören in Reihe ein Widerstand 30 und ein regelbarer Hauptwiderstand 31, mit dem der Wiederaufladestrom geregelt werden kann_o Der Widerstand 30 hat die Aufgabe, einen Stromstoß oder ein Kurzschließen des PUT-Transistors 29 zu verhindern, wenn der Hauptwiderstand 31 in seine nullstellung gedreht wirdo Die zweite Leitungsverzweigung 28 besteht aus einem regelbaren Abgleichwiderstand 32, der abgestimmt auf den PUT-Transistor 29 eingestellt wird, so daß der genannte Transistor eine entsprechende Intensität des Wiederaufladestromes gewährleistet. Parallel über dem Gate und der Katode des PUT-Transistors ist ein zweiter Abgleichwiderstand 33 mit einem Justierwiderstand 34 in Reihe geschaltete "Von einem Punkt zwischen dem Abgleichwiderstand 33 und dem Justierwiderstand führt eine Leitung 35 zur negativen Klemme der Gleichrichterbrücke 22ο Parallel über dem Justierwiderstand 34 und der Anode des PUT-Trahsistors 29 ist ein Triggerkondensator 36 geschaltet, der den Punkt definiert, zu dem der PUT-Transistor 29 den Thyristor 9 zündet oder auslöst, wodurch der Triggerkondensator 36 die Lange, Breite und Höhe des Wiederaufladeimpulses definiert₀ Von einem Punkt auf der Leitung 23 zwischen den Widerständen 24 und 26 zu einem Punkt auf der Leitung 35 hin-

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ter dem Triggerkondensator 36 wird eine Zener-Diode 37 geschaltet. Der regelbare Widerstand 34, der mit der Katode des PUT-Transistors 29 verbunden ist, ist mit dessen Ausgang 38 mit dem Gate 39 des Thyristors 9 über eine Diode 40 verbunden, wobei deren Anode mit dem Ausgang des Justierwiderstandes 34 und die Katode mit dem Gate 39 des Thyristors verbunden sind. Zwischen die Diode 40 und das Gate 39 wird ein Schalter 41 der Trennschaltung 3? geschaltet, wie nachstehend ausführlicher erklärt wird·

Die Schaltung im Kreis D ist direkt über den Klemmen 12 und 14 der Batterie geschaltet, und sie besteht aus einer Leitung 42, zu der zwei stromrichtende Dioden 43 und 44 gehören, wobei die Anoden zu der Polklemme 12 der Batterie gerichtet sind und die Katode der letzigenannten Diode

44 mit einem Schalter im Relais 45 verbunden ist_o Die entgegengesetzte Klemme des Relais 45 ist über eine Diode und einen Yfiderstand 47 mit der zweiten Polklemme 14 der Batterie verbundene Das Relais 45 ist mit einem Schalter 21 versehen, der zwischen den Yiiderstand 11 und die Klemme 12 der Hauptleitung 7 geschaltet ist_o Wenn das Relais

45 nicht aktiviert ist, ist der Schalter 21 unterbrochen und damit der Wiederaufladestrom zur Batterie_o

Parallel über dem Relais 45 ist die Spannungsstabilisierungsschaltung E geschaltet _o Die genannte Schaltung besteht aus einer Gleichrichterbrücks 48, die mit den Wechselstromklemmen mit dem Transformatorausgang über eine erste Leitung 49 verbunden ist, welche aus einem Schalter 50 und einem Y/iderstand 51 besteht, und über eine zweite Leitung 52 mit einem Widerstand 53ο Die negative Klemme 54 der Gleichrichterbrücke 48 ist über

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eine Leitung 55 mit dem Aasgang von Relais 45 verbundene Bin Kondensator 56 ist parallel über der negativen Klemme 54 und der positiven Klemme 57 der Gleichrichter brücke 48 geschaltet« Von einem Punkt zwischen dem Kondensator 56 und der positiven Klemme 57 wird eine Leitung 58 geschaltet, zu der ein Widerstand 59 und ein Spannungsstabilisator 60 gehören, der eine stabile, geglättete Gleichspannung ergibt« Die Leitung 58 ist parallel über der negativen und der positiven Klemme 54* 57 der Gleichrichterbrücke 48 geschaltet. Vom Spannungsstabilisatpr 60 führt eine Leitung 68 zurück zur positiven Klemme des Relais 45 über eine Sicherung 62 und eine Diode 63ο Von einem Punkt zwischen dem Spannungsstabilisator 60 und der Sicherung 62 wird ein Kondensator 64 zur Leitung 65 geschaltet. Zwischen den Leitungen 42 und 15"wird ein Überspannungsschutz in Form einer Diode 65 eingefügte

Die Trennschaltung P ist parallel über der Schaltung im Kreis D zwischen den Leitungen 42 und 15 geschaltet. In die Leitung 42 wird ein veränderlicher Y/iderstand 66 eingeschaltet, und von dem genannten Widerstand zur Leitung 15 wird ein Doppelrelais 67 geschaltete Das Relais besteht aus einem ersten Schalter 41, der normalerweise geschlossen ist und zwischen dem Relais 40 und dem Gate 39 des Thyristors geschaltet ist, und einem zweiten Schalter 68,. der in eine Leitung 69 quer zur Hauptleitung 7 und der Rückleitung 15 eingeschaltet ist und zu dem eine Signallampe 70 gehört«, An die -positive Klemme des Relais 67 ist eine Leitung 71 angeschlossen, zu der ein normalerweise geschlossener Schalter 72 und eine Diode 73 gehören, die mit der Anode zwischen der Sicherung 62 und der Diode 63 in der.Leitung 6l vom Spannungsstabilisator eingefügt ist.

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Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Zum Anschließen der Vorrichtung wird der Schalter 2 geschlossen, wodurch ein Strom von der Sekundärseite des Transformators 3 durch die Leitung 69 mit der Signallampe 70 und über eine Brückenleitung 79 mit einem Widerstand 80, der den Schalter 68 des Relais 67 überbrückt, sowie hinter dem Thyristor 9 durch die Brückenleitung mit der Diode 19 und dem Widerstand 20 und weiter durch das Kühlgebläse 18 fließt₀ Polglich sind die Signallampe 70 und das Kühlgebläse 18 immer eingeschaltet, wenn der Hauptschalter 22 geschlossen ist_o Ein Strom führt auch von der Katode der Diode 8 zur Gleichrichterbrücke 22 und von dort zur Zener-Diode 37 und zur Zeitsteuerschaltung mit dem PUT-Transformator 29. Die Zener-Diode 37 gibt an die genannte Schaltung eine konstante Arbeitsspannung ab„ Der Hauptwiderstand 31 in Verbindung mit dem Triggerkondensator 3 (? D.Übers.) bestimmt den Zeitpunkt, zu dem der PUT-Transistor 29 den Thyristor 9 über dessen Gate 39' zündet₀ Da der Schalter 41 normalerweise geschlossen ist, können sich WMeraufladeimpulse bis zu dem genannten Gate 39 bewegen, so lange der Schalter 41 getrennt ist, was durch das Trennrelais 67 erfolgtο Da jedoch der Schalter 21 normalerweise getrennt ist, kann ein Aufladen der Batterie so lange nicht erfolgen, bis das Relais 45 aktiviert wird· Wenn die Batterie 13 nicht vollständig entladen ist, reicht der Reststrom der Batterie aus, die Schaltung im Relais 45 dahingehend zu betätigen, daß ein Strom in einem Stromkreis von der Klemme 12 der Batterie durch die Dioden' 43 und 44, das Relais 45» die Diode 46, den Widerstand 47 und zurück zur zweiten Klemme 14 der Batterie fließt. Wenn das Relais_45 so geschaltet ist, schließt sich der Schalter 21, und die Yiieder auf ladeimpulse können von einer Klemme 6 des Transformators

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durch die Hauptleitung 7» die Diode 8, den Thyristor 9» die Sicherung 10, den Widerstand 11 und durch die Batterie 13 lind zurück durch die Rückleitung 15 zur zweiten Klemme 16 des Transformators fließen, Wiederaufladestromimpulse gelangen in den AugenMicken zur Batterie, wenn der Thyristor 9 gezündet v/ird, was durch die Steuerschaltung über dem Gate 39 erfolgt. In den Perioden zwischen den Wiederaufladestromimpulsen kann sich die Batterie geringfügig entladen, da ein Strom von einer Klemme 12 der Batterie durch den Widerstand 11 und durch die Leitung mit dem Kühlgebläse 18 zurück zur zweiten Klemme 14 der Batterie fließt. Diese Perioden sind von wesentlicher Bedeutung für das Wiederaufladen der Batterie»

Sollte die.Batterie sehr stark entladen sein, so daß ihr Reststrom nicht ausreicht, um die Schaltung im Relais 45 zu aktivieren, kann das Aufladen dadurch eingeleitet werden, daß der Schalter 50 der Leitung 49 geschlossen wird, wodurch ein Primärstrom durch den Widerstand 51» die Leitung 49» die Gleichrichterbrücke 48 und zurück durch den Y/iderstand 53 der Leitung 52 fließt ο Dadurch gelangt ein gleichgerichteter Sekundärstrom von der negativen Klemme der Schaltung im Relais 45 durch die Leitung 55» über die Klemmen 54 und 57 der Gleichrichterbrücke, durch den Widerstand 59_} den Spannungsstabilisator 60, den Kondensator 64, die Sicherung 62 und die Diode 63 zurück zur positiven Klemme von Relais 45? wodurch das Relais 45 aktiviert wird und der Schalter 21 geschlossene Wenn die Batterie 13 voll ausgeladen ist und ihre Gegen-EMK einen bestimmten Y/ert erreicht hat, fließt ein Strom durch die Leitung 42, die Diode 43 und den Widerstand 66 durch das Trennreiais 67 und zurück zur Rückleitung 15 über den Wider-

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stand 47. Dadurch wird das Trennrelais aktiviert, und der Schalter 41 in der Leitung vom Zeitsteuerelement wird geöffnet, während der Kontakt 68 in der Leitung mit der Signallampe 70 geschlossen wird. Dadurch v/erden die Impulse zum Gate 39 des Thyristors 9 abgeschnitten, und es kann kein Wiederaufladestrom mehr durch die Batterie 13 fliessen, die Signallampe 70 leuchtet mit größerer Kraft«,

Wenn die Batterie 13 stark entladen ist, kann es geschehen, daß auch das Trennrelais 67 betätigt wird, mit dem Ergebnis, daß der Schalter 41 geöffnet wird. Um das zu vermeiden, wird der Schalter 72 geöffnet, so daß der Strom über dem Relais 67 von der Spannungsstabilisierungsschaltung abgeschaltet wirdo

Abbo 3 veranschaulicht schematisch das Wiederaufladen der Batterie 13« Es wird vorausgesetzt, daß die Wiederaufladung mit den positiven Impulsen 74a eines periodischen Wechselstromes erfolgt und daß während der negativen Impulse 74b desselben periodischen Viechseistromes eine gewisse Entladung zugelassen wird. Durch Regulierung des Hauptwiderstandes 31 kann der Punkt 75» an welchem der Thyristor 9 ausgelöst wird, an jede gewünschte Position zwischen 0 und 180° des positiven Impulses bewegt werden und die Aufladung beginnt erst, wenn der Thyristor 9 bei der Auslösung gezündet wirdo Der Teil 76 des Impulses '64a, welcher dem Auslösepunkt 75 vorausgeht, gestattet eine Entladung, und nur der Teil 77 des Impulses hinter dem Auslösepunkt 75 ermöglicht das Aufladen der Batterie. Da die Entladung in diesem Fall durch das Kühlgebläse 18 erfolgt, das einen verhältnismäßig hohen Yiiderstand hat, erfolgt die Entladung 78 nur im geringen Umfang, beispielsweise 1 bis 2 % des Ladestromeso Durch die Bewegung des Auslösepunktes 75 über die Regelung des

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Hauptwiderstandes 31 kann das Wiederaufladen mit jeder gewünschten Stromintensität vorgenommen werden, angefangen von der maximalen Wiederaufladung, wobei sich der Auslösepunkt bei 0° befindet, bis zu fehlender Aufladung überhaupt bei 180°.

Durch Verwendung eines Transformators mit einer Mittelklemme und unter Nutzung von zwei Dioden im wesentlichen desselben Kopplungstyps wie in der Abb₀ 2 und durch Verwendung einer sogenannten Doppelwegthyristorkopplung ist es möglich, den negativen Impulsabschnitt 74b umzukehren in einen positiven Auflädeimpuls 74a*, wie das in der Abb, 4 gezeigt wirdo Eine Entladung ist trotzdem noch während der Impulsabschnitte 76» 76' möglich, die den Auslösepunkten 75 * 75^! vorausgehen,»

Abb, 5 zeigt schematisch eine Alternativvorrichtung nach der Erfindung zum Yfiederaufladen von Trockenbatterien oder Akkumulatorbatterien« Die Vorrichtung besteht aus einem Transformator 3'» der an der Sekundärseite mit Doppelausgangsklemmen versehen ist oder das Umschalten der Ladespannung von einem zum anderen Viert ermöglicht, wie noch erklärt wird» Von der Sekundärseite des Transformators 3' werden zwei Dioden 8a und 8b geschaltet, die jeweils durch eine Halbperiode des periodischen Wechselstromes führen, so daß man eine kontinuierliche Folge von positiven Impulsen erhält_o Die Dioden 8a und 8b ergeben einen Strom zum Thyristor 9» wodurch der Strom in der Hauptleitung einer Batterieklemme 12 über einen Widerstand 82 zugeführt wird· Von der anderen Batterieklemme 14 wird, der Strom durch die Leitung 83 zurück · zum zentralen Punkt an der Sekundärseite des Transformators geführt. -Von der Hauptleitung 81 wird der Strom zur Steuerschaltung C geführt, die nachstehend ausführlicher erklärt wird* .

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Die Vorrichtung besteht aus einer Schaltung 84, die eine Last anlegt, welche eine Umkehrung des Stromes in den Perioden bewirkt, in denen keine Wiederaufladung erfolgt, so daß die Vorrichtung während der genannten Perioden des umgekehrten Stromes eine Entladung bewirkt. Vom Punkt 85 wird der genannten Lastschaltung 84 über einen Widerstand 86 zur Basis eines Transistors 87, welcher einen Widerstand 90, der mit der Polklemme 12 der Batterie verbunden ist, verbindet, eine Regelspannung zugeführt. Um zu gewährleisten, daß sich der Transistor 87 schließt wenn die Regelspannung am Punkt 85 aufhört, wird zwischen der Basis des Transistors 87 und der Rückleitung 83 Widerstand 91 geschaltet.

Um einen geglätteten Gleichstrom zu erhalten, wird ein Kondensator 92 zwischen die Hauptleitung 81 über eine Diode 93 zur Rückleitung 83 geschaltet. Diese Schaltung gibt einen Ans teue rungs strom zu einem Relais 94-a mit zwei Schaltern 94b, welche ein Umschalten der Sekundärseite des Transformators 3' zwischen zwei verschiedenen Spannungen ermöglichen. Fachleuten dürfte es offenkundig sein, daß das Relais mit den beiden Schaltern durch herkömmliche Kopplungen für die sukzessive Veränderung der Spannung auf der Sekundärseite des Transformators eingerichtet v/erden kann.

In der Abb. 5 werden die verschiedenen Klemmen der Steuerschaltung C der WiederaufladeVorrichtung mit a bis g bezeichnet, wobei die Punkte in der Abb. 6 gekennzeichnet wurden, weiche die Steuerschaltung detaillierter zeigt.

Vom Punkt 95 zwischen den Dioden 8a, 8b und dem Thyristor 9 wird die Ansteuerspannung, der Steuerschaltung 0 über eine Sicherung 96 .zugeführt. Die Ansteuerspannung wird

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der Hauptleitung 97 der Steuerschaltung über eine Diode 98 und einen Widerstand 99 zugeführt, und sie wird weiter einer Stabilisierungsschaltung 100 zugeführt, welche die Spannungsstabilisierungsschaltung darstellt, die in der Abb. 1 rait E gekennzeichnet wurde. Ein Spannungskondensator 101, der zwischen die Rückleitung 83 und den Eingang der Stabilisierungsschaltung 100 geschaltet wurde, glättet die rauhe gleichgerichtete Spannung. Von einem Punkt 102 am Eingang der Diode 98 wird Spannung über einen Widerstand 103 der Basis eines Transistors 104 zugeführt, dessen Emitter 105 mit der Rückleitung 83 verbunden ist.

Wenn die Spannung größer als 0 V ist_s wird Strom vom Punkt 106 der Hauptleitung 97 durch einen Widerstand 107 dem Kollektor 108 des Transistors 104 und durch den Transistor der Rückleitung 103 zugeführt. Wenn die Spannung am Punkt 102 der Hauptleitung gleich Null ist, leitet der Transistor 104 nicht, und dadurch wird Strom vom Punkt 106 der Hauptleitung 97 über den Widerstand 107 zur Basis eines Transistors"109, mit dem der Emitter verbunden ist, zur Rückleitung 83 geführt. Der Kollektor des Transistors 109 ist mit einer Synchronisierschaltung 110 verbunden, bei der es sich um einen integrierten'Schaltkreis handelt, beispielsweise eine Schaltung des Typs "Signetics NE 555"» Ein Widerstand 111 bewirkt, daß kein Signal in die integrierte Schaltung 110 gelangt, wenn der Transistor 109 nichtleitend ist. Der integrierte Schaltkreis 110 beginnt einen Verzögerungszeitzyklus, der den Zeitpunkt des Impulses bestimmt, zu dem die Wiederaufladung beginnt« Die Länge der Verzögerungszeit wird durch einen Kondensator 112 vom Eingangsstrom am Punkt 113 gesteuert. Der Kondensator 112 wird mit dem integrierten Schaltkreis

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110 an dessen Klemme VI verbunden» Υίβηη der Kondensator 112 auf die Bezugsspannung des integrierten Schaltkreises aufgeladen wird, sendet die genannte Schaltung ein Signal an die Klemme VII, und dieses Signal macht über einen Yiiiderstand 114 einen Transistor 115 leitend. Bin Widerstand 116 sieht vor, daß der Transistor nicht leitend wird, wenn kein Signal vom integrierten Schaltkreis 110 vorliegt ο Der Transistor 115 verstärkt das Signal vom integrierten Schaltkreis 110 und macht wiederum den Transistor 117 leitend. Der liderstand 119 sieht vor, daß der Transistor 117 im nichtleitenden Zustand stromlos gehalten wird_o Eine Spannung v/ird dem Kollektor des Transistors 117 durch Aufladen eines Kondensators 121 über einen Widerstand 118 zugeführt₀ Wenn der Transistor 117 leitend gemacht wird, geht die Spannung des Kondensators 121 durch den Transistor 117 in einen Transformator 122₀ Auf der Sekundärseite liefert der Transformator dadurch einen Auslöseimpuls über die Klemmen d und e der Steuerschaltung zum Thyristor 9» der dadurch gezündet wird und den Ladestrom der Batterie 13 zuführt. Im inaktiven Zustand des Transistors 117 ist ein Widerstand 120 parallel über der Primärseite des Transformators 122 geschaltet und bewirkt, daß keine SpannungsSchwankungen im Transformator in Abhängigkeit von der Transformatorinduktanz auftreten. Ein veränderlicher Y/iderstand 123, der zwischen die Hauptleitung 97 und den Transistor 115 geschaltet wird, liefert einen festgelegten Basisladestrom zum Kondensator 112, Der Transistor 115 erhält seinen-Hauptstrom, um den Transistor 117 leitend zu machen, vom Kondensator 112, wenn -er geladen ist·

Die Steuerschaltung besteht aus einer Verstärkereinheit, die in der unteren Hälfte der Abb₀ 6 gezeigt wirdo In die genannte Verstarkereinheit gelangt die

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Batteriespannung von der äußeren Klemme ο der Steuerschaltung. Über einen Widerstand 124 wird die Spannung der Minus-Klemme eines Operationsverstärkers 125 in Form eines integrierten Schaltkreises zugeführt«» Das genannte Eingangssignal wird durch den Operationsverstärker 125 umgekehrt und um einen Wert verstärkt, der durch einen Widerstand 126 bestimmt ist₀ Der Plus-Klemme des Punktionsverstärkers 125 wird eine feste Spannung augeführt, deren Wert durch die Widerstandsteilerschaltung 127, 128 bestimmt wirdo Die Ausgangsspannung vom Operationsverstärker 125 gelangt über einen festen Widerstand 129 und einen veränderlichen Widerstand 130 und bewirkt die Ladung des Kondensators 112 vom Punkt 113o Die ladung des Kondensators 112 erfolgt in Abhängigkeit von der Eingangsspannung am Operationsverstärker 125 mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Eine hohe Batteriespannung und damit eine hohe Eingangsspannung des Operationsverstärkers 125 bewirken ein langsames Aufladen des Kondensators 112 und einen geringen Ladestrom für die Batterie· Der veränderliche Widerstand 130 ist als Spannungsteilerschaltung zusammen mit einem festen Widerstand 132 ausgebildet und liefert eine Spannung zu einem zweiten Operationsverstärker 133« Die genannte Eingangsspannung wird mit einer Beζugsspannung verglichen, die von einer Widerstandsteilerschaltung 139? 140 kommt, die mit der negativen Klemme des zweiten Operationsverstärkers 133 verbunden ist,, Wenn die Spannung über "dem veränderlichen Widerstand 131» der parallel über dem festen Widerstand 129 geschaltet ist, geringer als die Spannung zwischen den Widerständen in der Widerstandsteilerschaltung 139, 140 ist, wird .der Punktionsverstärker 130 aktiviert und ein Strom durch einen Y/iderstand 134 einem Transistor 135 zugeführt, der den Strom über der Eingangsklemme f der Steuerschaltung C verstärkt und zum Relais 94a überträgt, das wiederum die Schalter 94b

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des Transformators auf eine höhere Spannung umschaltete Gleichzeitig liefert der Transistor 135 einen Strom über die Diode 136 und den veränderlichen Widerstand 137 zu einem Punkt 138 zwischen dem festen Widerstand 129 und dem veränderlichen Widerstand 130. Dadurch wird der resultierende Ladestrom für den Kondensator 112 geringer, was bedeutet, daß die Ladezeit für den Kondensator 112 verlängert wird und daß die Wiederaufladeimpulse zur Batterie kürzer werden©

Durch das oben beschriebene Umschalten des Uetztransformators 3* zwischen zwei verschiedenen Spannungswerten wird erreicht, daß das Wiederaufladen der Batterie mit unterschiedlichen Besonderheiten erfolgt<> Das wird schematisch in der Abb₀ 7 veranschaulicht, in der fünf Wiederaufladeimpulse dargestellt werden_o Bei den beiden ersten Impulsen erfolgt das Aufladen nach einem Merkmal, was gleich der Wiederaufladung durch Gleichstrom ist, da der Auslösepunkt 75» an dem das Wiederaufladen beginnt, sich verhältnismäßig nahe bei 0° befindet und folglich verhältnismäßig lange Wiederaufladeperioden und entsprechend kurze Entladeperioden 76 erreicht werden. Nach dem Wiederaufladen der Akkumulatorbatterie nimmt die Gegen-EMK des Akkumulators zu und gleichzeitig erhöht sich auch die Tendenz des Akkumulators, Wasserstoff gas zu entwickeln. Wie bereits erwähnt, bringt das schwerwiegende Nachteile mit sich und schränkt die Wiederaufladekapazität des Akkumulators ein. Um diese Nachteile auszuschalten, wird das Aufladen, wie oben erwähnt wurde, auf ein stärker akzentuiertes Wechselstromaufladen dahingehend umgeschaltet, daß die Spannung des Transformators erhöht wircL Folglich wird die" Spannungskurve höher, und gleichzeitig wird der Auslösepunkt 75', wenn das Wiederaufladen beginnt, durch den Einfluß des Stroms, der durch die Diode 136 und den veränderliehen Widerstand 137 geht,, welcher .die Ladung des

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Kondensators 112 einleitet, bewegt_ö Bewegt man den Auslösepunkt 75* über eine beachtliche Strecke und vorzugsweise zu einem Punkt in der Nähe des 180°-Punktes, erreicht man kurze Wiederaufladeperioden 77^f und entsprechend lange Entladeperioden 76 *· Aus Zeitgründen kann kein Wasserstoffgas bei dieser Form der Wiederaufladung entwickelt werden, und der Akkumulator wird praktisch vollständig ohne die Entwicklung von Wasserstoffgas und auf einen wesentlich höheren Ladepegel geladen, als das bei der herkömmlichen Gleichstromladevorrichtung der Fall ist_e

Um eine äußere Regelung der Steuerschaltung zu ermöglichen, ist die Ausgangsklemme g der Steuerschaltung mit einem Punkt 113 am Kondensator 112 verbunden, und die entsprechende zweite Steuerleitung ist mit der Rückleitung 83 verbunden«

Es ist selbstverständlich, daß die obige Spezifikation und die Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt werden, nur Beispiele zur Veranschaulichung im Rahmen der Erfindung sind und daß verschiedenartige Modifikationen ohne Abweichung vom Rahmen des beigefügten Patentanspruches möglich sind«

Claims (1)

1. _ ₂₀ _ 225361

   Erfindungsanspruch

   Vorrichtung zum Wiederaufladen von Trockenbatterien oder Akkumulatorbatterien durch pulsierenden Strom, vorzugsweise Wechselstrom, bestehend aus einer Hetzanschlußschaltung (A) und einer Wiederaufladeschaltung, die mit der Netzschaltung (A) verbunden ist und Klemmen für eine oder mehrere wiederaufzuladende Batterien (13) hat, gekennzeichnet dadurch, daß die Wiederaufladeschaltung (B) aus einem Gleichrichterelement (8; 8a, 8b) besteht, welches einen Gleichstrom einem regelbaren Stromrichteelement (9) zuführt, welches einen Wiederaufladestrom verstärkt und den Batterien während eines festgelegten Teils des Wechselstromimpulses zuführt und welches durch eine Steuerschaltung (C) gesteuert wird, um zu einem bestimmten Zeitpunkt leitend zu werden, und dadurch, daß zu der Vorrichtung Elemente (18; 84) gehören, die eine geringe Entladung in den Perioden (76» 78) zwischen den Wiederaufladeimpulsperioden (77) ermöglichen«

   Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Stromrichteelement ein Thyristor (9) ist, der mit der Anode mit der ITetzsehaltung (A) und mit der Katode mit einer Polklemme (12) der Batterie oder des Akkumulators (13), die aufgeladen werden sollen, verbunden ist und der mit dem Gate (39) mit der Steuerschaltung (C) verbunden ist, welche den Zeitpunkt des Impulses (74) definiert, zu dem der Thyristor leitend wirdo

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   Vorrichtung nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur Steuerschaltung (0) Elemente (30 - 34j 130 - 137) gehören, um sukzessiv oder schrittweise den Auslösepunkt (75) der Viechs els tr om-Periode zu bewegen, wenn die Vorrichtung beginnt, der Batterie (13) einen Wiederaufladestrom zuzuführen₀

   4· Vorrichtung nach Punkt 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerkomponente ein PUT-Transistor (29) ist, ein Auslösekondensator (36) über der Anode und der Katode des PUT-Transistors (29) geschaltet wird_s eine Abgleichschaltung über dem Gate und der Katode des PUT-Transistors (29) geschaltet und eine zweite Abgleichschaltung (30 - 34) über dem Gate und der Anode des Transistors (29) geschaltet wird, wobei diese Abgleichschaltung (30 - 32) das Regeln des Punktes (75) ermöglicht, an dem der PUT-Transistor (29) den Thyristor (9) zündet»

   Vorrichtung nach Punkt 4* dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abgleichschaltung einen veränderlichen Hauptwiderstand (31) aufweist, der das Hauptregelelement ist, durch welches der Zündpunkt des Thyristors (9) gesteuert werden kann, und der die Länge der Wie deraufladeperiode und damit die Intensität des Yifiederaufladestrom.es definiert«

   Vorrichtung nach einem der Punkte 3» 4 oder 5» dar durch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (C) eine Diode (40) zur Verhinderung des Auftretens eines Umkehrstromes am Gate (39) des Thyristors (9) aufweist»

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   Vorrichtung nach einem der genannten Punkte, dadurch gekennzeichnet, daß sie einschließt ein Schaltrelais (45) und einen Schalter zwischen dem Thyristor (9) und einer Polklemme (12) der zu ladenden Batterie (13)i wobei dieser Schalter (21) offen ist, wenn das Relais (45) nicht betätigt wurde, und dadurch, daß das Schaltrelais (45) zur Einleitung der Wiederaufladung entweder durch eine Restladung der Batterie. (13) oder durch eine Sekundärschaltung (F) von der Netzsehaltung (A) betätigt werden kann, und dadurch, daß zur Vorrichtung ein Trennrelais (67) und ein Schalter (41) gehören, die in die Leitung zwischen die Steuerschaltung (0) und den Thyristor (9) geschaltet sind, wobei der Schalter (41) geschlossen ist, wenn das Trennrelais (67) nicht betätigt ist, und dadurch, daß das Trennrelais (67) bei voll wiederaufgeladener Batterie betätigt werden kann, wodurch sich der genannte Schalter (41) öffnet und die Steuerimpulse zum Thyristor (9) unterbricht, wodurch das Wiederaufladen der Batterie beendet wirdo

   8· Vorrichtung nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Uetaanschluß (A) ein Transformator (3) gehört, dessen Sekundärseite zwei Ausgänge mit unterschiedlichem Spannungspegel hat, und dadurch, daß zur Steuerschaltung (C) Elemente (136, 137, 94a, 94b) gehören, um die Gegen-SMK der Batterie zu messen und die, wenn die Batterie eine be~ stimmte Gegen-EMK erreicht hat, eine kontinuierliche oder schrittweise Zunahme der Spannung des Wiederauf lade stromes und gleichzeitig damit eine Verzögerung des Zündmoments (75') des Thyristors bewirken, so daß das Wiederaufladen mit einer erhöhten Spannung und verkürzten Wiederaufladeimpulsperioden erfolgt.

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   9· Vorrichtung nach Punkt 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der Vorrichtung so konstruiert sind, daß sie das Wiederaufladen mit verhältnismässig langen Wiederaufladeimpulsperioden und kurzen, dazwischen liegenden Entladeperioden beginnen und daß zur Komponente zur Steigerung der Wiederauflade-Spannung und Senkung der Y/ie der auflade impuls periode ein Relais (94a) gehört, das von der Steuerschaltung (C) betätigt werden kann, wenn sich die Gegen-EMK der Batterie auf einen bestimmten Wert erhöht, und das dadurch einen Schalter auf der Sekundärseite des Transformators (3) betätigt, der eine höhere Sekundär spannung anschließt«,

   10« Vorrichtung nach den Punkten 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Verkürzung der

   Dauer der Wiederaufladeimpulsperiode eine Schaltung (133) ist, welche die Gegen-EMK der Batterie mit der Y/ie de rauf ladenominal spannung vergleichen soll und, wenn eine bestimmte Gegen-EMK erreicht ist, die Ladungsspannung über einen Kondensator (112) verringern soll, wobei dessen Ladeperiode die Dauer der Entladeperioden der. Stromimpulse für die Batterie definiert, wodurch die genannten Entladeperioden (76^!) verlängert und die Wiederaufladeimpulsperioden (77) entsprechend verkürzt v/erden»

   Hierzy ^....Seifen Zeichnungen