DE1763162B2

DE1763162B2 - Ladeeinrichtung fuer eine gasdicht verschlossene batterie

Info

Publication number: DE1763162B2
Application number: DE19681763162
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Henry Gainesville Fla Mullersman (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-04-28
Filing date: 1968-04-13
Publication date: 1973-06-14
Also published as: US3531706A; CH468101A; JPS4745462B1; DE1763162C3; DE1763162A1; GB1211439A; FR1565095A; NL6805985A

Description

Die Anmeldung bezieht sich auf eine Ladeeinrich-

tung für eine gasdicht verschlossene Batterie mit einer Stromquelle, aus der der Batterie ein pulsierender Ladestrom für eine Schnellauflaüung zuführbar ist, und mit einer Vorrichtung zum schnellen Unterbrechen des Schnellaufladestroms, die eine Batteriespannungsmeßvorrichtung enthält.

Gasdicht verschlossene elektrische Batterien werden wegen ihrer Unempfindlichkeit und der elektro-Iytischen, keine Wartung erfordernden Stabilität in immer größerem Umfang verwendet. Eine Schwierigkeit, die einer allgemeinen weitverbreiteten Benutzung derartiger gasdichter Batterien im Wege steht, stellt die Tatsache dar, daß derartige Batterien im Inneren beim Überladen ein Gas in solchem Umfang erzeugen, daß das Gehäuse auf Grund des zunehmen-

den Gasdruckes zerreißt. Diese Folgen einer Überladung können sowohl für Menschen als auch die mit der Batterie zusammen betriebenen Einrichtungen gefährlich sein. Aus diesem Grund wurde bei neuerdings für kommerzielle Zwecke hergestellten gasdichten Batterien eine Zellenkonstruktion zu entwickeln versucht, die selbst bei verhältnismäßig langzeitiger Überladungdem inneren Gasdruck standhält, vorausgesetzt, daß die Ladung bei verhältnismäßig niederem Leistungsniveau erfolgt.

Diese Entwicklung führte zu einem ausgedehnten Gebrauch von gasdicht verschlossenen Batterien in Verbindung mit Kleinladcrn, worunter Ladegeräte zu verstehen sind, die kontinuierlich der Batterie einen schwachen Ladestrom zuführen Oerartige Kleinlader sind für Anwendungsgebiete sehr gut geeignet, bei welchen die gasdichte Batterie nur unregelmäßig oder nur mit verhältnismäßig kleiner Leistung entladen wird. Bei derartigen Fällen ist die Zeit, während welche die Batterie unter Ladung gehalten werden muß, nicht besonders nachteilig. Jedoch gibt es viele Anwendungsfiillc, bei denen die Verwendung von gasdicht verschlossenen Batterien praktisch nicht möglich ist. da die Batterie wei'en der erforderlichen langsa-

men Aufladung eine zu lange Zeit im Ladekreis gehalten werden muß.

Bekannt ist (deutsche Auslegeschrift 1203 362) eine wechselstromgespeiste Ladeeinrichtung für Akkumulatorenbatterien mit einer auf die Klemmspannung ansprechenden spannungsempfindlichen Anordnung, zu der in Reihe ein steuerbarer Halbleiterwiderstand geschaltet ist, bei der der Strom über die spannungsempfindliche Anordnung und den steuerbaren Halbleiterwiderstand beeinflußt wird durch die Größe der Amplitude der vom Innenwiderstand der zu ladenden Batterie abhängigen, dem Ladestrom überlagerten Halbwelle der Wechselspannung, die ihrerseits den Halbleiterwiderstand steuert. Hierdurch soll vermieden werden, daß der während der Ladeimpulse jeweils auftretende Spannungsanstieg an den Batterieklemmen die Ansprechspannung der zur Batterie parallelgeschalteten spannungsempfindlichen Anordnung erreicht oder übersteigt und eine vorzeitige Unterbrechung der Ladung auslöst. Mit der zu diesem Zweck vorgenommenen Beeinflussung des Auslösestroms durch einen von den Ladeimpulsen gesteuerten Halbleiterwiderstand ist jedoch eine genaue Einhaltung des für die Abschaltung der Ladung angestrebten Zeitpunkts nicht möglich bzw. nicht auf jeden Fall sichergestellt. Vielmehr wird nicht zu vermeiden sein, daß infolge verschiedener Einflüsse, wie der Spannungsverhältnisse auf der Wechselstromseite und der verhältnismäßig geringen Spannungsänderungen auf der Gleichstromseite, besonders bei niedriger ZeI-tcnzahl der Batterie, eine verfrühte oder verspätete Abschaltung der Ladung erfolgt, so daß entweder die angestrebte Ladespannung nicht erreicht wird oder eine unerwünschte Gasentwicklung entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Ladegerät einen hohen Genauigkeitsgrad der Abschaltung zu ermöglichen.

Sie erreicht dies bei einer Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Batteriespannungsmeßvorrichtung derart betreibbar ist, daß sie die Batteriespannung nur in der Zeit zwischen den Ladestromimpulsen mißt, und daß die Batterieladeeinrichtung eine das Unterbrechen des Schnellaufladestromes während eines Ladestromimpulses derart verhindernde Vorrichtung enthält, daß ein Unterbrechen des Schnellaufladestromes nur zwischen Stromimpulsen und nur dann erfolgen kann, wenn die zwischen den Ladeimpulsen gemessene Batteriespannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

Auf diese Weise wird also die Überwachung des Ladezustandes der Batterie völlig unabhängig vom eigentlichen Ladevorgang gemacht und die größtmögliche Gewähr für eine Abschaltung der Ladung im gewünschten Zeitpunkt geschaffen. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Eine hervorzuhebende Ausgestaltung der Ladeeinrichtung der Erfindung besteht darin, daß sie einen die Temperatur der Batterie erfassenden Temperaturfühler enthält, der in Abhängigkeit von dieser Temperatur den vorbestimmten Batteriespannungs- »■crt festlegt. Somit können bei der Ladung etwa sich einstellende Temperaturerhöhungen keinen falschen L.ule/ustand der Batterie vortäuschen und nicht zu einer vorzeitigen Unterbrechung dei I .idung Anlaß gehen.

Demnach können mit der Einrichtung der Erfindung gasdicht verschlossene Batieiii n, die keine Überladung aushalten, gefahrlos bis zu ihrer vollen Ladekapazität aufgeladen werden, während gasdicht verschlossene Batterien, die bis zu einem gewissen Grad überladbar sind, in sehr viel kürzerer Zeit wieder voll aufgeladen werden.

An Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm der Ladeeinrichtung gemaß der Erfindung,

F i g. 2 eine erste schaltungsmäßige Ausführungsform der Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fi g. 3 eine weitere Ausführungsform der Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung,

•5 Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform der Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung.

Eine schnelle Aufladung einer gasdicht verschlossenen Batterie bis zu einem Punkt kurz vor dem Erreichen der vollen Ladung kann vorteilhafterweise mit einer in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellten Schaltung erfolgen. Die Wechselstromquelle 1 liefert die elektrische Energie für eine Gleichrichterstufe und

Leistungssteuerung 5, von der ein pulsierender Gleichstrom der einen Anschlußklemme der gasdichten Batterie 9 über die Leitung 7 zugeführt wird. Die Leitung 11 stellt schematisch die Verbindung zwischen der Wechselstromquelle und der zweiten Anschlußklemme der gasdichten Batterie dar. Eine spannungsabhängige Steuerung 13 liegt über die Leitungen 15,17 und 19 in Serie mit einer Pufferstufe 21 parallel zu der gasdichten Batterie 9. Durch die spannungsabhängige Steuerung 13 wird bewirkt, daß der Lei-

stungssteuerung ein Signal zugeführt wird, wenn sich an den Klemmen der gasdichten Batterie ein bestimmtes Potential einstellt.

Es ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß sichergestellt wird, daß die spannungsabhängige Steuerung auf das Potential der gasdichten Batterie anspricht und nicht auf das an die Anschlußklemmen der gasdichten Batterie während des Ladevorgangs anliegende Potential. Um dies zu erreichen, ist mit der spannungsabhängigen Steuerung

die Pufferstufe 21 verbunden. Die Pufferstufe gewährleistet, daß vorübergehende Potentialspitzen, die auf Grund der Impedanz der gasdichten Batterie oder ihrer Anschlußteile infolge des pulsförmigen Ladestroms auftreten können, die spannungsabhängige Steuerung nicht ansprechen lassen. Dadurch wird verhindert, daß das bestimmte Potential, bei welchem die spannungsabhängige Steuerung die Schnellaufladung beendet, nicht vorzeitig festgestellt wird.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Potential, bei welchem ein Signal an die spannungsabhängige Steuerung zum Beenden der Schnellaufladung angelegt wird, nicht nur eine Funktion des an den Klemmen der gasdichten Batterie auftretenden Potentials ist. Das Potential der Batterie, bei welchem

⁶" ein Signal der spannungsabhängigen Steuerung zugeführt wird, ändert sich ~uch in Abhängigkeit von der Temperatur der gasdichten Batterie. Zur Steuerung dieses Parameters ist ein thermischei Integrator 23 mit der gasdichten Batterie gekoppelt. Der thermische

Integrator ist vorzugsweise innerhalb der gasdichten Batterie vorgesehen und stellt ein Teil derselben dar. Die Leitungen 25 und 27 verlaufen /wischen der spannunpsabhänuijien Steuerung und dem thermi-

sehen Integrator einerseits und andererseits zwischen dem thermischen Integrator und der Leistungssteuerung. Diese Verbindungsleitungen stellen nur schematisch den elektrischen Einfluß des thermischen Integrators auf diese Stufen dar. Eine ähnliche Überwachungsfunktion kann auch durch die Anordnung der Pufferstufe erzielt werden. Verschiedene Möglichkeiten der elektrischen Verknüpfung können beim Aufbau der Schaltung in Erwägung gezogen werden, wovon einige spezielle Ausführungen nachfolgend beschrieben werden.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der Ladeeinrichtung kann ein Kleinlader 29 vorgesehen sein, der über einen durch die Leitungen 31 und 33 gebildeten Nebenweg angeschlossen ist und einen schwachen Ladestrom kontinuierlich der gasdichten Batterie zuführt. Dieses Merkmal der Erfindung ist jedoch auf derartige Batterien begrenzt, die eine langzeitige geringe Überladung ohne Schaden aushalten.

In Fig. 2 ist eine spezielle Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine Schnelladeeinrichtung 100 mit einer gasdicht verschlossenen Batterie 102 über die Anschlußklemmen 104, 106 und 108 verbunden ist.

Die dargestellte Batterie besteht aus einer Serienschaltung von einzelnen wiederaufladbaren Zellen 110, die zwischen der positiven Klemme 104 und der negativen Klemme 108 mit einer Sicherung 112 in Serie geschaltet sind. Zwischen der negativen Klemme 108 und der für die Überwachung vorgesehenen Klemme 106 liegt ein Thermistor 114. Es ist gleichgültig, ob der Thermistor in Serie zur Sicherung 112 liegt oder diese überbrückt. Das Gehäuse der gasdicht verschlossenen Batterie ist mit 116 bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, daß sowohl der Thermistor als auch die Sicherung innerhalb des gasdicht verschlossenen Gehäuses angeordnet ist. Die Anordnung dieser Elemente innerhalb des Gehäuses ist nicht nur wegen der besseren thermischen Leitfähigkeit im Inneren der Batterie wünschenswert, sondern auch wegen der Verringerung eines bedeutenden UiiSRicb^des zwischen der durch den Thermistor und die Sicherung festgestellten Temperatur und der Temperatur, die tatsächlich im Inneren eines gegebenen Batterieaufbaus erreicht wird.

Die Schnelladeeinrichtung ist für den Anschluß an eine Wechselstromquelle mit z.B. 110 Volt und 60 Hz geeignet. Zwischen die Wechselstromquelle und die Schaltung der Schnelladeeinrichtung ist ein Spannungstransformator 118 geschaltet, dessen Eingangsklemmen 120 und 122 an der Wechselstromquelle und dessen Ausgangsklemmen 124 und 126 mit der Schnelladeeinrichtung verbunden sind. Der Transformator besitzt vorzugsweise eine hohe Impedanz, die schematisch durch den Widerstand 128 angedeutet wird, so daß die Einflüsse sich ändernder Netzspannung verändert werden. Die Ausgangsklemme 126 liegt an der negativen Klemme 108 der Batterie.

Die Klemme 124 ist mit der Anodenleitung eines Thyristors 130 verbunden, dessen Kathodenleitung über die Eingangsklemme 132 mit der Schalteinheit 134 verbunden ist. Die Ausgangsseite der Schalteinheit 134 liegt über die Ausgangsklemme 136 an der positiven Klemme 104 der Batterie. Auf der Eingangsseite der Schalteinrichtung ist ferner eine Klemme 140 vorgesehen, die den Überbrückungs kontakt mit der Torelektrode des Thyristors verbin det. Die Ausgangsseite besitzt ferner eine Klemme 138, die an einer Uberbrückungsspule liegt. Über einen Widerstand 142 und einen Gleichrichter 144 ist der Überbrückungskontakt und die Torelektrode ferner mit der Anodenleitung des Thyristors verbunden.

Ein weiterer Nebenweg zwischen der Anode und der Kathode des Thyristors wird durch die elektrische Verbindung von der Kathode des Thyristors zum Anodenanschluß des Gleichrichters über einen Widerstand 148 geschaffen.

ίο Die mit einem Reed-Schalter versehene Schalteinrichtung umfaßt ferner eine Spule 150, die die Eingangs- und Ausgangsklemmen miteinander verbindet. Das Magnetfeld dieser Spule wirkt auf die Zungen des Reed-Schalters 152 ein, der zwischen der Eingangsklemme 132 und der Überbrückungsklemme 140 liegt. Es ist ferner eine weitere Spule 154 vorgesehen, die einen der Spule 150 entgegengesetzt gerichteten magnetischen Fluß erzeugt. Die Spule 154 liegt zwischen der Ausgangsklemme 136 und der über die

so Parallelschaltung des Thermistors 156 und des Widerstands 158 angeschlossenen Klemme 138. Der Thermistor und der Widerstand dienen der Kompensation der temperaturabhängigen Feldveränderung der Spule 154. Die Ausgangsklemme der Schalteinrich-

*5 tung 134 liegt, wie bereits erwähnt, an der positiven Klemme 104 der Batterie, während die Klemme 138 der Überbrückungsspule über den veränderbaren Widerstand 160 an die Überwachungsklemme 106 angeschlossen ist. Zwischen der Klemme 108 und 106 liegt ein Widerstand 162.

Für den Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 2 wird die gasdicht verschlossene Batterie 116 an die positive und negative Klemme 104 und 108 sowie an die Überwachungsklemme 106 angeschlossen. Anschließend werden die Eingangsklemmen 120 und 122 des Transformators 118 mit einer Wechselstromenergk beaufschlagt. Unter der Bedingung, daß der Thyristor 130 eingeschaltet ist, fließt ein Strom in einer Rieh tung, der einen Teil des an den Ausgangsklemmen des Transformators zur Verfügung stehenden Gesamtwechselstromes ist. Damit fließt ein pulsierende ι Gleichstrom vom Transformator über dessen Aus gangsklemme, den Thyristor und die Spule 150 7iii Batterie und ladet diese mit verhältnismäßig hohe!

Geschwindigkeit auf. Es fließt ferner ein weiterei Strom über den Nebenweg aus dem Gleichrichter 144 und dem Widerstand 148, welche die Anode und die Kathode des Thyristors miteinander verbinden. Dieser Strom fließt kontinuierlich, selbst dann, wenn de ι

so Thyristor nicht leitend ist. Jedoch ist dieser Strom sehi niedrig im Vergleich zu dem über den Thyristor flie ßenden Strom, da die Stromstärke von dem Wert de¹ Widerstandes 148 bestimmt wird. Der über dieser Nebenweg fließende Strom bewirkt eine permanente

Ladung der gasdicht verschlossenen Batterie mit ge ringer Stromstärke, nachdem die Schnellaufladum der Batterie beendet ist.

Das Potentialniveau an der Torelektrode des Thy ristors bestimmt, ob der Thyristor Strom führt odei nicht. Während einer schnellen Aufladung befinde sich der Arbeitskontakt 152 des Reed-Schalters in of fener Lage, so daß der über den Gleichrichter 14- und den Widerstand 142 der Torelektrode zugefühi te Gleichstrom diese auf dem bezüglich der Anode rieh

tigen Potential und damit den Thyristor im leitendei Zustand hält. Wenn andererseits der geschlossene Kontakt 152 des Reed-Schalters die Kathode mit de Torelektrode verbindet und damit diese auf gleichen

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Potential liegen, dann bleibt der Thyristor im nicht leitenden Zustand.

Daraus ergibt sich, daß der Thyristor als Gleichrichter und Leistungsschalter wirksam ist, während der Reed-Schalter der Steuerung des Thyristors dient. Während jedes Stromimpulses wird durch den in der Spule fließenden Strom ein Magnetfeld erzeugt, das den Kontakt des Reed-Schalters zu öffnen sucht. Diesem Magnetfeld wirkt das von der Spule 154 erzeugte magnetische Feld entgegen, das den Kontakt des Reed-Schalters zu schließen versucht. Neben dem Einfluß der Spule 154 auf die Thermistoren und die Widerstände 158, 160 und 162, welcher nachstehend diskutiert wird, ist diese Spule auch mit den beiden Klemmen der gasdicht verschlossenen Batterie und den Ausgangsklemmen des Transformators verbunden. Es ergibt sich, daß während jedem Gleichstromimpuls an der Spule 154 ein Potential entsteht, das der Ladespannung an der Batterie entspricht, während zwischen den Gleichstromladeimpulsen das an der Spule 154 auftretende Potential der Spannung der Batterie entspricht.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß während der Ladeimpulse nur die Differenz der von der Spule 150 und der Spule 154 erzeugten Magnetfelder auf den Reed-Schalter wirkt, wogegen während der Intervalle zwischen jeweils zwei Ladeimpulsen das gesamte von der Spule 154 erzeugte Magnetfeld zur Verfügung steht, um den Arbeitskontakt des Reed-Schalters zu schließen. Dies ist ein wichtiges Merkmal, da hierdurch eine vorzeitige Beendigung der schnellen Aufladung verhindert wird. Das Magnetfeld der von dem Ladestrom durchflossenen Spule 150 ist gleich oder größer als der vorübergehende Spitzenwert des Magnetfeldes, welches von der Spule 154 während der Ladeimpulse erzeugt wird. Auf Grund dieser Tatsache kann der Arbeitskontakt des Reed-Schalters während der Ladeimpulse nicht geschlossen werden. Dadurch wird jegliche Möglichkeit ausgeschaltet, daß der Reed-Schalter von dem Ladepotential oder, was sehr viel wichtiger ist, von der zyklischen dem Ladepotential überlagerten Pulsspannung geschlossen wird. Dies soll an Hand eines Beispiels erklärt werden, jedes Mal, wenn der Thyristor leitend wird, erzeugt er einen Spannungsimpuls. Wenn die Spule 150 in der Schaltung fehlen würde, könnte dieser Spannungsimpuls eine vorzeitige Beendigung der schnellen Aufladung verursachen. Mit dem Vorhandensein der auf den Ladestrom ansprechenden Spule in der Schaltung wird sichergestellt, daß das Potential an der auf die Spannung zwischen zwei Ladeimpulsen ansprechenden Spule 154 ein größeres Magnetfeld erzeugt als zwischen der Aufladung hervorgerufen werden kann,und daß das Schließpotential des Schalters nahe bei dem maximalen gewünschten Potential der gasdicht verschlossenen Batterie zum Zeitpunkt der Beendigung der schnellen Aufladung liegt.

Obwohl diese Vorteile der Erfindung teilweise auch dadurch realisiert werden könnten, daß die Spule 154 direkt mit der negativen Klemme der Batterie unter Auslassung der Thermistoren und der Widerstände 158,160 und 162 sowie der Klemme 106 verbunden wird, sind diese Elememe doch von besonderer Wichtigkeit, da ihre Funktion die Ladeeinrichtung verbessert. Der Thermistor 156 und der Widerstand 158 dienen der Kompensation von temperaturabhängigen Veränderungen der Leitfähigkeit der Spule 154. Zumindest der Thermistor 156 ist mit der Spule 154 in thermisch leitender Verbindung montiert. Vorzugsweise sind jedoch sowohl der Thermistor 156 als auch der Widerstand 158 im Inneren der Schalteinheit 134 angeordnet. Während der Widerstand der Spule 154 mit zunehmender Temperatur anzusteigen versucht, nimmt der Widerstand des Thermistors wegen des negativen Temperaturkoeffizienten mit ansteigender Temperatur ab. Die Parallelschaltung des Thermistors 156 und des Widerstands 158 führt zu einem Netzwerk, das sich wie ein Thermistor allein verhält, jedoch eine größere Linearität aufweist.

Der Widerstand 162 und der Thermistor 114 sind zur Anpassung des maximalen Potentials für die schnelle Aufladung an die Temperatur der Batterie

'5 vorgesehen. Es ist nämlich bekannt, daß das maximale Ladepotential, bis zu welchem die Batterie rasch aufgeladen werden kann, eine Funktion ihrer Temperatur ist. In der vorliegenden Schaltung wird die Temperatur der Batterie festgestellt und die schnelle Aufladung in Abhängigkeit von dem Potential der Batterie und der Temperatur beendet. Daher ist es möglich, die Batterie bis in die unmittelbare Nähe der vollen Ladekapazität selbst für Temperaturen innerhalb eines großen Temperaturbereichs schnell aufzuladen.

Der Thermistor 114 und der Widerstand 162 in Parallelschaltung bewirken eine Widerstandsabhängigkeit von der Temperatur, welche sich mehr einer umgekehrten Proportionalität nähert. Während der Thermistor in unmittelbarer thermischer Verbindung mit

den Zellen der gasdicht verschlossenen Batterie stehen muß und daher vorzugsweise innerhalb der Batterie angeordnet ist, muß der Widerstand 162, der von der Temperatur weniger beeinflußt wird, nicht in thermischer Verbindung mit der Batterie stehen und kann daher Teil der Ladeeinrichtung sein. Wenn der Thermistor 114 im Inneren der Batterie angebracht

wird, wird er ein Teil derselben und wird als nicht mehr zu der Ladeeinrichtung gehörig betrachtet.

Da es wünschenswert sein kann, das maximale an die Batterie angelegte Potential während des Ladevorgangs zu ändern, wird ein veränderbarer Widerstand 160 zwischen den Klemmen 106 und 138 vorgesehen. Aus Sicherheitsgründen ist eine Sicherung 112 innerhalb der Batterie vorgesehen, welche in Abhängigkeit von der Temperatur den Ladekreis öffnet, wenn aus irgendeinem Grund die schnelle Aufladung nach dem Erreichen der vollen Ladekapazität nicht abgeschaltet wird.

An Stelle der Sicherung kann auch ein druckemp-

findlicher Schalter innerhalb der gasdicht verschlossenen Batterie vorgesehen werden.

Eine Ladeeinrichtung mit einer Vollweggleichrichtung ermöglicht eine schnellere Aufladung als eine solche mit einer Einweggleichrichtung. Außerdem

wird die Gleichstromquelle besser ausgenutzt. Um die Ladeeinrichtung für einen Vollwegbetrieb zu verwenden, ist es erforderlich, daß an die Klemmen 24 und 26 eine vollweggleichgerichtete Spannung angelegt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein

Vollweggleichrichterzwischen die Klemmen 120,122 und 124, 126 eingeschaltet wird.

In Fig. 3 ist eine andere Ladeeinrichtung 400 für eine gasdicht verschlossene Batterie 402 dargestellt, die eine positive Klemme 404, eine negative Klemme

408 und eine Überwachungsklemme 406 aufweist. Die Batterie 402 besteht aus einer Vielzahl einzelner Zellen 410. Analog zu der Batterie 110 gemäß Fi g. 2 ist ein Thermistor 414 vorgesehen. Die gasdicht ver-

schlossene Batterie 402 besitzt gegenüber der Batterie 416gemäß Fig. 2 keine Sicherung, jedoch ist ein Widerstand 462 vorgesehen, der parallel zum Thermistor innerhalb der Batterie geschaltet ist und daher als Teil der Batterie zu betrachten ist.

Die Ladeeinrichtung umfaßt einen Transformator 418 mit den Eingangsklemmen 420 und 422 und den Ausgangsklemmen 424 und 426. Die Ausgangsklemme 426 ist direkt mit der negativen Klemme 408 der Batterie verbunden. Die Ausgangsklemme 424 liegt an dem Anodenanschluß eines Gleichrichters 444, dessen Kathodenanschluß mit einer ersten Kontaktklemme 446 verbunden ist. Der Arbeitskontakt 450 eines durch eine Spule betriebenen Schalters oder Relais liegt zwischen dem ersten Kontaktanschluß und dem zweiten Kontaktanschluß 448. Die den Ladestrom führende Spule 452 des vorzugsweise als Reed-Schalter aufgebauten Kontaktes ist zwischen die zweite Kontaktklemme 448 und die positive Klemme der Batterie geschaltet. Somit ist die Ausgangsklemme 424 mit der positiven Klemme 404 der Batterie über die Serienschaltung aus dem Gleichrichter, einem Arbeitskontakt eines Reed-Schalters und der den Ladestrom führenden Spule des Reed-Schalters verbunden. Ein Widerstand 454 kann wahlweise zwischen die erste und zweite Kontaktklemme geschaltet werden und einen Nebenweg bilden, der eine kontinuierliche leichte Aufladung nach dem Beenden der schnellen Aufladung zuläßt.

Eine Spule 456 eines Reed-Schalters mit einem Ruhekontakt ist in Serie mit den Kontakten 458 des Reed-Schalters parallel zum Eingang des Transformators geschaltet. Eine von der Batteriespannung beaufschlagte Spule 460 des Reed-Schalters ist mit der Überwachungsklemme und der positiven Klemme der Batterie derart verbunden, daß sie parallel zu derselben Hegt. Der von der Spule betriebene Schalter besteht somit aus einem Ruhekontakt 450 und einer Spule 456 und ist derart aufgebaut, daß der Kontakt 450 beim Fehlen eines Stromes in der Spule geschlossen bleibt.

Der Reed-Schalter besteht aus der vom Ladestrom durchflossenen Spule 452, der von der Batteriespannung beaufschlagten Spule 460 und dem Kontakt 458. Er unterscheidet sich in seinem konstruktiven Aufbau von dem Reed-Schalter 134 des vorausgehend beschriebenen Beispiel? in der Weise, daß die Elemente, die die temperaturabhängige Leitfähigkeit der Spule kompensieren sollen, weggelassen sind. Wenn nämlich die Ladeeinrichtung derart aufgebaut ist, daß die Elemente in einer gut belüfteten Umgebung angeordnet sind und/oder eine niedrige Umgebungstemperatur angenommen wird, ändert sich die Spannung nur unbedeutend in Abhängigkeit von der Temperatur. In jedem Fall wird die Änderung der Leitfähigkeit der Spule 460 den für viele Fälle gewünschten Umfang der Ladungssteuerung nicht beeinflussen.

Beim Betrieb der Ladeeinrichtung 400 wird eine Schneiladung für die gasdicht verschlossene Batterie 402 dadurch eingeleitet, daß die Batterie über die Klemmen 404, 406 und 408 an die Ladeeinrichtung angeschlossen wird. Gleichzeitig werden die Eingangsklemmen 420 und 422 des Transformators 418 an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Die Gleichstromimpulse werden über die Ausgangsklemmen 424 und 426 angelegt und der Batterie 410 über den Gleichrichter 444, den Ruhekontakt 450 und die Spule 452 zugeführt.

Die Beendigung der raschen Aufladung wird durch den resultierenden Fluß der Spule 452 und der in entgegengesetzter Richtung gewickelten Spule 460 bewirkt. Es entspricht, wie bereits erwähnt, einem Merkmal der Erfindung, daß der resultierende Fluß derart wirkt, daß der Reed-Kontakt 458 infolge des Potentials an der Batterie 410 und nicht auf Grund der an die Batterie angelegten Ladespannung geschlossen wird. Der Widerstand 462 und der Thermistör 414 legen zusammen die maximale Spannung fest, bei welcher die schnelle Aufladung der Batterie beendet wird.

Wenn die gasdicht verschlossene Batterie eine auf den Zustand der Ladung bezogene vorgegebene Temperatur erreicht, wird von der Spule 460 ein genügend großes Magnetfeld erzeugt, das in Überwindung des von der Spule 452 erzeugten gegensätzlichen Magnetfeldes den Kontakt 458 des Reed-Schalters schließt. Dadurch wird ein Strompfad zwischen den Klemmen 420 und 422 durch die Spule 456 aufgebaut. Der Strom durch die Spule verursacht die Öffnung des Kontakts 450 und eine Unterbrechung des Stromflusses von der einen zur anderen Ausgangsklemme des Transformators. Wenn ferner eine langsame kontinuierliche Aufladung gewünscht wird, liefert der Widerstand 454 einen Nebenweg über den geöffneten Kontakt 450, über den ein kleiner Ladestrom der Batterie fortlaufend zugeführt wird. Selbstverständlich kann dieser Widerstand 454 auch weggelassen werden.

wenn diese Kleinladung nicht gewünscht wird.

Bei den vorausgehend beschriebenen Ladeeinrichtungen wird für die Beendigung der schnellen Aufladung in jedem Fall die Einfügung der magnetfeldbetriebenen Schalter erforderlich. Um zu zeigen, daü

derartige Schalter nicht unbedingt zum Erreichen dei erfindungsgemäßen Wirkung notwendig sind, ist ir. Fig. 4 eine weitere Ladeeinrichtung 500 dargestellt. die vollständig aus ruhenden elektronischen Bauteilen aufgebaut sein kann. Die Ladeeinrichtung ist über

eine positive Klemme 504, eine negative Klemme 506 und über Überwachungsklemmen 508 und 510 mit der gasdicht verschlossenen Batterie 502 verbunden Die einzelnen aufladbaren Zellen 512 der Batterie liegen in Serie zwischen der positiven und negativen

Klemme, wogegen die Überwachungsklemmen mit einem Thermistor verbunden sind, der mit der Batterie in thermischer Verbindung steht.

Die Ladeeinrichtung umfaßt einen Transformator 518 mit hoher Impedanz, der Eingangsklemmen 520

und 522 und Ausgangsklemmen 524 und 526 aufweist. Die Ausgangsklemme 526 liegt an der negativen Klemme der Batterie, wogegen die positive Ausgangsklemme 524 mit der Batterie über einen ersten Thyristor 528 verbunden ist. Der Anodenanschluß des ersten Thyristors liegt an der Klemme 524, während der Kathodenanschluß mit der Klemme 530 verbunden ist. Die Klemme 530 ihrerseits steht mit der positiven Klemme 504 der Batterie in Verbindung. Der erste Thyristor besitzt eine Torelektrode, die mit der Klemme 532 verbunden ist, welche, wenn sie auf einem geeigneten Potential gehalten wird, eine schnelle Aufladung der Batterie zuläßt.

Um die Torelektrode des ersten Thyristors auf dem richtigen Potential zum Zünden und damit zum schnellen Aufladen zu halten, sind ein Gleichrichter 534 und ein damit in Serie geschalteter Widerstand 536 zwischen die Anode und die Torelektrode des ersten Thyristors geschaltet.

Um das Zünden des ersten Thyristors zu verhindern, ist ein ^weiter Thyristor 540 vorgesehen, dessen Anodenanschluß 538 über einen Widerstand 542 mit der Torelektrode des ersten Thyristors verbunden ist. Die Klemme 544 in der Kathodenlcitung des zweiten Thyristors ist mit der Ausgangsklemme 526 verbunden. Wenn damit die Klemme 546 des zweiten Thyristors auf einem geeigneten Potential gehalten wird, um den zweiten Thyristor zu zünden, wird die Klemme 532 des ersten Thyristors auf ein Potential gebracht, bei dem der erste Thyristor nicht zünden kann.

Um das Potential an der Torelektrode 546 des iweiten Thyristors und damit die wahlweise Zündung des zweiten Thyristors zu steuern, ist diese Torelektrode an den Abgriff 548 eines Potentiometers 550 ^J5 iiher eine Zenerdiode 552 angeschlossen. Zur Stabilisierung kann ein Kondensator 554 und ein Widerstand S56 parallel zwischen die Klemmen 546 und 526 geschaltet werden, die ein RC-Filter darstellen. Das Potentiometer liegt zwischen der negativen Klemme 506 und der Überwachungsklemme 510. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Stromverzweigung zwischen den Überwachungsklemmen 508 und 510 durch die Parallelschaltung des Thermistors 514 und des Widerstandes 558 bewirkt wird. Der Thermistor ist als in der Batterie angeordnet dargestellt, wogegen der Widerstand 558 als zu der Ladeeinrichtung gehörig dargestellt ist. Die Überwachungsklemme 508 steht mit der positiven Klemme 504 über einen Transistor 560 in Verbindung. Der Kollektoranschluß 562 des Transistors ist mit der Überwachungsklemme 508 verbunden, während der Emitteranschluß 564 des Transistors mit der positiven Klemme 504 in Verbindung steht. Damit wird, wenn der Basisanschluß 566 des Transistors in geeigneter Weise vorgespannt ist, das Potentiometer zwischen der positiven und der negativen Klemme der Batterie in Serie mit der Parallelschaltungaus dem Widerstand 558 und dem Thermistor 514 vom Strom üurchflossen.

Der Basisanschluß des Transistors liegt über der Serienschaltung aus dem Gleichrichter 570 und dem Widerstand 568 an der Ausgangsklemme 524 des Transformators. Es sei darauf hingewiesen, daß der Gleichrichter 570 in der Schaltung vorgesehen ist, um einen gegenüber dem Gleichrichter 534 entgegengesetzten Stromfluß zuzulassen. Der Widerstand 571 verbindet den Anschluß 532 mit dem Anschluß 530, um den zweiten Thyristor im leitenden Zustand zu halten, wenn dieser gezündet ist. Die Schaltung wird durch einen Widerstand 572 vervollkommnet, der die Kathode des Gleichrichters 534 mit der Kathode des ersten Thyristors verbindet und über den durch den ersten Thyristor gebildeten Nebenweg eine kontinuierliche leichte Aufladung für die Batterie zuläßt.

Im Betrieb der Ladeeinrichtung gemäß F i g. 4 wird die Torelektrode 532 des ersten Thyristors 528 anfänglich über den Gleichrichter 534 und den Widerstand 536 auf dem richtigen Potential gehalten, damit der erste Gleichrichter zündet und eine Schnellaufladung der Batterie 502 infolge des pulsierenden Gleichströme? durch den ersten Thyristor zuläßt.

Während der nichtladenden Halbwelle des Wechselstromzyklus fließt ein Strom über den Gleichrichter 570 zu der Basis 566 des Transistors 560 und steuert diesen in den Sättigungszustand, so daß ein maximaler Strom vom Kollektor 562 zum Emitter 564 fließt. Der dabei entstehende Spannungsabfall am Potentiometer 550stellt ein Maß für das Potential zwischen der positiven und negativen Klemme der Batterie dar. Das abgegriffene Potential wird in Abhängigkeit von der Temperatur auf Grund des Einflusses des Widerstandes 558 und des Thermistors 510 in einer Weise modifiziert, wie sie im Zusammenhang mit dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Es sei wiederum bemerkt, daß das Potential der Batterie in einer solchen Weise abgegriffen wird, daß es das wahre Batteriepotential und nicht das an diese angelegte Potential darstellt. Damit wird wiederum eine frühzeitige Beendigung der schnellen Aufladung vermieden.

Der Abgriff 548 des Potentiometers ist derart eingestellt, daß, wenn das auf die Temperatur eingestellte maximale Potential zwischen den Klemmen der Batterie festgestellt wird, die Bezugsspannung der Zenerdiode 552 erreicht ist. Damit wird bei einer bestimmten temperaturbezogenen Spannung die Torelektrode 546 des zweiten Thyristors auf das richtige Potential gebracht, um diesen zu zünden. Im Augenblick der Zündung des zweiten Thyristors verändert sich das Potential an der Torelektrode 532 des ersten Thyristors auf einen Wert, bei welchem der erste Thyristor nicht gezündet werden kann. Damit wird die schnelle Aufladung der Batterie beendet, jedoch geht eine langsame Aufladung über den Widerstand 572 und den Gleichrichter 534 weiter.

Bei gewissen Anwendungsfällen der Erfindung kann es wünschenswert sein, das Potential an der Batterie ohne die Bewertung des zu erwartenden Po.entials am Transistor unter Sättigungsbedingunge 1 festzustellen. Das kann z.B. der Fall sein beim Aufladen einer einzigen Zelle, bei dem das Gesamtladepotential niedrig ist. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform für die Ladeeinrichtung dargestellt, bei der diese Modifikation durchgeführt wird. Die Elemente, welche mit der Ladeeinrichtung gemäß Fig. 4 übereinstimmen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Ladeeinrichtung 600 unterscheidet sich von der Ladeeinrichtung 500 dadurch, daß das Potentiometer 550 direkt zwischen die positive und negative Klemme 504 und 506 über den Widerstand 558 und den Thermistor 514 angeschlossen ist. Aus der Darstellung geht hervor, daß offensichtlich die Klemme 508 und 504 zu einer einzigen Klemme vereinigt werden kann. Der Transistor 560 ist. anstatt über das Potentiometer an die Batterie angeschlossen zu sein, mit seinem Kollektoranschluß 562 an die Basis eines Transistors 602 angeschlossen. Der Emitter 604 des Transistors 602 liegt an der negativen Klemme 506, während der Kollektor 606 mit der Basis eines dritten Transistors 60f verbunden ist. Der Kollektor und die Basis des Tran sistors 602 und 608 sind über einen Widerstand 60" mit der Klemme 504 verbunden. Der Emitter 610 de! dritten Transistors liegt an der negativen Klemme während der Kollektor 612 mit dem Abgriff des Po tentiometers verbunden ist.

Im Anwendungsfall ist der dritte Transistor 608 lei tend, wenn der erste Thyristor gezündet ist. Dami hält der Abgriff 548 des Potentiometers das Potentia an der Torelektrode 546 des zweiten Thyristors in wesentlichen auf dem Potential der Kathode 544. De zweite Thyristor wird dadurch am Zünden gehinderi unabhängig von dem an der Batterie liegenden Poten tial. Während der nichtladenden Halbwellen jede Wechselstromschwingung wird der Transistor 560 lei tend und macht den zweiten Transistor 602 leitend so daß ein Strom vom Emitter 604 zum Kollektor 6öi

fließt. Dadurch wird das Basispotential des dritten Transistors auf ein Niveau gebracht, das im wesentlichen gleich dem Potential des Emitters 610 ist. Dadurch wird der dritte Transistor nicht leitend gemacht und das wiederum ermöglicht die Entwicklung eines

Potentials zwischen der Torelektrode 546 und der Kathode 544 des zweiten Thyristors. Damit kann der zweite Thyristor während des nicht ladenden Teils eines jeden Zyklus im leitenden Zustand gehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ladeeinrichtung für eine gasdicht verschlossene Batterie mit einer Stromquelle, aus der der Batterie ein pulsierender Ladestrom für eine Schnellaufladung zuführbar ist, und mit einer Vorrichtung zum schnellen Unterbrechen des Schnellaufladestroms, die eine Batteriespannungsmeßvorrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannungsmeßvorrichtung (154,460,552) derart betreibbar ist, daß sie die Batteriespannnng nur in der Zeit zwischen den Ladestromimpulsen mißt, und daß die Batterieladeeinrichtung eine das Unterbrechen des Schnellaufladestromes während eines Ladestromimpulses derart verhindernde Vorrichtung (130, 450, 528) enthält, daß ein Unterbrechen des Schneilaufladestromes nur zwischen Stromimpulsen und nur dann erfolgen kann, wenn die zwischen den Ladeimpulsen gemessene Batteriespannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, zum Laden einer einer Überladung durch langsame Aufladung standhaltenden Batterie, gekennzeichnet durch einen Langsamaufladungskreis (144 bis 148, 454, 534 bis 572), der der Vorrichtung zum Unterbrechen des Schnellaufladestromes (130, 450, 528) parallel geschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer magnetisch betätigbaren, eine Batteriespannungsmeßspule aufweisenden Vorrichtung zum Unterbrechen des Schnellaufladestromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine von den Ladestromimpulsen durchflossenc Gegenspule (150,452) aufweist, die die Vorrichtung bildet, die ein Unterbrechen des Schnellaufladestromes während eines Ladestromimpulses verhindert.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Unterbrechen des Schnellaufladestromes ein Reed-Schalter (150-154-152, 460-452-458) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine die Leitfähigkeit eines Stromquellen-Shuntkreises (550-558-562-564, 602-562-564) während der Dauer jedes Ladestromimpulses verringernde Schaltung (560, 568, 570) enthält.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leitfähigkeit verringernde Schaltung eine mit Festkörperbauelementen aufgebaute Steuerschaltung umfaßt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Gleichrichter (570) und einen Transistor (560) enthält und daß der Gleichrichter mit der Basis des Transistors derart verbunden ist, daß er diesen während der Ladestromimpulse in den nichtleitenden Zustand steuert.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieladekreis eine Transformatorwicklung (518), und einen ersten Thyristor (528) aufweist, der periodisch in den leitenden Zustand steuerbar ist, und die Steuerschaltung einen zweiten Thyristor (540) enthält, der nur dann in den leitenden Zustand steuerbar ist.

wenn die Batteriespannung den vorbestimmter Wert erreicht hat.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen die Tempera tür der Batterie erfassenden Temperaturfühlei (114, 414, 514) enthält, der in Abhängigkeit vor dieser Temperatur den vorbestimmten Batteriespannungswert festlegt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der TemperaturfühJer (114_; 414, 514) aus einem Thermistor besteht,

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Temperaturfühler ein ohmscher Widerstand (162, 462. 558) liegt. .

12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler in dem abgedichteten Gehäuse der Batterie (116, 402, 502) angeordnet ist.