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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Ladegerät zur Erhaltungs-Ladung von
Batterien mit einer Nennspannung im Bereich zwischen 24 V und 96
V:
In vielen Anwendungsbereichen ist es erforderlich, stets
vollständig
geladene Batterien verfügbar
zu haben. Beispielsweise müssen
in einem Mietpark für Elektro-Gabelstapler
die Gabelstapler mit voller Batterieladung bereit stehen, um bei
Bedarf mit voller Batterie-Ladung an einen Kunden ausgegeben zu werden.
Problematisch ist, dass sich nach dem Laden der Batterie diese allmählich selbst
entlädt
und bei längerer
Stillstandzeit eines Gabelstaplers dessen Batterie nur noch eine
unzureichende Rest-Ladung
aufweist.
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Man
kennt daher bereits Verfahren und Vorrichtungen zur Erhaltungs-Ladung
von Batterien, mit denen die Batterien nach dem eigentlichen Ladevorgang
auf einem bestimmten Ladungspegel gehalten werden. Problematisch
ist dabei jedoch, dass für
jede Batterie eine eigene Vorrichtung zur Erhaltungs-Ladung benötigt wird
und insbesondere für
verschiedene Batterie-Typen jeweils eine spezielle, für diesen Batterie-Typ
geeignete Vorrichtung erforderlich ist. Da bei besteht die Gefahr,
eine Batterie an eine für diese
Batterie ungeeignete Vorrichtung zur Erhaltungs-Ladung anzuschließen, wodurch
sowohl die Batterie als auch die Vorrichtung zur Erhaltungs-Ladung
beschädigt
oder zerstört
werden können.
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Aus
der
DD 234 543 A1 ist
ein Notstromversorgungssystem bekannt, bei dem zwei oder mehr gleichartige
Batteriesätze
vorgesehen sind, die im Normalbetrieb über jeweils ein Ladegerät separat
geladen werden. Bei Ausfall oder Reparaturabschaltung eines Ladegerätes wird
der diesem Ladegerät zugeordnete
Batteriesatz von einem der übrigen
Ladegeräte
mitgeladen. Auch hier ist für
jeden Batteriesatz ein eigenes Ladegerät vorhanden und es ist nicht
vorgesehen, unterschiedliche Batteriesätze zu verwenden und zu laden.
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Die
DE 43 00 097 A1 zeigt
und beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden einer
aus einzelnen Zellen bestehenden Batterieeinheit. Dabei werden die
einzelnen Zellen einer Batterieeinheit einzeln an ein Ladegerät aufgeschaltet,
um jede Zelle entsprechend ihres Ladezustandes entladen oder aufladen
zu können,
um so Memoryeffekten entgegenzuwirken und die Leistungsfähigkeit
der Batterieeinheit zu optimieren oder wiederherzustellen. Ein Laden
von mehreren einzelnen, unabhängigen
Batterien unterschiedlichen Typs ist mit dieser Vorrichtung nicht
möglich.
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Es
besteht daher die Aufgabe, ein Ladegerät der eingangs genannten Art
zu schaffen, welches zur Erhaltungs-Ladung mehrerer Batterien auch
unterschiedlichen Typs geeignet ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Durch
die Erhaltungs-Ladung mit Konstantstrom ist eine Ladung verschiedenartiger
Batterien unabhängig
von deren Nenn-Spannung möglich.
Da zu jedem Zeitpunkt jeweils nur eine einzige Batterie geladen
wird, können
unterschiedliche Batterien gleichzeitig angeschlossen sein. Somit
können
verschiedenartige Batterien einer Erhaltungs-Ladung unterzogen werden,
ohne dass eine Bedienperson auf den jeweiligen Batterietyp achten
muss, wodurch Beschädigungen
an den Batterien und/oder dem Ladegerät vermieden sind.
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Während eines
Erhaltungs-Ladevorgangs kann eine Batterie auf beispielsweise 95%
ihrer Gesamtkapazität
aufgeladen werden. Eine dauerhafte Erhaltungs-Ladung mit angeschlossenem
Ladegerät ist
nicht erforderlich, da die Selbstentladung nur sehr langsam vonstatten
geht und es somit ausreichend ist, weitere Erhalte-Ladungsvorgänge jeweils
mit zeitlichem Abstand durchzuführen.
Während
dieser Ladepausen einer Batterie können andere angeschlossene
Batterien einem Erhalte-Ladungsvorgang unterzogen werden. Somit
sind stets alle angeschlossenen Batterien betriebsbereit auf einem
ausreichenden Ladepegel.
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Durch
die nicht dauerhaft durchgeführte
Erhaltungs-Ladung ergibt sich auch ein geringer Energieverbrauch,
je nach Batterietyp ein geringer Wasserverbrauch in den Batterien
und es kann zudem Sulfatation in den einzelnen Batterie-Zellen vermieden
werden.
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Wenn
an einer der Anschluss-Stellen ein Erhalte-Ladungsvorgang stattfindet,
wird von der der jeweiligen Anschluss-Stelle zugeordneten Steuereinheit ein
entsprechendes Signal auf die Steuerleitung ausgegeben, welches
von den übrigen
Steuereinrichtungen erfasst wird und diesen signalisiert, dass ein
Ladevorgang stattfindet und somit an keiner weiteren Anschluss-Stelle
ein Erhalte-Ladevorgang gestartet werden darf. Erst wenn an der
Steuerleitung kein Lade-Signal anliegt, kann eine weitere Steuereinheit
einen Erhalte-Ladevor gang für
die ihr zugeordnete Anschluss-Stelle aktivieren und dabei ein entsprechendes
Signal auf die Steuerleitung ausgeben. Somit ist sichergestellt,
dass immer nur eine einzige Batterie gleichzeitig mit dem Ladegerät verbunden
ist.
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Die
Zeitsteuerungen können
jeweils auf eine bestimmte Ladedauer eingestellt werden, für die eine Batterie
mit dem Ladegerät
verbunden wird. Die Ladedauer kann dabei auch in Abhängigkeit
vom verwendeten Ladegerät
definiert werden. Durch die Zeitsteuerungen wird auch erreicht,
dass die Ladedauer stets gleich lang ist. Ebenso kann die Ladepause über die
Zeitsteuerungen definiert werden, wobei die Ladepause beispielsweise
in Abhängigkeit
von der Anzahl der vorgesehenen Anschluss-Stellen definiert sein kann.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ladegerätes zur Erhaltungs-Ladung von
Batterien,
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2 ein
vereinfachtes elektrisches Schaltbild für die Vorrichtung gemäß 1 und
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3 einen
Signalverlauf für
eine elektrische Schaltung ähnlich
der aus 2.
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Eine
im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Erhaltungs-Ladung von Batterien
weist gemäß 1 ein
Ladegerät 2 mit
einer Konstantstromquelle sowie mehrere Anschluss-Stellen 3 für jeweils eine
Batterie 4 auf. Die Anschluss-Stellen 3 sind jeweils über einen
Kabelkanal 5 mit dem Ladegerät 2 verbunden. Im
praktischen Einsatz kann die Vorrichtung 1 beispielsweise
eine Erhaltungs-Ladestation für
Elektro-Gabelstapler sein, an die die Gabelstapler direkt herangefahren
und die zugehörige
Batterien über
geeignete Anschlüsse
ohne Demontage direkt angeschlossen werden können.
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2 zeigt
ein Schaltbild für
die Vorrichtung 1 zur Erhaltungs-Ladung, wobei zur besseren Übersicht
nur eine Anschluss-Stelle 3 dargestellt ist. Für jede weitere
Anschluss-Stelle 3 gemäß 1 ist
ein entsprechender Schaltungsteil wie in 2 vorgesehen.
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Wie
in dem Diagramm gemäß 3 prinzipiell
verdeutlicht, wird nach dem Anschließen einer geladenen Batterie
an einer Anschluss-Stelle 3 zu einem Zeitpunkt t0 ein auf eine vorgegebene oder vorgebbare
Zeitspanne Δt1 eingestellter Zeitgeber innerhalb der Steuereinheit 6 gestartet
und die Batterie verbleibt für
die Dauer dieser Zeitspanne Δt1 in einem Ruhemodus ohne Verbindung zum
Ladegerät 2.
Innerhalb dieser Zeitspanne Δt1, die beispielsweise 30 Stunden betragen
kann, wird sich die Batterie von selbst etwas entladen.
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Nach
Ablauf der Zeitspanne Δt1 überprüft die Steuereinheit 6 (2),
ob auf einer Steuerleitung 7 (”Belegt”-Leitung) ein Signal anliegt,
welches signalisiert, dass eine andere Batterie gerade geladen wird. Dazu
ist die Steuerleitung 7 über eine Signaleingangsleitung 8 mit
der Steuereinheit 6 verbunden. Sofern kein ”Belegt”-Signal
an der Steuerleitung 7 anliegt, schaltet der Kontakt K1,
wodurch einerseits die Steuerleitung 7 über eine weitere Leitung 9 mit
einer Hilfsspannungs-Versorgungsleitung 10 verbunden und
somit ein ”Belegt”-Signal
auf die Steuerleitung 7 geschaltet wird, welches die Steuereinheiten übriger Anschluss-Stellen
daran hin dert, ihrerseits in einen Erhaltungslade-Zustand zu wechseln.
Andererseits wird durch Schließen
des Schalters K1 die vom Ladegerät 2 kommende
Ladeleitung 11 mit der Anschluss-Stelle 3 verbunden
und die angeschlossene Batterie wird mit einem Konstantstrom geladen. Dieser
Erhalte-Ladevorgang wird für
eine vorgegebene oder vorgebbare Zeitspanne Δt2,
die durch den Zeitgeber der Steuereinheit 6 festgelegt
wird und beispielsweise 5 Minuten betragen kann, durchgeführt. Dabei
wird die Batterie bis auf ca. 95% ihrer Gesamtkapazität aufgeladen.
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Nach
Ablauf der Zeitspanne Δt2 wird der Kontakt K1 mittels der Steuereinheit 6 wieder
geöffnet,
so dass die Ladeleitung 11 von der Anschluss-Stelle 3 getrennt
wird und der Erhalte-Ladevorgang
somit beendet wird. Zudem wird die Verbindung der Hilfsspannungs-Versorgungsleitung 10 und der ”Belegt”-Steuerleitung 7 getrennt,
so dass den Steuereinheiten 6 anderer Anschluss-Stellen 3 eine Freigabe
signalisiert wird, um ihrerseits einen Erhalte-Ladungsvorgang beginnen
zu können.
Der Zeitgeber der Steuereinheit 6 der gerade geladenen
Batterie lässt
anschließend
wieder eine Zeitspanne Δt1, beispielsweise 30 Stunden, ablaufen, bevor
erneut der Zustand der Steuerleitung 7 überprüft wird und ein erneuter Erhalde-Ladevorgang
eingeleitet wird. Innerhalb der Zeitspanne Δt1,
in der die Batterie nicht geladen wird, können ein oder nacheinander
mehrere andere an die Vorrichtung 1 angeschlossene Batterien
geladen werden.
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Durch
diesen zyklischen Ablauf wird eine an eine der Anschluss-Stellen 3 angeschlossene
Batterie 4 stets auf einem ausreichend hohen Ladezustand
gehalten, so dass die Batterie oder das damit verbundene Gerät, beispielsweise
ein Elektro-Gabelstapler,
stets betriebsbereit ist.
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Da
zu jedem Zeitpunkt jeweils nur eine einzige Batterie mit dem Ladegerät 2 verbunden
ist und dieses eine Konstantstromquelle aufweist, können mit
der Vorrichtung 1 verschiedenartige Batterien, insbesondere
mit unterschiedlichen Nennspannungen und Kapazitäten geladen werden. Batterieschäden durch
Anschluss an ein ungeeignetes Ladegerät sind somit vermieden. Ebenso
können
Batterieschäden
durch lange Stillstandzeiten vermieden werden. Durch die Erhaltungs-Ladung
mit Konstantstrom ist ein höherer
Ladezustand erreichbar und der Wasser- und Energieverbrauch sind gering. Die
Vorrichtung gemäß 1 weist
16 Anschluss-Stellen 3 auf. Es kann jedoch je nach Anwendung
und Einsatzgebiet eine beliebige Anzahl von Anschluss-Stellen 3 vorgesehen
sein. Gegebenenfalls kann die Vorrichtung 1 auch modular
aufgebaut sein, so dass die Vorrichtung 1 bedarfsweise
mit weiteren Anschluss-Stellen 3 erweitert werden kann.
Die Zeitspanne Δt1, die die Wartezeit zwischen zwei Erhalte-Ladevorgängen einer
Anschluss-Stelle 3 definiert, kann abhängig von der Anzahl der insgesamt
vorgesehenen Anschluss-Stellen 3 definiert sein.
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3 zeigt
den bereits vorbeschriebenen Signalverlauf, der den Verfahrensablauf
prinzipiell veranschaulicht. Der gezeigte Signalverlauf entspricht dabei
nicht genau dem tatsächlichen
Signalverlauf, der mit einer Schaltung gemäß 2 erzielt
würde, sondern
es ist durch unterschiedlich lange Zeitphasen für die Belegtsignalisierung,
das Zeitfenster für den
geschlossenen Kontakt K1 und den bei geschlossenem Kontakt K1 fließenden Ladestrom
die Funktionsfolge anschaulicher verdeutlicht.
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Zu
einem Zeitpunkt t0 wird eine geladene Batterie
an eine Anschluss-Stelle angeschlossen. Es beginnt eine Wartezeit Δt1, an deren Ende der Status der Belegt-Steuerleitung überprüft wird.
Da die Belegt-Steuerleitung zu diesem Zeitpunkt t1 einen
Signalpegel aufweist, der signalisiert, dass derzeit keine andere
Batterie geladen wird, schaltet die zugehörige Steuereinheit einen Belegt-Signalpegel
auf die Belegt-Steuerleitung, der verhindert, dass andere Batterien
mit dem Ladegerät
verbunden werden können. Nach
dem Beschalten der Belegt-Steuerleitung wird der Kontakt K1 für eine bestimmte
Zeitspanne geschlossen und die Verbindung zwischen dem Ladegerät und der
Anschluss-Stelle hergestellt. Innerhalb der Kontaktierung des Kontakts
K1 kann für
eine Zeitspanne Δt2 ein Ladestrom fließen, mit dem die Ladungserhaltung
der Batterie durchgeführt
wird. Nach Beendigung des Ladevorganges und Öffnen des Kontakts K1 wird
auch der Signalpegel an der Belegt-Steuerleitung umgeschaltet, und
die Steuereinheit lässt
erneut eine Zeitspanne Δt1 verstreichen, bis ein neuer Ladezyklus
gestartet wird.