-
Vorrichtung zum Laden elektrischer Akkumulatoren Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Laden von elektrischen Akkumulatoren unter Verwendung eines
den Ladevorgang beendenden Ladeschalters.
-
Bei der Ladung von elektrischen Akkumulatoren ist bisher ein sogenannter
Ladeschalter verwendet worden, durch welchen bei Ladebeginn die Klemmenspannung
der Batter$,,Z.B. mittels eines Spannungsüberwachungsrelais, überwacht wird, bis
die Gasungsspannung
(z.B. bei Bleiakkumulatoren 2,4 V/Zelle) erreicht
ist. Darauf erfolgt die Einschaltung einer zeitlich einstellbaren Nachladung. Die
Endabschaltung erfolgt mit Hilfe eines Zeitlaufwerkes, das den Ladestrom eine bestimmte
Zeit nach Erreichen der Gasungsspannung (bei Bleiakkumulatoren im allgemeinen 2
bis 4-Stunden) unterbricht. Außerdem muß eine Sicherheitsabschaltung etwa 12 Stunden
nach Ladungsbeginn vorgesehen sein für den Fall, daß die Gasungsspannung aus irgendeinem
Grund (Zellenschluß, Verschlammung) nicht erreicht wird; diese bekannten Ladeschalter
sind verhältnismäßig aufwendig und arbeiten nicht immer mit großer Sicherheit.
-
Es ist auch eine Schaltung zur Ladung von elektrischen Akkumulatoren
bekannt, bei welcher der Ladestrom von einem Amperestundenzähler überwacht wird.
Dabei wird in Abhängigkeit von der in der Akkumulatorenbatterie gespeicherten Energie
der Ladestrom zunächst herabgesetzt und schlid3lich ganz abgeschaltet (USA-Patentschrift
1 240 590). Hier ist für den Amperestundenzählr, der mit einem Schaltkontakt ausgerüstet
sein muß, und für die elektrisch steuerbare Schaltvorrichtung ein erheblicher Aufwand
erforderlich. Außerdem sind die dort verwendeten mechanischen Kontakte, insbesondere
der als GMtkontakt ausgebildete Schaltkontakt, in starkem Maße der Abnutzung unterworfen.
Der
Erfindung liegt -die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Laden von elektrischen
Akkumulatoren zu schaffen, die bei einfachem Aufbau mit großer Sicherheit arbeitet.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Auslösung des Ladeschalters
eine von einem dem Ladestrom proportionalen Strom durchflossene elektrochemische
Schaltzelle vorgesehen ist.
-
Derartige elektrochemische Schaltzellen sind an sich bekannt. Sie
sind in der Lage, ein Strom-Zeit-Integral zu bilden. Die Zelle bewirkt, wenn sie
von einem geringen Strom durchflossen wird, zunächst einen vernachlässigbar kleinen
Spannungsabfall. Nach Aufnahme einer bestimmten Amperestundenzahl steigt der Spannungsabfall
an der Zelle aber sprungartig an. Bei Verwendung einer solchen elektrochemischen
Schaltzelle gemäß der Erfindung ergibt sich eine einfache und sehr sicher arbeitende
Ladeschaltung für elektrische Akkumulatoren.
-
Vorzugsweise besteht der Ladeschalter aus einer ausgangsseitig ein
Relais speisenden elektronischen Verstärkerschaltung, vorzugsweise einer Transistor-Verstärkerschaltung,
die beispielsweise zweistufig ausgebildet und mit einer Rückkopplung versehen sein
kann.
Der Ladeschalter braucht natürlich nicht notwendigerweise
ein Relais zu enthalten. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine kontaktlos
arbeitende Schaltvorrichtung, beispielsweise unter Verwendung eines elektronischen
Schaltelements, wie z.B. eines Halbleiter-Schaltelements, oder eines magnetischen
Schaltelements, wie z.B. eines Transduktors, zu verwenden.
-
Zur Erzeugung eines dem Ladestrom proportionalen Stromes kann ein
elektronisches Verstärkerelement, vorzugsweise ein Transistor-Verstärkerelement,
vorgesehen sein, das eingangsseitig von einer dem Ladestrom proportionalen Spannung
beaufschlagt ist und ausgangsseitig in Reihe mit einer Spannungsquelle an die elektrochemische
Schaltzelle angeschlossen ist. Beispielsweise kann ein primärseitig im Ladewechselstromkreis
liegender Stromwandler vorgesehen sein, der sekundärseitig einen Gleichrichter speist,
an dessen Ausgang der Eingangskreis des die,elektrochemische Schaltzelle speisenden
elektronischen Verstärkerelements angeschlossen ist. Der Gleichrichter kann durch
einen Widerstand abgeschlossen sein, dem vorzugsweise ein Glättungskondensator parallelgeschaltet
ist. Vorzugsweise ist der den Gleichrichter abschließende Widerstand einstellbar,
um so die Schaltungsanordnung verschiedenen Akkumulatoren anpassen zu können.
Die
Spannungsquelle kann aus einem Kondensator bestehen, der durch einen vom Wechselstromnetz
gespeisten Gleichrichter aufgeladen wird.
-
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
-
In der Zeichnung sind mit 10 und 11 die Wechselstrom-Eingangsklemmen
bezeichnet, die über einen Arbeitskontakt n des Relais N an die Primärwicklung des
Gleichrichtertransformators Trl (z.B. Streutransformator) angeschlossen sind. Die
Sekundärwicklung des Transformators Trl ist über die Primärwicklung eines Stromwandlers
Tr2 an die Eingänge einer Gleichrichterbrücke Grl angeschlossen. 12 und 13 sind
die Ausgangsklemmen des Gleichrichtergerätes, die an die zu landende Akkumulatorenbatterie
angeschlossen werden.
-
Die Sekundärwicklung des Strmmwandlers Tr2 ist an die Gleichrichterbrücke
Gr2 geführt, die ausgangsseitig von einem veränderbaren Widerstand Wil überbrückt
ist. Vorzugsweise ist noch ein Glättungskondensator C1 vorgesehen.
-
Der Transistor T1 ist mit seinem Eingangskreis über einen Widerstand
Wi2 an den veränderbaren Widerstand Wil angeschlossen.
Der Ausgang
dieses Transistors T1 ist über den Widerstand Wi2 und einen als Spannungsquelle
dienenden Kondensator C2 an eine elektrochemische Schaltzelle ES angeschlossen.
In diesem Kreis liegt noch ein Ruhekontakt hl eines Relais H.
-
Der Kondensator C2 wird durch die Mittelpunkt-Gleichrichterschaltung
Gr3 aufgeladen, die über den Transformator Tr3 gespeist wird. Der Transformator
Tr3 wird primärseitig über einen von Hand betätigbaren Schalter S1 aus dem Netz
gespeist. Parallel zur Primärwicklung des Transformators Tr3 ist ein Relais N vorgesehen,
in dessen Speiseleitung ein weiterer Ruhekontakt h2 des Relais H vorgesehen ist.
-
Parallel zur elektrochemischen Schaltzelle ES liegt der Eingangskreis
eines weiteren Transistors T2, der ausgangsseitig über einen Widerstand W15 an den
Eingang eines weiteren Transistors T3 angeschaltet ist, dessen Eingangskreis von
einem Widerstand Wi3 überbrückt ist. Zwischen den beiden Transistoren T2 und T3
ist eine Rückkopplung unter Verwendung einer Diode D und eines Widerstandes W14
vorgesehen, um so einen schnelleren Schaltvorgang zu erzielen. Im Ausgangskreis
des zweistufigen Verstärkers T2, T3 liegt die Erregerwicklung eines Relais H.
-
Der Ladeschalter LS umfaßt die von der strichpunktierten
Linie
eingeschlossenen Schaltelemente.
-
Die Arbeitsweise der dargestellten Schaltung ist folgende: Es wird
zunächst der Druckschalter S1 bestätigt, wodurch das Netzrelais N erregt und damit
der Arbeitskontakt n geschlossen und damit der Gleichrichter eingeschaltet wird.
Über den Stromwandler Tr2 und den Gleichrichter Gr2 wird an dem Widerstand Wil eine
Spannung erzeugt, die dem die GleichrichterbrUcke Grl speisenden Wechselstrom proportional
ist. Diese Spannung steuert den Transistor T1, dessen Widerstand in der Emitter-Kollektor-Strecke
ebenfalls dem die Gleichrichterbrücke Grl speisenden Wechselstrom proportional ist.
Infolgedessen wird die elektrochemische Schaltzelle ES aus der Spannungsquelle C2
mit einem Strom gespeist, der dem Ladestrom proportional ist.
-
Der Spannungsabfall an der elektrochemischen Schaltzelle ES ist zunächst
sehr klein, so daß der dieser-Schaltzelle ES eingangsseitig parallelgeschaltete
Transistor T2 nicht ausgesteuert wird. Hat aber die elektrochemische Schaltzelle
ES eine bestimmte Amperestundenzahl aufgenommen, so steigt ihr Innenwiderstand sprungartig
an, so daß an ihr ebenfalls
sprungartig ein wesentlicher Spannungsabfall
auftritt, der den Transistor T2 und über diesen auch den Transistor T3 aussteuert.
Durch den Rückkopplungszweig D, Wi4 wird eine sehr schnelle Aussteuerung der beiden
Verstärkerstufen T2, T3 erreicht. Dadurch wird die Erregerwicklung des Relais H
erregt, und es wird der Ruhekontakt hl@geöffnet und damit der Stromfluß über die
elektrochemische Schaltzelle ES unterbrochen. Ferner wird der weitere Ruhekontakt
h2 geöffnet und damit die Erregung des Relais N unterbrochen und der Kontakt n geöffnet,
womit der Gleichrichtertransformator Trl vom Netz abgeschaltet und somit die Ladung
beendet wird.
-
Bei der Ladung wird der Schalter S2 umgelegt, so daß die elektrochemische
Schaltzelle ES nunmehr in entgegengesetzter Richtung von der Spannungsquelle C2
gespeist wird.
-
Mit Hilfe des die Gleichrichterbrücke Gr2 abschließenden Widerstandes
Wil, der veränderlich ist, kann die an der Basis-Emitter-Streeke des Transistors
T1 liegende Spannung verändert werden, wodurch wiederum der die elektrochemische
Schaltzelle ES durchfließende Strom verändert ist. Auf diese Weise kann die Vorrichtung
an die Kapazität einer zu ladenden Akkumulatorenbatterie angepaßt werden.
Natürlich
kann anstelle eines Netzschützes N auch eine andere Schaltvorrichtung verwendet
werden, beispielsweise eine kontaktlos arbeitende Schaltvorrichtung, wie z.B. eine
elektronische Schaltvorrichtung, insbesondere ein Halbleiter-Schaltelement, oder
ein magnetisches Schaltelement, beispielsweise in Form eines Transduktors.
-
Ebenso kann die geschilderte Arbeitsweise auf ein Drehstromgerät angewendet
werden.