DE1563820A1 - Batterieladeeinrichtung - Google Patents

Description

Ja Stone & Comp· (Deptiord) Limited, London S.S. 14

"Batterieladeeinrichtung¹¹

Die Erfindung betrifft eine Batterie- bzw. Akkumulator-Ladeeinrichtung Torzugsweise, aber nieht ausschließlich, für den Gebrauch in Eisenbahn-Fahrzeugen in Verbindung mit von der Fahrzeugachse angetriebenen Generatoren, durch die gleichzeitig die Beleuchtung, Heizung und andere Verbraucher im Fahrzeug versorgt werden·

Die bekannten Anordnungen zur Regelung derartiger Ladeeinrichtungen haben sich vor allem dann als nicht befriedigend erwiesen, wenn im Sinne der neuesten Entwicklungseinrichtung die Batterie bzw· der Akkumulator nur eine verhältnismässig geringe Amperestunden-Kapazitat aufweist, d.h* eine Kapazität, die kleiner als der dreifache Ausgangsstrom des Generators ist·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Mängel bekannter Ladeeinrichtungen der genannten Art zu beseitigen*

Demgemäß erfolgt bei einer Batterie- bzw· AkkumuXateren-Ladeeinrichtung mit einer über einen oder mehrere getrennte Gleichrichter mit der zu ladenden Batterie baw» dem zu ladenden Akkumulator und einem

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Für da· Auftragtvarhlllnli gilt dia Gebührenordnung dar Dautichan Patontanwaltikammer. - Garichttitand für Laiitung und Zahlung: Nürnberg.

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weiteren Verbraucher verbundenen Wechselstromquelle erfindungsgemäß die Regelung dieser WeeheelStromquelle - beispielsweise Regelung der felderregung eines Synchrongeniratorβ-durch einen Begier, der selbst zweifach in Abhängigkeit von der Klemmmenspannung der Batterie (bzw. des Akkumulatorβ) und/oder des Verbrauchers und in Abhängigkeit sowohl vom Auegangastrom der Wechselstromquelle einer als auch in Abhängigkeit vom Ladestrom der Batterie oder dem zum Verbraucher fliessenden Strom geregelt wird·

Besondere vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemässen Ladeeinrichtung» den Regler von der Klemmenspannung der Batterie und über Stromwandler-ZStromrichterschaltungen sowohl vom Ausgangsstrom des Wechselstromgenerator, als auch dem Batterieladestrom zu beeinflussen·

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Ladeeinrichtung sind in Reihe mit der Batterie bzw. dem Akkumulator ein Widerstand und parallel au dieser bzw, diesem ein SpannungBteiler-Stufenwiderstand geschaltet und ferner ist darin ein Transistor vorgesehen, der mit seiner Basis mit der Verbindungsleitung zwischen einem Ende des Spannungsteilers und der Batterie (bsw. des Akkumulators), mit seinem Emitter mit dem anderen *<nd· des in Reihe zur Batterie liegenden Widerstandes und mit seinem Kollektor mit einem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist, und schließlich ist der Regler zwischen dem anderen Ende des Spannungsteilers und einem weiteren Abgriff desselben derart geschaltet, daß ihm zusätzlich zum Batterieapannungssignal noch ein Kompoundierungasignal aufgeschaltet wird»

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Gemäss einem 'änderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Ladeeinrichtung werden die Batterie (bzw. Akkumulator) und der andere Verbraucher über einen gemeinsamen Gleichrichter versorgt und der Regler selbst wird in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Batterie und des Verbrauchers und in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom des Wechselstromgenerators mittels eines Stromwandler-Stromrichterkreises geregelt, wobei letzterer über die im Generator— ausgang liegende Wechselstromwicklung eines Transduktors parallel zum Ausgang des Wechselstromgenerators geschaltet und die Steuerwicklung des Transduktors so angeordnet ist, daßihn nur der Verbraucherstrom, nicht aber der Batterieladestrom zugeführt wird.

Nachfolgend werden an Hand der Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemässen Ladeeinrichtung beispielsweise erläuterte Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild eines Ausführuagsbeispieles einer erfindungsgemässen Ladeeinrichtung;

Fig. 1a schematisch die zur Ausfuhrungsform gemäß Pig. 1 gehörenden Spannungs- und Stromkennlinien;

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild eines zweiten

Ausfuhrungsbeispieles der erfindungsgemässen Ladeeinrichtung;

Pig, 2a schematisch die zur Schaltung gemässPig. 2 gehörenden Kennlinien ähnlich Pig. 1a;

Pig. 3 schematisch ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispieles der Ladeeinrichtung gemäss der Erfindung, und

Pig. 3a schematisch die zum Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 gehörenden Kennlinien ähnlich Fig. 1a.

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Bei dem in 3?ig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Ladeeinrichtung dient ein Drehstromgenerator zum Laden einer Batterie (bzw. eines Akkumulators) 2 und zur Versorgung eines Verbrauchers 3 über zwei voneinander unabhängige Ausgangsgleichrichter, nämlich den Gleichrichter 4 für die batterie und den Gleichrichter 5 für den Verbraucher 5· Der Drehstromgene~ rator 1 wird mittels eines Feldreglers 6 - beispielsweise vom an sich bekannten Transduktor - oder Traneistortyp geregelt·

Dadurch, daß der Hegler 6 einerseits von der Klemmenspannung der Batterie 2, andererseits vom Ausgangsetrom des Drehstromgenerators beaufschlagt w-ird, ergibt sich eine sog. Zweifaohehrakteristik, Der Generator 1 wird durch diese erfindungsgemässe Anordnung in der aus Fig. 1a ersichtlichen Art und Weise geregelt! Demnach wird die Generatorspannung va bis zu einem vorbestimmten Wert des Ausgangsstromes im wesentlichen konstant gehalten, worauf der Auegangsstrom des Generators 1 geregelt bzw· begrenzt wird und die Generatorspannung absinkt. Auf diese Weise wird der Generator 1 gegen übermässige Ausgangsströme geschützt.

Der Regler 6 wird aber außerdem noch von dem Batterie-Ladestrom beaufschlagt. Auch hier ergibt sich eine Zweifachregelung, indem die Batterie 2 bis zu einem vorbestimmten Ladestrom mit konstanter Spannung aufgeladen wird, worauf der Ladestrom geregelt bzw· begrenzt wird und die Ladespannung vb absinkt. Auf die*· Weise wird die Batterie 2 gegen übermäeeige Ladeströme geschützt.

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Handelt es sich bei dem Regler 6 um einen Regler vom iransduktor-Typ, so eignet sich für diesen die in Fig. 1 dargestellte Ausfüh- . rungeform der erfindungsgemässen Ladeeinrichtung, bei der die verschiedenen erwähnten Steuersignale als Spannungen parallel zu einer einzigen Steuerwicklung des Reglers 6 diesem aufgeschaltet werden· Der Regler 6 spricht jeweils nur auf diejenige Spannung an, die in einem gegebenen Zeitpunkt den größten Wert hat. Die Klemmenspannung der Batterie 2 wird dem Regler 6 unmittelbar über Zuleitungen 7 aufgeprägt« Die vom Ladestrom und dem Ausgangsetrom abhängigen Steuerspannungen werden von Stromwandlern 8 und 9 in Leitungen auf der Wechselstromaeite der zugeordneten Gleichrichter 4 bzw. 5 abgenommen. Die zugeordneten Sekundärwicklungen der Stromwandler 4 und 5» die jeweils einen einstellbaren Widerstand 10 im Nebenschluß aufweisen, sind mit der Steuerwicklung des Reglers 6 über zugeordnete Hilfsgleichrioater 11 bzw. 12 parallel verbunden. Die Klemmen der Batterie 2 sind mit der Gleichstromeeite des Ladegleichrichters 5 über eine Sperr«Diode 13 verbunden, die zwar eine Entladung der Batterie 2 zum Verbraucher 3 zulässt, eine Aufladung durch den Verbrauchergleichrichter 5 jedoch verhindert» Soll die Spannungskennlinie des Generators 1 mit wachsendem Ladestrom solange absinken, bis der vorbestimmte Wert des Ladestromes erreicht ist, so kann ein Kompofcndierungsaignal auf den Regler 6 zusätzlich zu dem Batterieepannungaeignal aufgeschaltet und die Anordnung so getroffen werden, daß dieses Koapoundierungssignal durch Übersteuerung ausgeschaltet wird, wenn der Ladestrom seinen vorbestimmten Wert erreicht hat.

Uat dies zu erreichen, ist gemaes Pig. 2 in Reihe zur Batterie 2 ein

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Widerstand 14 und parallel zur Batterie 2 ein Spannungsteilerwiderstand 15 geschaltet, Ferner ist in der erfindungsgemäseen Ladeeinrichtung bei diesem Ausführungebeispiel ein Transistor 16 rorgesehen, dessen Basis mit der Verbindungsleitung zwischen dem einen Ende der Widerstände 14» 15 und der Batterie 2, dessen Emitter mit dem anderen Ende des Widerstandes 14, und dessen Kollektor mit einem Abgriff 17 des Spannungsteiler-Widerstandes 15 verbunden sind. Die Steuerwicklung des Regler 6 isft parallel zu einem anderen Teilstück des Spannungsteilerwiderstandes 15 - nämlich dem Stück zwischen seinem anderen Ende und einem zweiten Abgriff 18 - geschaltet· -Bei dieser Anordnung arbeitet der Transistor 16 als veränderlicher Widerstand, der parallel zu einer mit dem Regler 6 verbundenen Regelstrecke liegt· Wachsender, durch den Widerstand 14 messender Ladestrom verursacht ein Abfallen des durch den Transistor 1€ gebildeten Widerstandes, so daß die geregelten Spannungen va und vb ebenfalls fallen·

Wie Pig. 2a zeigt, fallen daher sowohl die Generatorkennlinie, als auch die Ladekennlinie ab« Ist jedoch der vorbestimmte Ladestrom erreicht, so wird das zuvor dem Regler 6 aufgeschaltete Kompoundierung· signal durch das Stromsignal v· "übersteuert" und ausgeschaltet, wie in Fig. 2a durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist,

Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel •iner erfindungsgemässen Ladeeinrichtung werden die Batterie 2 und &·* weitere Verbraucher 3 von einem gemeinsamen Ausgangsgleicfericmter 45 versorgt. Der Regler 6 dient auch hierbei zur Zweifachregslung der Aufladung der Batterie 2. Die Spannungskomponente wird

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durch parallel zur Batterie 2 und zum Verbraucher 3 angeordnete Leitungen 7 abgenommen und dem Regler 6 aufgeprägt, während die Stromkomponente mittels eines Schaltkreises abgeleitet wird, der einen Stromwandler 9 und einen Gleichrichter 12 enthält und ähnlich der bereits beschriebenen Stromwandler-Gleichrichterschaltung ist, mit dem Unterschied, daß die Primärwicklung des Stromwandlers 9 parallel zu den Wechselstromwicklungen 19 eines Transduktors 20 geschaltet ist, der in einer Ausgangswechselspannungsleitung des Wechselstromgenerators 1 liegt· Die Steuerwicklung 21 dieses Transduktors 20 ist, wie aus Pig. 3 ersichtlich, derart angeordnet, daß sie von dem dem Verbraucher 3 zuzuführenden Strom bzw. einem Teil diesesSTromes durchflossen w-4rd, j©doch nicht vom Batterieiädestroa·

Bei dieser Anordnung bleibt der Abfall der Wechselspannung B--Transduktor 20 bei wachsender Last trotz wachsenden Generatorauegangs stromes im wesentlichen konstant, und dieserSpannungsabfall wird als atromabhängiges Signal auf die Steuerwicklung des Reglers aufgeschaltet, w-obei sich eine Spannungskennlinie ergibt, wie sie in Fig. 3a mit vb bezeichnet ist.

Diese Schaltung des Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäseen Ladeeinrichtung gemäss Pig· 3 schützt zwar als solche den Generator nicht gegen übermässigen Ausgangsβtrom, jedoch können für diesen Zweck leicht Strombegrenzungsmittel hinzugefügt werden· Wird eint fallende Kennlinie verlangt, kann diese durch die bereite oben beschriebenen, diesem Zwecke dienende Mittel erreicht werden·

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Zur Einstellung der Stromstärke, bei der die Spannungsregelung durch die Stromregelung ausgeschaltet w-ird, können an sich bekannte hierfür geeignete Mittel angewendet.werden. Erfolgt die Einstellung der Last stufenweise, so kann eine Kennlinienschar erhalten werden, wie sie beispielsweise in Fig. 3a durch die Einzelkennlinien va 1 j va 2; va 3 dargestellt ist.

Eine ähnliche erfindungsgemässe Regelungeanordnung kann auch verwendet werden, wenn es sich bei der Wechselstromquelle um das Versorgungsnetz handelt, wobei dann der Regler 6 so angeordnet wird, daß er die Eingangspannung aus dem Netz regelt. Ferner kann die Erfindung auch dann vorteilhaft verwendet·,· werden, wenn der Wechselstrom abwechselnd bzw. wahlweise entweder von einem Generator oder vom Versorgungsnetz bezogen wird.

Sie Erfindung umfaßt auch alle Teil- bzw. Unterkoabinationen der dargestellten und/oder beschriebenen Merkmale. Sie ist daher auch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt·

- Patentansprüche -

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Batterieladeeinrichtung mit einer über einen oder mehrere getrennte Gleichrichter mit der aufzuladenden Batterie (oder Akkuaulator) und einem anderen Verbraucher verbundenen Wechaelstroaquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die ^Regelung der Wechselstromquelle (1) durch einen Begier (6) erfolgt, der selbst zwlüifaeh in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Batterie (2) und/oder des Verbrauchers (3) und in Abhängigkeit sowohl vom Ausgangestrom der Wechselstromquelle (1), als auch vom Batterieladestrom oder vom zum Verbraucher (3) flies-•enden Strom geregelt wird»

   2· Ladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromquelle (1) ein Synchrongenerator ist, dessen felderregung vom Regler (6) geregelt wird*

   3» Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (6) von der Klemmenspannung der Batterie (2) und über Stromwandler-ZStromrichter-Schaltungen (8, 10, 11 bzw· 9, 10, 12) sowohl vom Ausgangsetrom des Wechselstromgenerators (1) als auch vom Batterieladestrom beaufschlagt wird»

   4· Ladeeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (14) in Reihe mit der Batterie (2) und ein Spannungsteiler-Stufenwiderstand (15) parallel zur Batterie (2) geschaltet sind, daß ein Transistor (16) mit seiner Basis mit der Verbindungeleitung zwischen einem Ende des Spannungsteuere (15) und der Batterie (2), mit seinem Emitter mit dem anderen

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   Ende dee in Reihe zur Batterie (2) liegenden Widerstandes (14), und dessen Kollektor mit einem Abgriff (17) des Spannungsteilers (15) rerbunden sind, und daß der Begier (6) zwischen dem anderen Ende des Spannungatellers (15) und einem weiteren Abgriff (18) desselben derart geschaltet ist, daß ihm zusätzlich zum Batteriespannungssignal noch ein Kompoundierungssignal aufgeschaltet wird« (Tig· 2 und 2a).

   5· Ladeeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS die Batterie (2) und der andere Verbraucher (3) Über einen gemeinsamen Gleichrichter (45) rersorgt werden, daß der Begier (6) selbst in Abhängigkeit von der Spannung an der Batterie (2) und am Verbraucher (3) sowie in Abhängigkeit rom Ausgangsstrom des Veohseletromgenerators (1) mittels einer Stromwandler-Stromrichterschaltung (9» 10, 12), die über die im Ausgang des Generaters (1) liegende Wechselstromwicklung (19) eines Transduktorβ (2ο) parallel ram Generatorauegang geschaltet ist, geregelt wird, und dafi ile Steuerwicklung (21) des Transduktors (20) nur den Verbraucherstrem, nicht aber den Batterieladeetrom führt. (Pig· 3 und 3a)·

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