DE1909727B2 - Ladegerät zum Aufladen einer elektrischen Batterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Ladegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der GB-PS 10 97 451 ist ein Batterieladegerät dieser Gattung bekannt.

Wenn der in eine elektrische Batterie fließende Ladestrom unterbrochen wird, sinkt sofort die Klemmenspannung ab. Die Zeit, welche verstreicht, bis die Klemmenspannung um einen bestimmten Betrag oder bis auf einen festgelegten unteren Grenzwert abgesunken ist, ist vom Ladezustand zur Zeit der Stromunterbrechung (und von einem gegebenenfalls anschließend fließenden Entladestrom) abhängig. Wenn beispielsweise eine Blei-Säurebatterie während des Ladens eine Klemmenspannung von 2,5 V je Zelle erreicht hat, aber noch nicht voll aufgeladen ist, so wird bei einer Unterbrechung des Ladestroms die Klemmenspannung ίο vielleicht in einer Minute um 0,2 V auf 2,3 V je Zelle fallen. Wird nun der Ladestrom wieder eingeschaltet, sobald die Klemmenspannung diese 2,3 V erreicht hat, und dann einige Zeit später erneut unterbrochen, so wird es diesmal länger dauern, bis die Klemmenspannung wieder bis auf 2,3 V je Zelle absinkt Bei jeder Abschaltung des Ladestroms wird die Zeit bis zum Erreichen der 2,3 V langer dauern als bei der jeweils vorhergehenden Unterbrechung, bis die Batterie einen stabilen Zustand der vollen Aufladung erreicht hat.

Danach bleibt die Zeit, die nach einer Unterbrechung des Ladestroms bis zum Absinken auf die gewählten 2,3 V je Zelle verstreicht, konstant. Die oben und im folgenden gewählten Spannungswerte sind für einige Arten von Blei-Säurebatterien typisch, doch kann man auch mit anderen Spannungswerten arbeiten. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß die vorbestimmte Spannung, auf die man die Batterie absinken läßt, niedriger int als die Klemmenspannung, die möglicherweise bei der Aufladung erreicht wird.

Wenn also der Ladestrom periodisch unterbrochen wird, so werden die aufeinanderfolgenden Zeitabschnitte, in denen die Klemmenspannung um ein bestimmtes Maß oder bis zu einem bestimmten Wert abfällt, länger werden und eine konstante Maximaldauer erreichen, bei

.15 welcher die Batterie nicht mehr oder nur geringfügig weitergeladen werden muß. Die Änderung — oder auch statt dessen die Änderungsrate — dieser Zeitabschnitte kann daher als zuverlässiger Hinweis darauf gewertet werden, daß die gewünschte Aufladung im wesentlichen vollendet ist.

Viele bei einer Batterie auftretende Schwierigkeiten werden durch fehlerhaftes Aufladen verursacht, und zwar nicht selten wegen der Schwierigkeit, die richtige Einstellung des Regelteiles zu gewährleisten, da diese

sich wesentlich mit Änderungen der Herstellungsart, des Alters, der Temperatur und der Arbeitsbedingungen der Batterie ändern kann. Die bekannten, bisher üblichen Ladekonii'uileinrichiungen beenden die Aufladung entweder vollständig, oder sie verkleinern den Ladestrom in Abhängigkeit von Kenngrößen der Batterieladung, wie z. B. der Spannung, der Gasentwicklung oder der Temperatur, die aber alle voneinander abhängig, oder mit der Herstellung, dem Alter und den Betriebsbedingungen der Batterie unterschiedlich sind.

Diese Lage läßt sich durch ein periodisches Nachjustieren verbessern, was aber meistens vergessen wird.

Aus der GB-PS 10 02 760 ist ein Ladegerät bekannt, bei dem der Ladestrom wiederholt abgeschaltet und bei Absinken der Batteriespannung auf einen bestimmten Wert wieder eingeschaltet wird, doch geschieht dies lediglich zur Änderung eines Mittelwertes des Ladestroms in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie.

Aufgabe der Erfindung ist, ein einfach aufgebautes Ladegerät anzugeben, mit dem der Ladevorgang

b5 selbsttätig gesteuert werden kann, ohne daß die Steuerschaltung durch Spannungsänderungen außerhalb der Batterie aufgrund des Ladestroms beeinträchtigt wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Da bei dem hier beschriebenen Ladegerät die Regelspannung bei offenem Ladekreis gemessen wird und nicht während des Fließens eines- starken Ladestroms, werden Fehler aufgrund des Leitungswiderstands und des Übergangswiderstands der Kontakte und ähnlicher Faktoren verringert oder vermieden.

Das Gerät kann so aufgebaut sein, daß es auf die algebraische oder statt dessen auf die proportionale Änderung oder statt dessen auf die Änderungsrate der Ladepausen oder auf irgendeine andere Verhaltensweise dieser Pausen anspricht.

Das Gerät kann eine Einrichtung enthalten die zur Beendigung des Ladevorgangs oder einer Phase der Aufladung den Ladekreis endgültig unterbricht oder abändert, wenn der Strom innerhalb einer bestimmten Zeitdauer nicht wieder eingeschaltet worden ist, oder wenn das Verhältnis der Dauer einer Ladepause zur Dauer einer vorangegangenen Ladepause einen bestimmten Wert übersteigt. Um zu gewährleisten, daß die Aufladung in keinem Fall unbegrenzt fortsgesetzt wird, kann man statt dessen auch eine Einrichtung für das Gerät vorsehen, die zur Beendigung des Ladevorgangs oder einer Aufladungsphase den Ladekreis endgültig unterbricht oder abändert, wenn die Zeitsumme der Ladepausen einen bestimmten Wert übersteigt.

Wenn sich also ergibt, daß die erforderliche Aufladung vollendet ist, kann der Ladestrom endgültig abgeschaltet werden. Statt dessen kann auch die Laderate herabgesetzt und/oder ein Zeitwerk in Gang gesetzt werden, wodurch die Aufladung während einer bestimmten weiteren Zeitdauer fortgesetzt wird. In einer weiteren Vorrichtung kann ein Ladebetrieb eingeleitet werden, während dessen einem verhältnismäßig kurzen Ladestromimpuls eine Ladepause folgt, die solange dauert, bis die Spannung bei offenem Ladekreis auf einen bestimmten Wert absinkt, worauf ein weiterer Ladestromimpuls angelegt wird.

Wenn bei einer bevorzugten Ausführungsform eine voll entladene Batterie an das Ladegerät angeschlossen wird, wird der Ladestrom für eine bestimmte Zeit von z. B. einer Viertelstunde fließen, und dann mittels eines Zeitwerks automatisch ausgeschaltet werden, bis die Batteriespannung bei offenem Ladekreis auf einen bestimmten Wert von z. B. 2,3 V je Zelle im Falle einer Blei-Säurebatterie abfällt, worauf er wieder eingeschaltet wird. Wenn die Batterie stark entladen ist, wird dieser Spannungsabfall schnell erfolgen, so daß die Zeitintervalle zwischen den Stromabschnitten oder -impulsen sehr kurz sind. Wenn sich die Batterie dem Zustand einer vollen Ladung nähert, wird die Spannung langsamer absinken, und die Zeitintervalle werden länger werden, so daß sich ihre Gesamtdauer schnell dem vorbestimmten Wert nähert, bei welchem die Hauptladung abgeschlossen ist.

Das Gerät schaltet dann automatisch auf ein abgewandeltes Betriebsprogramm um, das für einen Dauerladebetrieb geeignet ist und das man unbegrenzt weiterlaufen lassen kann. In diesem Fall ist die Dauer eines jeden Ladeimpulses vorzugsweise verhältnismäßig kurz, z. B. fünf Minuten, und der vorbestimmte Spannungswert kann etwas niedriger sein als der bei der Hauptladung gewählte Wert, z. B. im Falle einer Blei-Säurebatterie 2,2 V je Zelle, so daß das Verhältnis der Pausen zu den Stromimpulsen größer ist, solange die Batterie voll geladen ist.

Beispielsweise im Falle von Batterien, die über Nacht an ein Ladegerät angeschlossen werden, kann es geschehen, daß eine teilweise geladene Batterie mitten in der Nacht den Zustand der Volladung erreichen wird. In diesem Fall werden von Anfang an die Ladepausen verhältnismäßig lang sein, so daß sie sich in relativ kurzer Zeit zu dem vorbestimmten Wert summieren und die Hauptladung beenden werden, weil die Batterie voll geladen ist.

Der Ladestrom kann dann ganz abgeschaltet werden, doch leitet vorzugsweise das Ende der Hauptladung einen Dauerladebetrieb ein, in dessen Verlauf die Batterie mit kurzen Ladestromimpulsen gespeist wird, denen jeweils eine Ladepause folgt, deren Dauer von der Zeit abhängt, welche die Spannung bei offenem Ladekreis benötigt, um auf einen niedrigeren Wert von z. B. 2,2 V je Zelle abzusinken. Diese kurzen Ladestromimpulse und die ihnen folgenden vergleichsweise langen Pausen können unbegrenzt fortgesetzt werden, bis die Batterie am Morgen zu ihrer weiteren Verwendung abgeholt wird.

Der vollständige Ladebetrieb kann ferner eine Vorphase enthalten, in deren Verlauf die Batterie unter der Kontrolle einer von der Batteriespannung ahhängigen Einrichtung steht, und der eine Hauptphase folgt, während welcher sie von einer Einrichtung kontrolliert wird, die von der Dauer der Ladepausen beeinflußt wird. Das Gerät wird eine von der Batteriespannung abhängige Einrichtung aufweisen, welche die von der Rate abhängige Einrichtung in Betrieb setzt, wenn diese Spannung einen bestimmten Wert erreicht.

Vorzugsweise weist die von den Zeitintervallen oder Pausen abhängige Einrichtung ein Zeitwerk auf, welches im folgenden als erstes Zeitwerk bezeichnet wird und nach einer bestimmten Zeit den Ladestrom unterbricht, sowie ein zweites Zeitwerk, das im folgenden Summen-Zeitwerk genannt wird, und das so lange läuft, wie der Ladestrom abgeschaltet ist, und stehenbleibt, ohne jedoch auf Null zurückgestellt zu werden, sobald durch ein spannungsabhängiges Glied wieder mit der Aufladung begonnen wird. Das erste Zeitwerk wird am Ende eines jeden Stromimpulses zurückgestellt. Das Summen-Zeitwerk hingegen läuft während jeder Ladepause weiter und betätigt schließlich, wenn die Gesamtdauer aller Ladepausen sich zu einem gegebenen Wert summiert, Schaltkontakte, durch welche der Ladestrom endgültig abgeschaltet oder der Ladekreis abgewandelt wird, wie oben beschrieben wurde.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Wenn das Ladegerät an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und eingeschaltet worden ist, wird es dadurch in Betrieb gesetzt, daß eine Batterie angeschlossen wird und wird einen Ladevorgang in zwei Ladephasen durchführen. In der ersten Phase wird der Ladestrom für die Dauer einer Anzahl jeweils zeitlich bemessener Perioden eingeschaltet, und zwar werden diese Einschaltperioden durch eine Einrichtung bemessen, die im folgenden als das erste Zeitwerk bezeichnet wird. Am Ende der ersten Periode, die zweckmäßig etwa 15 Minuten dauern kann, veranlaßt das erste Zeitwerk, daß der Strom abgeschaltet wird. Die Ladepausenspannung, also die Spannung bei offenem Ladekreis, sinkt dann mit einer Rate ab, die vom

M Ladezustand abhängt. Wenn sie unter einen bestimmten Wert, der im Falle einer Blei-Säurebatterie z. B. 2,3 V je Zelle beträgt, absinkt, wird ein Relais betätigt, das ein erneutes Einschalten des Ladestromes hewirkt Wäh-

rend der Zeitabschnitte, in denen der Ladestrom abgeschaltet ist, also der Ladepausen, wird ein weiteres Zeitwerk in Gang gesetzt, das man Summen-Zeitwerk nennen kann, und das zur Feststellung der Gesamtdauer alle Ladepausen addiert. Wenn dieser Gesamtbetrag eine bestimmte Zeitdauer erreicht, betätigt das Summen-Zeitwerk Schaltkontakte, welche die erste Ladephase beenden und die zweite Phase einleiten. Während dieser zweiten Phase, einer Ladeerhaltungsphase, die unbegrenzt andauern kann, erhält die Batterie jedesmal dann, wenn ihre Klemmenspannung unter einen gegebenen Wert von im Falle einer Blei-Säurebatterie beispielsweise 2,2 V je Zelle absinkt, bestimmte kurze Ladestromimpulse mit einer Dauer von beispielsweise jeweils etwa 5 Minuten.

Wie in F i g. 1 dargestellt ist, enthält das Ladegerät einen Brückengleichrichter 1, dessen Ausgang mit der positiven und der negativen Klemme 2 bzw. 3 einer Batterie verbunden ist. Der Eingang des Gleichrichters ist mit der Sekundärwicklung eines Transformators 4 verbunden, dessen Primärwicklung über ein Paar von zwei Thyristoren 5 und 6 und einen handbetätigten Hauptschalter 7 an die beiden Klemmen 8, 9 einer Wechselspannungsquelle angeschlossen ist.

Ein erstes Zeitwerk 10 für die Einschaltperioden der ersten Ladephase mit einem zugehörigen, parallelgeschalteten Kopplungsglied 11 ist über einen normalerweise geschlossenen Umschaltekontakt 29/1 eines Relais 29 parallel zur Primärwicklung geschaltet. Ähnlich liegt über die im Ruhezustand offene Seite des Umschaltekontaktes 29/1 parallel zur Primärwicklung ein zweites Zeitwerk 13 für die Einschaltperioden der zweiten Ladephase mit seinem zugehörigen parallelen Kopplungsglied 14. Da diese beiden Zeitwerke auf der der Spannungsquelle abgewandten Seite der Thyristo- J5 ren 5 und 6 liegen, werden sie abgeschaltet, wenn diese Thyristoren den Ladestrom unterbrechen.

Ein Summen-Zeitwerk 15 ist über einen normalerweise geschlossenen Kontakt 30/2 und einen normalerweise offenen Kontakt 28/1 sowie einen normalerweise geschlossenen Kontakt 20/3 auf der der Spannungsseite der Thyristoren 5, 6, nicht jedoch derjenigen des Handschalters 7, parallel zur Wechselspannungsquelle geschaltet. Dieses Summen-Zeitwerk 15 und der Kontakt 30/2 werden von einem Kopplungsglied 16 überbrückt, so daß das Summen-Zeitwerk stehenbleibt, wenn der Kontakt 30/2 geöffnet wird, ohne daß das Kopplungsglied entregt wird, so daß die Position des angetriebenen Teiles und seine Kontakte der Gesamtsumme aller Einschaltperioden des Zeitwerks seit der letzten Entregung des Kopplungsgliedes entspricht. Über verschiedene, noch zu erläuternde Kontakte sind rote, gelbe bzw. grüne Anzeigelampen 17,18 bzw. 19 an die Wechselspannungsquelle angeschlossen.

Auf der in F i g. 1 rechts dargestellten Gleichstromsei- ss te sind zwei Widerstände 20, 21 in Reihe mit einer Zenerdiode 22 parallel zu den Balterieklemmen geschaltet und bilden mil der Zenerdiode 22 eine Konstant-Spannungsquelle. Zusätzlich ist ein Spannungsteiler, der aus einem Widerstand 23, einem wi Potentiometer 24, veränderbaren Widerständen 25 und 26 und einem Widerstand 27 gebildet ist, zwischen die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 20 und 21 und die negative Batterieklemme 3 geschaltet. Der Wert des Widerstands 20 soll entsprechend der Anzahl <r, der Zellen in der Batterie vorjustiert sein.

Der Gleichstromkreis enthält ferner drei Relais 28,29 und 30, die als Battcricrclais, Pluiscnrclais und Einschalt-Relais bezeichnet werden. Das Batterierelaii 28 ist unmittelbar parallel zur Zenerdiode 22 geschalte und ist stets erregt, wenn die Batterie angeschlossen ist Das Phasenrelais 29 liegt parallel zur Zenerdiode 22 ir Reihe mit einem Kontakt 15/1 des Summen-Zeitwerki 15 und wird erregt, so daß es die zweite Phase einleitet wenn die Summe der Ladepausen einen bestimmter Wert erreicht. Von normalerweise offenen Kontakter 29/2 des Phasenrelais 29 ist der Kontakt 15/1 überbrückt, so daß ein Haltekreis gebildet ist.

Das Einschalt-Relais 30 ist über einen Transistor \7 und jeden von zwei Schaltungszweigen, von denen dei eine Kontakte 10/1 des ersten Zeitwerks 10 sowie die normalerweise geschlossene Seite des Umschaltkon· takts 29/2 des Phasenrelais und der andere Kontakte 13/1 des zweiten Zeitwerks 13 sowie die normalerweise offene Seite des Kontaktes 29/2 enthält, parallel zui Zenerdiode 22 geschaltet. Die Basis des Transistors 12 ist über einen Widerstand 33, einen Transistor 32 und eine Zenerdiode 31 mit der positiven Klemme der Zenerdiode 22 gekoppelt. Die Basis des Transistors 32 ist mit dem Abgriff des Potentiometers 24 des Spannungsteilers verbunden. Weitere Kontakte werden aus der dargestellten Schaltungsanordnung ohne weiteres verständlich sein und in der folgenden Beschreibung der Betriebsweise erläutert werden.

Wenn die Batterie an die Batterieklemmen 2 und 3 angeschlossen wird, zieht das Relais 28 an. Der Kontakt 28/1 schaltet um, bringt die rote Anzeigelampe 17 zum Erlöschen und die gelbe Anzeigelampe 18 zum Aufleuchten und erregt das Koppelglied 16 des Summen-Zeitwerks 15.

Die Einstellung des Potentiometers 24 und des Widerstands 25 und die Werte der Zenerdiode 22 und 31 sind so gewählt, daß die Zenerdiode 31 leiten wird, falls die Batteriespannung niedriger ist als 2,3 V je Zelle (im Falle einer Blei-Säurebatterie), und daß der Transistor 32 durchlässig wird und auch den Transistor 12 aufsteuert, so daß das Einschalt-Relais 30 über den Kontakt 10/1 des ersten Zeitwerks 10 un den Kontakt 29/2 des Phasenrelais erregt wird. Somit wird der Kontakt 30/1 geschlossen und schließt den Widerstand 25 kurz, wodurch gewährleistet ist, daß die Transistoren aufgesteuert bleiben und das Einschalt-Relais weiterhin erregt bleibt, bis die Batteriespannung über einen wesentlich höheren Wert, im Falle einer Blei-Säurebatterie z. B. über 3,2 V je Zelle, ansteigt. Die Umstände, unter denen dies geschehen könnte, sind unten in Verbindung mit der Abtrennung der Batterie erläutert. Wenn das Relais 30 anzieht, öffnet sich ferner der Kontakt 30/2, so daß ein Betrieb des Summen-Zeitwerks 15 verhindert wird. Beide Kontakte 30/3 und 30/4 werden geschlossen, wodurch unter der Voraussetzung, daß auch die Wechselspannung eingeschaltet worden ist, die Thyristoren 5 und 6 eingeschaltet werden, worauf der Transformator 4 gespeist wird, der Ladestrom zu fließen beginnt und zur gleichen Zeit über den Kontakt 29/1 das erste Zeitwerk 10 und sein Koppliingsglied 11 erregt werden. Damit hat die erste Ladephase begonnen.

Die Aufladung dauert eine bestimmte Zeit lang, die zweckmäßig ungefähr 15 Minuten betragen kann, worauf das erste Zeitwerk 10 den Kontakt 10/1 öffnet, so daß das Relais 30 abfällt, die Thyristoren 5 und 6 infolgedessen ausgeschaltet werden und die Aufladung zeitweise unterbrechen, und eine Ladepause beginnt. Dabei wird ferner das erste Zeitwerk 10 angehalten und sein Kopplungsglicd entregt, welches seine Kontakte in

die Ausgangsposition zurückstellt, bei der sich der Kontakt 10/1 schließt.

Durch das Abfallen des Relais 30 schließt sich der Kontakt 30/2 und erregt das Summen-Zeitwerk 15, das damit beginnt, die Dauer der Ladepausen zu registrieren.

Sobald der Ladestrom unterbrochen ist, beginnt augenblicklich die Batteriespannung des offenen Ladekreises zu sinken, und zwar mit einer Rate, die vom Ladezustand der Batterie abhängt. Wenn sie unter 2,3 V je Zelle absinkt, wird die Zenerdiode 31 wieder leitend und bewirkt, daß die Transistoren 32 und 12 durchlässig werden und das Relais 30 erregen. Dieses schaltet die Thyristoren 5 und 6 ein, um eine weitere Ladeperiode einzuleiten, und speist das erste Zeitwerk 10, um die Dauer dieser Ladeperiode auf 15 Minuten festzulegen. Außerdem wird durch die Öffnung des Kontaktes 30/2 das Summen-Zeitwerk 15 angehalten, doch es sei darauf .hingewiesen, daß dessen Kopplungsglied 16 erregt bleibt, so daß die Ladepause summiert werden können.

Die oben beschriebenen Vorgänge werden so lange wiederholt, bis die Gesamtsumme aus allen Ladepausen einen voreingestellten Wert erreicht, der zweckmäßig in der Größenordnung von einigen wenigen Minuten liegt und von der Art der Batterie, ihrem Zustand, dem mittleren Ladestrom und der vom ersten Zeitwerk 10 bestimmten Länge der Ladeperioden abhängig ist.

Wenn diese voreingestellte Gesamtsumme der Ladepausen erreicht ist, schließt das Summen-Zeitwerk 15 seinen Kontakt 15/1, wodurch das Phasenrelais 29 anzieht und die zweite Ladephase einleitet. Der Kontakt 29/2 schaltet um und stellt den Haltekreis für das Phasenrelais 29 her und stellt außerdem die Steuerung für das Relais 30 vom Kontakt 10/1 des ersten Zeitwerks 10 auf den Kontakt 13/1 des zweiten Zeitwerks 13 um. Ferner schaltet der Kontakt 29/1 um und trennt das erste Zeitwerk 10 und sein Kupplungsglied 11 von der Primärwicklung des Transformators ab, während das zweite Zeitwerk 13 und sein Kopplungsglied 14 an diese Wicklung angeschlossen werden. Weiterhin schaltet der Kontakt 29/3 um, so daß das Summen-Zeitwerk 15 und sein Kopplungsglied abgetrennt werden und die gelbe Anzeigelampe 18 erlischt, die grüne Anzeigelampe 19 dagegen aufleuchtet. Weiterhin öffnet sich der Kontakt 29/4, so daß der zuvor bestehende Kurzschluß am Widerstand 26 im Spannungsteiler beseitigt wird. Der Widerstand 26 ist so justiert, daß die Zenerdiode 31 nun leitend wird und das Relais 30 anzieht, wenn die Batteriespannung auf 2,2 V je Zelle abfällt. Somit hat die zweite Aufladungsphase begonnen.

Solange die Batteriespannung oberhalb von 2,2 V je Zelle bleibt, fließt kein Ladestrom. Wenn sie jedoch unter diesen Wert absinkt, wird die Zenerdiode 31 leitend, die Transistoren 32 und 12 werden durchlässig, und das Relais 30 wird über den Kontakt 29/2 des Phasenrelais 29 und den Kontakt 13/1 des zweiten Zeitwerks 13 erregt. Wenn das Relais 30 anzieht, schließen sich die Kontakte 30/3 und 30/4, schalten die Thyristoren 5 und 6 ein und bewirken, daß ein Ladestrom zu fließen beginnt, während zusätzlich das zweite Zeitwerk 13 und sein Kopplungsglied 14 erregt werden. Der Ladestrom fließt weiter für eine vorbestimmte Zeitdauer, die zweckmäßig ungefähr 5 Minuten betragen kann, und danch öffnet das zweite Zeitwerk 13 seine Kontakte 13/1 und entregt das Relais 30, so daß die Thyristoren 5 und 6 abgeschaltet werden und die Ladung unterbrochen wird. Das Kopplungsglicd 14 des zweiten Zeitwerks 13 fällt ebenfalls ab, wodurch das Zeitwerk zurückgestellt und der Kontakt 13/1 wieder geschlossen wird, so daß das Relais 30 für den nächsten Arbeitsgang vorbereitet wird, wenn die Batteriespannung wieder auf 2,2 V je Zelle fällt.

Jedesmal, wenn ihre Klemmenspannung auf 2,2 V je Zelle sinkt, erhält die Batterie weiterhin einen Ladestrom für die Dauer von etwa 5 Minuten, und diese zweite Phase kann unbegrenzt andauern.

Sollte die Wechselspannungsqüelle während der ersten Ladephase abgeschaltet werden, so werden sowohl das Kopplungsglied 11 des ersten Zeitwerks 10 als auch das Kopplungsglied 16 des Summen-Zeitwerks 5 abfallen und die jeweiligen Zeitwerke 10 bzw. 15 in ihre Anfangs- oder Nullstellung zurückgestellt werden. Beim Wiederkehren der Wechselspannung wird die erste Ladephase fortgesetzt, und wegen der Löschung der zuvor vom Summen-Zeitwerk 15 registrierten Ladepausen kann es geschehen, daß die Batterie geringfügig stärker geladen wird als im Normalfall.

Verschwindet die Wechselspannung während einer der Ladeperioden von jeweils 5 Minuten der zweiten Phase, so wird das Kopplungsglied 14 des zweiten Zeitwerks 13 abfallen und dieses Zeitwerk in die Null-Stellung zurückgestellt werden. Wenn die Wechselspannung wieder eingeschaltet wird, wird die zweite Phase in der normalen Weise forgesetzt werden.

Wird die Wechselspannungsversorgung während einer der Pausen der zweiten Phase unterbrochen, so wird die Arbeitsweise des Gerätes nicht beeinträchtigt. Einer oder mehrere der Ladeimpulse von jeweils 5 Minuten Dauer werden zwar verlorengehen, doch wird dieser Verlust dadurch ausgeglichen, daß nach dem Zurückkehren der Wechselspannung solche Ladeimpulse häufiger auftreten.

Wenn die Batterie abgeklemmt wird, während ein Ladestrom fließt, wird die Ausgangsspannung der Ladeeinrichtung auf ihren Wert des offenen Ladekreises ansteigen, der einer Spannung von ungefähr 3,2 V je Zelle oder einer noch höheren Spannung entsprechen kann. Wie oben gesagt wurde, ist der Spannungsteiler aus den Bauelementen 23—27 so eingestellt, daß bei dieser oder einer höheren Spannung die Zenerdiode 31 nicht mehr leitend wird, die Transistoren 32 und 12 gesperrt werden, das Einschalt-Relais 30 abfällt und die Thyristoren 5 und 6 ausschalten. Nun steht für die Steuerkreise keine Gleichspannung mehr zur Verfügung, und die anderen Relais werden ebenfalls entregt. Durch das erneute Anschließen einer Batterie wird ein weiterer vollständiger Ladezyklus eingeleitet.

Falls eine Batterie während einer der Ladepausen der zweiten Phase abgeklemmt wird, verschwindet sofort die Gleichspannungsversorgung der Steuerkreise, und alle Relais fallen ab. Der erneute Anschluß einer Batterie leitet sofort einen vollständigen Ladezyklus ein.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die Einzelheiten des beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiels beschränkt ist. Beispielsweise können die dem Relais 30 zugeordneten Bauelemente, d. h. der Spannungsteiler, die Zenerdiode 31 und die Transistoren 32 und 12, in anderer Weise angeordnet sein oder durch andere Bauelemente ersetzt werden, so daß man z. B. eine unterschiedliche Ansprechempfindlichkeit oder Reproduzierbarkeit des Betriebes oder eine Temperaturkompensation oder dergleichen erhält. Auch können die Thyristoren 5 und 6 durch ein Schaltschütz oder andere vom Relais 30 gesteuerte Schalter ersetzt werden.

Die Verwendung von drei Zeitwerken mit je einem zugehörigen Kopplungsglied, wie sie in F i g. 1 dargestellt und oben erläutert sind, ermöglicht einen voneinander völlig unabhängigen Betrieb der drei beschriebenen Zeitfunktionen, doch kann die Schaltungsanordnung auch so abgewandelt werden, daß nur zwei verschiedene Zeitwerke und Kopplungsglieder erforderlich sind. Wenn beispielsweise das zweite Zeitwerk 13 und das Summen-Zeitwerk 15 beide dazu bestimmt sind, nach 5 Minuten zu arbeiten, können sie durch ein einziges Zeitwerk ersetzt werden, wobei für die verschiedenen Funktionen in der ersten und zweiten Phase eine entsprechende Umschaltung erfolgt.

In dem beschriebenen Gerät wird die Ladeeinrichtung automatisch dadurch eingeschaltet, daß an sie eine Batterie angeschlossen wird, und automatisch ausgeschaltet, wenn die Batterie abgeklemmt wird, während ein Ladestrom fließt. Man kann aber auch von diesen Merkmalen absehen und, wenn man dies wünscht, statt dessen für den Anfang oder die Beendigung der Aufladung handbetätigte Schalter verwenden.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der oben beschriebenen Schaltung und so ausgelegt, daß die zweite Phase endet, wenn die prozentuelle Zunahme der Ladepausen, unter einen vorbestimmten Wert abfällt.

Die in F i g. 2 dargestellte Ladeeinrichtung stimmt mit derjenigen nach Fig. 1 mit Ausnahme der nachfolgend ,■\ngegebenen Abänderungen überein.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 fehlen das Summen-Zeitwerk 15 und dessen Kopplungsglied 16, und dem Kontakt 30/2 wurde eine andere Funktion zugewiesen. Eine von der durch die Zenerdiode 22 gebildeten Gleichspannungsversorgung gespeiste bistabile Schaltstufe 34 besitzt einen Eingang über den Kontakt 30/2 des Einschalt-Relais 30 und einen Ausgang zur Speisung eines Wechselrelais 35. Dieses Wechselrelais kann außerdem auch über einen Kontakt 29/5 des PHasenrelais 29 gespeist werden.

Der Kontakt 30/2 ist ferner so geschaltet, daß er über Umsteuerung- oder Wechselkontakte 35/1 und 35/2 des Wechselrelais 35 einen reversiblen Gleichstrom-Zeitwerkmotor 38 speisen kann. Der Motor treibt eine Schaltsteuerscheibe 37 an, die einen Schalter 36 betätigt, dessen Kontakt 36/1 in Reihe mit den Kontakten 30/5 und 35/3 eines Schaltungszweiges des Phasenrelais 29 liegt (als Ersatz für den Koniakt 15/1 gemäß Fig. 1), und der einen Begrenzungskontakt 36/2 besitzt, welcher in Reihe mit dem Umkehr- oder Wechselpfad der Kontakte 35/1 und 35/2, zu dem außerdem ein Widerstand 39 gehört, geschaltet ist.

Jedesmal, wenn der Kontakt 30/2 geschlossen wird, schaltet also die bistabile Schaltstufe 34 um und erregt abwechselnd das Wechselrelais 35. Bei ungeraden Stufen treibt der Motor 38 die Steuerscheibe 37 mit voller Geschwindigkeit in einer Richtung an, die als Vorwärtsrichtung bezeichnet sei, und zwar aus einer Anfangsposition heraus, in der der Schalter 36 nicht betätigt wird. Wenn sich der Kontakt 30/2 öffnet, bleibt der Motor stehen. Wenn dieser Kontakt sich bei geraden Stufen schließt und das Relais 35 anzieht, treibt der Motor die Steuerscheibe in einer umgekehrten Richtung mit einer wegen der Einbeziehung des Widerstandes 39 geringeren Geschwindigkeit an, die beispielsweise um 10% niedriger sein kann als die volle Geschwindigkeit, und falls und sobald die Steuerscheibe in ihre Anfangsposition zurückkehrt, öffnet sich der Uegieimingskoniakt 36/2 und hält sie an.

Die Betriebsweise der abgewandelten Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 stimmt mit der nach F i g. 1 bis zu dem Punkt überein, wo das Einschalt-Relais 30 erregt wird. Wie zuvor beginnt die erste Ladephase, wenn die Ladung ungefähr 15 Minuten gedauert hat, wonach das erste Zeitwerk 10 den Kontakt 10/1 öffnet und das Einschalt-Relais 30 entregt. Durch diese Entregung schließt sich der Kontakt 30/5, während der Kontakt 35/3 offen und das Phasenrelais 29 entregt bleiben. Der Kontakt 30/2 schließt sich und speist den Eingang der bistabilen Schaltstufe 34, doch weil dies ihr erstes Eingangssignal ist, liefert die Schaltstufe kein Ausgangssignal, das Wechselrelais 35 bleibt entregt, und die Kontakte 35/1 und 35/2 bleiben in ihrer Vorwärtsstellung. Der Motor 38 wird über die Kontakte 30/2, 35/1 und 35/2 gespeist und treibt die Steuerscheibe 37 in Vorwärtsrichtung an, so daß diese den Schalter 36 betätigt. Dann wird der Kontakt 36/1 im Schaltkreis des Phasenrelais 29 geschlossen, aber der Kontakt 35/3 ist noch offen, da das Wechselrelais 35 entregt ist, so daß das Phasenrelais 29 abgefallen bleibt.

Am Ende der Ladepause wird das Relais 30 erregt, der Kontakt 30/2 öffnet sich und der Motor 38 wird angehalten, wobei die Steuerscheibe in der während der Lauepause erreichten Stellung stehenbleibt.

Nach einer weiteren Ladedauer von 15 Minuten fällt das Relais 30 wieder ab, der Kontakt 30/5 öffnet sich (und verhindert, d3ß das Phasenrelais 29 anzieht), und der Kontakt 30/2 wird geschlossen, so daß ein zweites Eingangssignal zur bistabilen Schaltstufe 34 gelangt, die bei dieser Gelegenheit (einer »geraden Stufe«) ein Ausgangssignal erzeugt, durch welches das Wechselrelais 35 erregt wird. Wenn das Relais 35 anzieht, wechseln die Kontakte 35/1 und 35/2 in ihre Umkehrstellung und kehren die Polarität der Speisespannung des Motors um, der nun in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn zurückläuft, jedoch wegen des Widerstandes 39 mit geringerer Geschwindigkeit. Außerdem schließt sich der Kontakt 35/3, doch da der Kontakt 30/5 offen ist, bleibt das Phasenrelais 29 entregt.

Solange die Batterie nur teilweise geladen ist, werden aufeinanderfolgende Ladepausen in starkem Maße bzw. um einen großen Prozentsatz voneinander abweichen, und die Steuerscheibe 37 wird in ihre Anfangsposition zurückgekehrt sein und den Schalter 36 lösen, bevor die Baueriespannung auf den Wert gefallen ist, bei dem die nächste Ladung eingeleitet wird. Der Kontaki 36/1 öffnet sich also, bevor der Kontakt 30/5 geschlossen

so wird, und das Phasenrelais 29 zieht nicht an. Ferner wird der Begrenzungskontakt 36/2 geöffnet, so daß der Motor stehenbleibt, wenn die Steuerscheibe sich in ihrer Anfangsposition befindet.

Die oben beschriebenen Vorgänge werden so lange wiederholt, bis die »Rückwärtslauf-Ladepause« von der vorausgegangenen »Vorwärtslauf-Ladepause« um weniger als 10% abweicht. Dann zieht das Einschalt-Relais 30 an und schließt den Kontakt 30/5, bevor die Steuerscheibe den Kontakt 36/1 öffnet. Da während eines jeden Rückwärtslaufes der Kontakt 35/3 geschlossen ist, wird das Phasenrelais 29 erregt und hält sich über den Kontakt 29/2, der auch die Steuerung des Einschalt-Relais 30 vom Zeitwerk 10 der ersten Phase auf das Zeitwerk 13 der zweiten Phase umschaltet, wie oben erläutert wurde.

Wenn das Relais 30 arbeitet, öffnet sich der Kontakt 30/2 und entregt das Wechselrelais 35, doch schließt sich nun der Kontakt 29/5 und liißt erneut das Relais 35

anziehen. Der Motor läuft weiterhin rückwärts, bis die Steuerscheibe den Schalter 36 betätigt, der seinen Begrenzungskontakt 36/2 öffnet und den Motor anhält, so daß die Scheibe 37 und der Schalter 36 in ihren ursprünglichen Stellungen bleiben und für die nächste vollständige Batterieladung bereit sind.

Damit hat nun die zweite Ladephase begonnen, und der Betrieb verläuft in der weiter oben erläuterten Weise.

Die beschriebenen Einrichtungen können in ein Butterieladegerät beliebiger Art eingebaut oder diesem hinzugefügt werden, und sind nicht auf die Verwendung in einem Ladegerät mit irgendeinem speziellen Ausgangsverhalten beschränkt. Beispielsweise eignen sie sich für eine Ladegerät mit einem Konstantspannungsausgang.

Auf die Anzeigelampen kann verzichtet werden, wenn sie nicht benötig! werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Vorrichtungen keine Einrichtung benötigen, die auf die Batteriespannung anspricht, während ein Strom fließt, und zwar im Gegensatz zu vielen bekannten Laderegelvorrichtungen, die auf die Batteriespannung ansprechen, während ein Strom fließt, und infolgedessen Fehlern ausgesetzt sind, die vom Spannungsabfall in den Ladekabeln, Stöpseln, Steckdosen usw. herrühren. Aufgrund der Widerstandsänderung von Sieckverbindüngen, die leicht beschädigt werden können und auch häufig beschädigt sind, sind die Fehler zudem veränderlich. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung stützt sich statt dessen auf Spannungen, die gemessen werden, wenn der Ladekreis offen ist, wenn also in den Ladeleitungen nur der Strom fließt, der zur Betätigung der spannungsabhängigen Einrichtungen erforderlich ist. Dieser Strom ist sehr gering, so daß mögliche Fehler der genannten Art vernachlässigbar sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Selbsttätiges Ladegerät zum Aufladen einer elektrischen Batterie mit einer Schaltungsanordnung zum periodischen Unterbrechen des Ladestrom in bestimmten Zeitabsiänden, bei dem die Dauer der Ladepausen, in denen der Ladestrom unterbrochen ist, vom Absinken der in der jeweiligen Ladepause herrschenden Batterieklemmenspannung abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Abhängigkeit von einer Funktion der Dauer der Ladepausen gesteuerte Einrichtung (10,15,5, 6) vorgesehen ist, welche zur Beendigung einer Aufladungsphase des Ladevorgangs den Ladekreis endgültig unterbricht oder abändert.

2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (30) vorgesehen ist, die zur Beendigung des Ladevorgangs oder einer Aufladungsphase den Ladekreis endgültig unterbricht oder abändert, wenn der Ladestrom eine bestimmte Zeit lang unterbrochen bleibt.

3. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (30) vorgesehen ist, die zur Beendigung des Ladevorgangs oder einer Aufladungsphase den Ladekreis endgültig unterbricht oder abändert, wenn das Verhältnis der Dauer einer Ladepause zur Dauer einer vorangegangenen Ladepause einen bestimmten Wert übersteigt.

4. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Motor (38) angetriebenes Schaltglied (37) unter Steuerung durch eine bistabile Schaltstufe (34) während einer Ladepause mit einer bestimmten Geschwindigkeit aus einer Ausgangsstellung in einer bestimmten Drehrichtung umläuft und während der nächstfolgenden Ladepause mit geringerer Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Drehrichtung zurückläuft, und daß die Einrichtung (30) zur Beendigung der Aufladung betätigt wird, wenn diese nächstfolgende Ladepause endet, bevor das Schaltglied in seine Ausgangsstellung zurückgekehrt ist.

5. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (30) vorgesehen ist, die zur Beendigung des Ladevorgangs oder einer Aufladungsphase den Ladekreis endgültig unterbricht oder abändert, wenn die Zeitsumme der Ladepause einen bestimmten Wert übersteigt.

6. Ladegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Zeitwerk (10) aufweist, das den Ladestrom nach einer bestimmten Zeitspanne unterbricht, sowie ein Summen-Zeitwerk (15), welches so lange läuft, wie der Ladestrom unterbrochen ist, und welches jeweils stehenbleibt, ohne jedoch auf Null zurückgestellt zu werden, wenn durch ein spannungsabhängiges Glied (31) erneut mit der Aufladung begonnen wird.