DE1241898B - Batterieladegeraet mit einer Schaltungsanordnung zur Veraenderung des Ladegleichstromes, der ueber einen Wechselrichter erzeugt wird - Google Patents

Description

• Batterieladegerät mit einer Schaltungsanordnung zur Veränderung des Ladegleichstromes, der über einen Wechselrichter erzeugt wird Es ist bereits ein Ladegerät zum Aufladen einer Gleichstrombatterie bekannt, bei dem der Ladegleichstrom über einen Wechselrichter mit nachgeschaltetem, über einen Transformator angekoppeltem Diodengleichrichter aus einer Gleichspannung erzeugt wird. Dieses Ladegerät verwendet als Wechselrichter einen mechanischen Zerhacker und weist unter anderem den Nachteil auf, daß der abgegebene Ladegleichstrom nicht gesteuert oder geregelt werden kann. Es ist auch bereits bekannt, Wechselrichter mit einer Kondensatormittelpunktschaltung zu betreiben, deren Kondensatoren über die Primärwicklung eines Transformators geladen bzw. entladen werden. Zweckmäßig liegt, mit dem Mittelpunkt der Kondensatoren verbunden, eine Drosselspule mit der Primärwicklung des Transformators in Reihe, die auf Resonanz mit den Kondensatoren abgestimmt ist. Hierdurch nähern sich der Strom und die Kondensatorwechselspannung der Sinusform. Mit Vorteil wählt man die Größe der Kondensatoren so, daß bei Volllast die doppelte Amplitude der Sinusspannung an den Kondensatoren der Gleichspannung entspricht. Bei der Kontaktöffnung ist dann der jeweils in der Entladung befindliche Kondensator völlig entladen, so daß keine Energie für die Anbahnung einer Rückzündung vorhanden ist. Diese Tatsache hat zu einer erheblichen Steigerung der Betriebsspannung von Quecksilberstrahlwechselrichtern geführt, kommt aber in gleicherWeise auch elektronischenWechselrichtern zugute (z. B. mit Vierschichttrioden, Quecksilberdampf-Stromrichtergefäßen usw.).
• Wenn auch eine solche Schaltung für Schwingkontakte beispielsweise in dem deutschen Patent 730 955 beschrieben ist, so ist hier offenbar noch nicht die große Bedeutung dieser Schaltung für die Stromrichtertechnik richtig erkannt worden, da mit den Schwingkontakten nur kleine Leistungen bewältigt werden können.
• Schließt man an einen oben beschriebenen Wechselrichter auf der Sekundärseite des Transformators einen Halbleitergleichrichter an, um Akkumulatoren aufzuladen, so hat man einen Gleichspannungswandler hoher Leistungsfähigkeit zur Verfügung. Bei den Wechselrichtern mit Quecksilberstrahlgefäßen gelingt es, auf diese Weise Gleichspannungen von 3000 Volt in 24 Volt mit sehr hohem Wirkungsgrad umzuformen.
• Hieran knüpft die vorliegende Erfindung an. Sie betrifft ein Batterieladegerät mit einer Schaltungsanordnung zur Veränderung des Ladegleichstromes, der über einen selbstgeführten, fremdgesteuerten und in Reihenanordnung betriebenen Wechselrichter mit nachgeschaltetem und über einen Transformator angekoppelten Diodengleichrichter aus einer praktisch konstanten Gleichspannung erzeugt wird, unter Verwendung von zur Entlastung der Schaltelemente des Wechselrichters bestimmter, über den Verbraucherkreis abwechselnd auf- und entladener Blindwiderstände in Verbindung mit einem kapazitiven Spannungsteiler auf der Gleichspannungsseite, die zur Speisung des Wechselrichters vorgesehen ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß regelungstechnische, die Steuerkreise des Wechselrichters beeinflussende Mittel vorgesehen sind, mit denen durch Herabsetzung der Wechselrichterfrequenz bis auf den Wert Null mit zunehmender Annäherung an die maximale Batteriespannung selbsttätig der Ladestrom zunehmend bis auf den Wert Null herabgesetzt wird. Bei der vorgegebenen Betriebsspannung, z. B. 750 Volt Gleichspannung, nehmen die Kondensatoren je Polwechsel ein bestimmtes Energiequantum auf. Bei einer Resonanzschaltung, bei der den Kondensatoren Induktivitäten bestimmter Größe zugeordnet sind, kann dieses Quantum bis zur Resonanzfrequenz gesteigert werden. Fällt oder steigt die Frequenz, so nimmt die von den Kondensatoren übermittelte Wechselstromenergie ab. Wird die Frequenz z. B. vom maximalen Wert des Stromes bei 100 Hz allmählich bis auf 0 Hz vermindert, so fällt der Ladestrom ebenfalls auf Null ab. Ändert sich die zugeführte Netzspannung üblicherweise in den Grenzen von +20 bis -30"/o, so lassen sich somit diese Spannungsschwankungen durch Änderung der Frequenz zur Erhaltung eines gleichmäßigen Ladestromes ausgleichen. Weiterhin kann aber auch der Ladestrom in Abhängigkeit von der Batteriespannung so gesteuert werden, daß eine Überladung der Batterien vermieden wird und daß sich andererseits Ladung und Entladung annähernd das Gleichgewicht halten.
• Die weitere Erläuterung erfolgt an Hand der Figuren. Dabei zeigt F i g. 1 den Leistungskreis der verwendeten Schaltungsanordnung, während F i g. 2 einen zugehörigen Steuerkreis darstellt.
• In F i g. 1 liegen zwei Kondensatoren 1 und 2 in Reihe an beispielsweise einer Fahrdrahtspannung von 750 Volt. In der Mitte ist eine Resonanzdrossel 3 angeschlossen, die dafür sorgt, daß die Ströme auf der Primärseite des Transformators 4 und ebenso die Kondensatorspannungen sinusförmig werden. An der Sekundärwicklung des Transformators 4 ist der Halbleitergleichrichter 5 angeschlossen, der zur Pufferung der 24-Volt-Batterie 10 dient. Die Quecksilberzentrifuge 6, die von dem Anker 7 eines kleinen Gleichstrommotors angetrieben wird, entlädt abwechselnd die Kondensatoren 1 und 2. Je höher die Frequenz ist, um so größer ist der Ladestrom bis zur Resonanzspitze. Der Gleichstrommotor hat eine Feldwicklung 8, die unter Umständen durch einen Eisendraht-Wasserstoff-Widerstand 9 stabilisiert wird. Der Anker 7 des Gleichstrommotors mit den Anschlußpunkten C und D liegt in einer zunächst nicht näher dargestellten Schaltungsanordnung 11 mit den Anschlußpunkten A und B, die zur Regelung oder Steuerung der Frequenz des Wechselrichters bestimmt ist.
• Durch die Resonanzdrossel 3 entstehen im Primärkreis sinusförmige Ströme, während im Gleichstromkreis der Strom durch die Glättungsdrossel15 stark geglättet ist. Die Drossel 3 kann jedoch auch in Fortfall kommen. Durch die Kondensatoren 1 und 2 fließen dann stark geglättete Ströme, so daß sich deren Spannung nicht sinusförmig, sondern geradlinig ändert.
• F i g. 2 zeigt als Beispiel eine ausgeführte Schaltungsanordnung für einen Umrichter zur Regelung der Aufladung bzw. Pufferung einer 12zelligen Bleibatterie 10 nach F i g. 1. Der Zusammenhang mit dem Gegenstand der F i g. 1 ergibt sich mit den Anschlußpunkten A, B, C und D.
• Der kleine Antriebsmotor des Quecksilberstrahl-Wechselrichters mit den Schaltkontakten 6 ist ein Nebenschlußmotor, dessen Feldwicklung 8 von der Batterie 10 gespeist wird, was in der F i g. 1 dargestellt ist. Der Anker 7 des Motors wird über einen Leistungstransistor 21 (p-n-p-Flächentransistor) gespeist, der wieder von einem Vortransistor 22 (ebenfalls ein p-n-p-Flächentransistor) gesteuert wird. Abgesehen von einigen Anpassungswiderständen ist hauptsächlich noch eine Gruppe von Zenerdioden 23 vorhanden, die zum Spannungsvergleich mit der Batteriespannung herangezogen wird. An den einzelnen Positionen sind zwei Spannungswerte angegeben, von denen der linke dem vollen Ladestrom, der rechte dem Ladestrom Null entspricht. Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Hat die Batteriespannung z. B. 24 Volt, so herrscht an der Zenerdiode eine Spannung von 22 Volt, so daß sich am Spannungsteilerwiderstand 24 des zugehörigen Spannungsteilers eine Differenzspannung von 2 Volt ergibt. Die Basis des Transistors 22 hat über den Teilwiderstand 25 und den Begrenzungswiderstand 27 eine so geringe Spannung, daß dieser Transistor 22 undurchlässig ist. Durch den Spannungsteilerwiderstand 26 wird die Batteriespannung von 24 Volt so aufgeteilt, daß die Basis gegenüber dem Emitter des Transistors 21 eine negative Spannung hat, so daß dieser also durchlässig ist. An dem Anker 7 liegen jetzt 23,8 Volt, so daß z. B. in dem Quecksilberstrahlgefäß mit den Elektroden 6 eine Frequenz von 100 Hz erzeugt wird und der volle Ladestrom fließt.
• Steigt jetzt mit Ende des Ladezustandes die Batteriespannung (an 10) z. B. auf 28 Volt, so bleibt die Spannung an den Zenerdioden 23 von 22,9 Volt mit 5,1 Volt gegenüber der Batteriespannung zurück. Hiermit steigt jetzt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 22 von -0,4 auf -1 Volt an, so daß dieser durchlässig wird und die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 21 kurzschließt. Der letztere wird hierdurch gesperrt, der Anker 7 kommt zum Stillstand, der Ladestrom geht auf Null zurück.
• Zwischen diesen beiden Endzuständen sind auch verschiedene Zwischenzustände möglich. Bei dieser Schaltung wird sogar schwankende Netzspannung mit ausreguliert, da die Schaltung sehr empfindlich den Ladestrom in Abhängigkeit von der Batteriespannung steuert.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Batterieladegerät mit einer Schaltungsanordnung zur Veränderung des Ladegleichstromes, der über einen selbstgeführten, fremdgesteuerten und in Reihenanordnung betriebenen Wechselrichter mit nachgeschaltetem und über einen Transformator angekoppeltem Diodengleichrichter aus einer praktisch konstanten Gleichspannung erzeugt wird, unter Verwendung von zur Entlastung der Schaltelemente des Wechselrichters bestimmter, über den Verbraucherkreis abwechselnd auf- und entladener Blindwiderstände in Verbindung mit einem kapazitiven Spannungsteiler auf der Gleichspannungsseite, die zur Speisung des Wechselrichters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß regelungstechnische, die Steuerkreise des Wechselrichters beeinflussende Mittel vorgesehen sind, mit denen durch Herabsetzung der Wechselrichterfrequenz bis auf den Wert Null mit zunehmender Annäherung an die maximale Batteriespannung selbsttätig der Ladestrom zunehmend bis auf den Wert Null herabgesetzt wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung eines mechanischen Wechselrichters, insbesondere mit rotierendem Flüssigkeitsstrahl, der für die Betätigung der Kontaktgabe bestimmte Antriebsmotor aus einer Transistoranordnung (21, 22) gespeist wird, die durch Vergleich der Batteriespannung (an 10) mit einer vorzugsweise von einer Zenerdiode (23) erzeugten Normalspannung mit zunehmender Annäherung an die maximale Batteriespannung zunehmend gesperrt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 634 424, 634 490, 687 868, 725 545, 730 955; deutsche Auslegeschriften Nr. 1013 777, 1023 090, 1044 244; französische Patentschrift Nr. 1201775;