DE2009911A1

DE2009911A1 - Automatisches elektrisches Batterieladegeraet

Info

Publication number: DE2009911A1
Application number: DE19702009911
Authority: DE
Inventors: Dennis Albert Clayton
Original assignee: LEGG IND Ltd
Current assignee: LEGG IND Ltd
Priority date: 1969-03-03
Filing date: 1970-03-03
Publication date: 1970-09-17
Also published as: GB1304839A; BE746760A; IE34209B1; NO133300B; CA931211A; JPS51697B1; NL169939C; ZA701367B; DE2009911C3; NO133300C; SE365665B; FR2037548A5; ES377047A1; NL7003030A; DE2009911B2; IE34209L; AT322677B; LU60432A1; US3660748A; CH546499A

Description

8210-70/v.R.
CASE EPS 41

Brit. Pat.Anm.No.III6O/69 vom 3.März 1969

LEGG (INDUSTRIES) LIMITED, Merridale Street, -Wolverhampton, Staffordshire,Großbritannien

Automatisches elektrisches Batterieladegerat

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches
elektrisches Batterieladegerat.

In vielen Fällen könnte die Brauchbarkeit einer elektrischen Speicherbatterie erheblich erhöht werden, wenn es
möglich wäre, sie schneller zu laden. Beispielsweise ist es
im Fall batteriegetriebener Fahrzeuge normalerweise so, daß
während der für das Laden benötigten Zeitspannen nicht nur
die Batterie nicht zur Verfügung steht, sondern auch das
Fahrzeug aus dem Verkehr gezogen werden muß. Mit den bekannten Ladegeräten ist es kaum möglich, eine entladene Batterie in weniger als 10 Stunden voll aufzuladen, und oft wird eine längere Zeitspanne hierfür benötigt. Diese Zeitspanne könnte durch■Erhöhung des Ladestroms verkleinert werden, jedoch ist

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^BAD

der Ladestrom, der ohne Beschädigung der Batterie zugelasseu werden kann, sehr begrenzt und fällt steil ab, wenn die Batterie ihren voll geladenen Zustand erreicht.

Eine gewisse Verminderung des Ladestroms ergibt sich beinahe unvermeidlich während der Ladung aufgrund des Anstiegs der Spannung der Batterie selbst. Ist die Batterie mit einer Lonstantspannungsquelle verbunden, so ist der Ladestrom gleich der Differenz zwischen der Stromquellenspannung und der Batteriespannung geteilt durch den gesamten wirksamen Widerstand des vollständigen Stromkreises einschließlich sowohl der Batterie als auch des Ladegeräts. In der Praxis ist Jedoch das auf diese V/eise verursachte Abfalle;! des Lsdestroms vollkommen unzureichend, urn die angestrebte Verkürzung der Ladezeit zu erreichen, und ändert; sich ,jedeiif^lls nicht mit dem Ladezustand in der benötigten V/eise.

Das erfindungsgemäße nacterielade^ erät enthält eine εtrom-Speisung und eine auf eine funktion der Spannung der geladen werdenden Zelle ansprechende Einrichtung zum fortschreitenden Vermindern der wirksamen Spannung der Ladestrorc-A Speisung während des Fortgangs der Aufladung.

Durch die Verwendung des Verlaufs des Anstiegs der Zellenspannung als naß für die Steuerung der Arbeitsweise einer Stellvorrichtung, durch die die wirksame Spannung des Ladegeräts und damit der Ladestrom während der Ladung erniedrigt werden, ist es gemäß der Erfindung möglich, die für das vollständige Aufladen einer entladenen Batterie benötigte Zeitspanne erheblich zu verkürzen, ohne der Batterie zu schaden.

Das Gerät kann zweckmäßigerweise eine Einrichtung zum Herstellen einer .. -zui--yspannung umfassen, ferner eine Vergleichs-

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BAD ORiGiNAL

ft

vorrichtung zum Vergleich der Bezugεspannung mit einer Prüfspannung, die eine Funktion der Spannung der an Ladung heiligenden Batterie ist, um daraus ein Fehlersignal zu erhalten,, und zum Vermindern der wirksamen Spannung der Ladestrom-Speisung entsprechend dem Fehlersignal. Die Einrichtung zum Herstellen einer Bezugsspannung kann so ausgeführt sein, daß diese während eines Ladezyklus fortschreitend ansteigt.

So enthält das Batterieladegerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Einrichtung zum Herstellen und fortschreitenden Erhöhen der Bezugsspannung während des Ladezyklus, ^ ferner die Vi^rgleichsvorrichtung zum Vergleich der Bezugs- W. spannung mit der Prüfspannung, die eine Funktion der Batterie- ^: spannung während der Batterieladung ist, so daß das einer Funktion der Differenz zwischen, den Ä'nderungsgeschwindigkeiten der Prüfspannung und der Bezugsspannung entsprechende · Fehlersignal erhalten wird, und eine Einrichtung zum Erniedrigen des Batterieladestroms, wenn das Fehlersignal positiv ist.

Die erfindungsgemäß angeordnete Schaltung kann auch dazu verwendet werden, ein Signal für die Beendigung des Ladevorgangs oder einer Phase des Ladevorgangs zu erzeugen. Da nämlich die Bezugsspannung erzeugt und im Verlauf des Aufladens fortschreitend erhöht wird und da die Prüfspannung, die eine « -Funktion der Auflade-Batteriespannung ist, mit der "Bezugs- '

spannung verglichen wird und der Ladestrom sich erniedrigt, wenn die Prüfspannung schneller ansteigt, also mit der Tendenz, die Bezugsspannung zu überholen, und umgekehrt, folgt der Ladestrom während des Aufladevorgangs einer charakteristischen Veränderung. So am Anfang ist die Anstiegsgeschwindig-r keit der Seilenspannung und damit der Prüfspannung bei konstantem Lades tr on verhältnismäßig niedrig und der Ladestrom kann erhöht werden, so daß die Prüfspannung soweit als möglich ' '_._

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ßAD ORIOIiSJAU

mit der Eezugsspannung Schritt halten kann. In der Praxis kann während des Haupt- oder Anfangsteils der Ladung der Strom verhältnismäßig konstant auf dem Maximum der Stromlieferfähigkeit der Speisevorrichtung gehalten v/erden. Beginnt jedoch gegen das Ende des Lade.organgs das Gasen, so steigt die Zellenspannung schneller an und die Prüfspannung würde, wenn der Ladestrom konstant bleiben würde, die Tendenz zeigen, die Bezugsspannung zu überholen, wodurch der Ladestrom sieh verkleinert. Diese Ladestromerniedrigung kann _Ä tatsächlich recht erheblich sein, beispielsweise von zwischen ™ 25 und 50 # der Kapazität der Zelle in Amperestunden auf etwa 5 %. Schließlich, wenn die Zelle voll geladen ist, hört die Spannung auf, weiter zu steigen, und um zu erreichen, daß die Prüfspannung mit der Bezugsspannung Schritt hält, würde der Ladestrom erneut anzuheben sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann dieser Arbeitspunkt dazu verwendet werden, um ein Signal zu erzeugen, auf das hin die Aufladung oder eine Phase der Aufladung beendet wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält also das automatische elektrische Batterieladegerät außer der Einrichtung zum Herstellen und progressiven Anheben der Bezugsspan- Wk nung während des Ladezyklus und der Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der Bezugsspannung mit der Prüfspannung, die eine Funktion der Aufla'de-Batöeriespanr.ung ist, sur Erzeugung des einer Funktion des Unterschieds zwischen der i-lnderungsgeschwindigkeit der Prüfspannung und der iinderungsgeschwindigkeit der Bezugsspannung entsprechenden Fehlersignals noch eine Einrichtung zum Erniedrigen des Batterieladestroms, wenn das Fehlersignal positiv ist, und umgekehrt, sowie eine Einrichtung zum Unterbrechen oder Modifizieren des Batterieladestromkreises, um die Aufladung oder eine Phase der Aufladung zu beenden, wenn der V/ert oder die Inderungsgeschv/indigkeit des Fehlersigiials negativ ist, nechden: er bzw. sie vorher positiv war.

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Das Fehlersignal kann dem Unterschied zwischen den
Änderungsgeschwindigkeiten der Prüfspanhung und der Bezugsspannung entsprechen. Andererseits überholt dann die Prüfspannung die Bezugsspannung, wenn die Prüfspannung ursprünglich unterhalb der Bezugsspannung liegt, ihre Anstiegsge- ■ schwindigkeit jedoch diejenige der Bezugsspannung übertrifft. Das Fehlersignal kann deshalb auf Wunsch auch der- Differenz zwischen den Vierten der Prüf spannung und der Be zugs spannung entsprechen.

- " ■ ' ' ■ ■■ "· ' - ■■ - ■ "■ β Im letzteren Fall kann der Ladevorgang beendet werden, - w

wenn die Prüf spannung niedriger als der Wert der Bezugsspannung wird, nachdem sie vorher höher war, wenn also das Pehlersignal, das der Differenz zwischen diesen Spannungen entspricht, nachdem es vorher positiv war, negativ wird.

Alternativ kann, wenn die Prüfspannung zu allen Zeiten
höher ist als die Bezugsspannung, der Ladevorgang dann be- · endet werden, wenn das i'ehlersignal, das wiederum der .
Differenz zwischen diesen Spannungen entspricht, nach vorherigem Größerwerden wieder fällt, wenn also die Änderungsgeschwindigkeit des Fehlersignals negativ wirä?, nachdem sie vorher positiv war. .--...-' w

Wird eine entladene Batterie an eine Ladung mit konstantem Strom gelegt, so steigt während des größten Teils des
Ladevorgaiigs die Auflade-Batteriespannung allgemein ganz
langsam. Gegen das Ende des AufladeVorgangs'beginnt die
Batterie zu gasen und der Spannungsanstieg ist wesentlich
steller, bis schließlich, wenn die Batterie im wesentlichen voll aufgeladen ist, der Spannungsanstieg wieder langsamer vor sich geht. Gemäß der Erfindung kann dieses'Betriebsverhalten ausgenützt v/erden, um anzuzeigen ^ daß die Batterie im wesentlichen voll aufgeladen ist. Gleichzeitig kann gemäß

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der Erfindung der Ladestrom so eingestellt werden, daß der Anstieg der Batteriespannung dem der Bezugsspannung mehr oder weniger dicht folgt. Das bedeutet, daß der Unterschied zwischen den verschiedenen Anstiegsgeschwindigkeiten der Batteriespannung weniger deutlich ausgeprägt ist, als wenn der Ladestrom konstant gehalten würde, sie wurden jedoch immer noch dem beschriebenen Verlauf entsprechen, d.h., daß die Anstiegsgeschwindigkeit während der Gasungsperiode zunimmt und anschließend wieder abnimmt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Bezugsspannung mit Hilfe eines motorisch verstellbaren Potentiometers eingestellt und fortschreitend erhöht. Die Steuerung des Batterieladestroins kann von einer Vergleichsschaltung abhängig sein, die die Differenz zwischen der Prüfspannung und der Bezugsspannung verarbeitet.

Gemäß "einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Bezugsspannung an einem Kondensator, der von der Prüf spannung geladen v/ird, erzeugt und progressiv erhöht. Bei dieser Ausführungsform enthält das Ladegerät also den Bezugskondensator zum Vorsehen der wahrend des Ladezyklus progressiv ansteigenden Bezugsspannung, indem er von der Prüfspannung, die eine Funktion der Spannung der geladen werdenden Batterie ist, aufgeladen wird, wobei sein Ladestrom vom Unterschied zwischen der Prüfspannung und der Bezugsspannung abhängt; das Ladegerät enthält weiterhin eine Einrichtung zum Erniedrigen des Batterieladestroms, wenn der Kondensator-Ladestrom ansteigt, und umgekehrt, sowie eine Ein-, richtung zum Unterbrechen oder Kodifizieren des Batterielade-Stromkreises zur Beendigung des Aufladens oder einer Phase des Äufladens, wenn der Ladestrom des Bezugskondensators fällt, nachdem er vorher angestiegen ist, da die Batterie sich dann ihrem voll aufgeladenen Zustand nähert. Es kann zweckmäßig

■o*

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sein, eine Verzögerungseinrichtung vorzusehen, um eine Beendigung des Aufladens oder einer Phase des Aufladens zu verhindern, wenn "bei Beginn des Ladezyklus der Ladestrom des Be-. zugskondensators ansteigt und dann fällt.

Der Batterie-Ladestrom kann durch einen motorisch verstelle baren Anzapftransformator nachgestellt werden, der den Ladestrom über einen Gleichrichter liefert. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann er mit Hilfe eines Transduktors gesteuert werden, der den Wechselstromeingang eines den Batterie-Ladestrom liefernden Gleichrichters steuert, oder auch durch Verändern des Ausgangs-Mittelwerts einer thyristorgesteuerten oder ähnlichen schnell pulsierenden Schaltung.

Die Beendigung des Aufladevorgangs oder einer Phase davon kann von der gleichzeitigen Arbeitsweise eines Arbeitsrelais " und eines Speicherrelais abhängig sein, von denen das letztere gespeist wird, wenn das erstere in Ruhe ist, und mit einer Selbsthalte-Schaltung ausgestattet ist, so daß es gespeist bleibt, wenn das Arbeitsrelais anschließend wieder anzieht.

Sofern das Ladegerät zum Laden von Batterien entworfen ist, die immer dieselbe Heizspannung haben, kann die Prüfspannung der Batteriespannung gleich sein. Alternativ kann die Beziehung zwischen,der Prüfspannung und der Batteriespannung manuell eingestellt werden, um Batterien verschiedener Spannung versorgen zu können,. I¹Ur diesen Zweck können auch Einrichtungen wie ein motorisch verstellbares Potentiometer vorgesehen sein, das die Prüfspannung automatisch auf einen gegebenen Anfangswert einstellt. Diese Justierung der Prüfspannung kann durchgeführt werden, nachdem die Batterie an das Gerät angeschlossen, worden ist, bevor jedoch der Ladestrom eingeschaltet wird.

./. a. Ö0983B/1Si7, __., ...

ί ^BADORIGINAL

Weitere Eigenschaften und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:

i'iguren 1 und 2 jeweils einen Schaltplan eines der beiden Ausführungsbeispiele.

Eine im unteren Teil der ffigur 1 dargestellte Steuerschaltung umfaßt eine links dargestellte und mit einer Klammer A bezeichnete Schaltung zur Spannungsanpassung, eine in der Litte dargestellte und mit einer Klammer B bezeichnete Spannungsvergleichsschaltung und, rechts im Schaltplan dargestellt, eine Anzahl von Seiais und Kontaktstellen. Die Schaltung· zur Spannungsanpassung enthält ein motorisch verstellbares Potentiometer 40 zum Abgreifen einer 3ezugsspannung von der konstanten Spannung einer Zenerdiode 64 und ein motorisch verstellbares Prüf-Potentiorceter 50 zum Abgreifen einer Prüfspannun₍"-von der liatteriespc.miun^. Die Prüf spannung kann also entweder durch Verschieben des Prüf-Potentiometers 50 oder durch Erhöhe., des Ladestroms angehoben werden; sie steigt jedenfalls lar.gson: an, während die Batterie aufgeladen wird. Die ^e zugspannung wird r.it der Prüf spannung nit Hilfe zweier i'rcnsistorpaaro 11, 12 und 2jJ, 24 verglichen, die so geschaltet sind, dall bei höherer Prüfspanr.ur.r die Transistoren 23 und 24 leiten und ein "Erniedri^ungs"-Relais 25 gespeist wird, v.-ähre.-.d bei höherer Bezugs spannung die Transistoren 11 und 12 leiten und ein "Erhöhur:u;£"-Iielais 15 gespeist wird.

Der Schal cpla-i _;-er.ü5 i?i;vur 1 dürfte im übrigen klar .^enug seir., um ous eich selbst und aer folgenden Beschreibung seiner Arbeitsv;eise verständlich zu sein.

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. Per Auflade Vorgang, erfolgt, kurz gesagt, in--vier Phasen. Die, erste Phase vor .dem Beginn des eigentlichen Aufladens betrifft eine Voreinstellung, bei der die Prüfspannung, die der Batteriespannung proportional ist, auf einen gegebenen Wert unabhängig von der^: Nennspannung der.Batterie eingestellt wird, wodurch eine Anpassung an Batterien mit verschiedener Zellenzahl erfolgt. Die zweite Phase ist die Haupt-Aufladephase, während derer die Bezugsspannung fortschreitend.ansteigt und der Ladestrom entsprechend wächst, um die Prüfspannung mit der Bezugsspannung Schritt halten zu lassen. Die dritte Phase beginnt, wenn beim Einsetzen des Gasens die Batteriespannung schneller anzusteigen beginnt und die Prüfspannung die Tendenz zeigt, die Bezugsspannung zu überholen, wobei der Ladestrom entsprechend reduziert wird, um sich der Eezugsspanmmg anzupassen. .

Schließlich, wenn sich der Anstieg der Batteriespannung abgeflacht hat und die Prüfspannung wieder hinter der Bezugsspannung· zurück bleibt,, wird die Hauptaufladung beendet und die vierte Phase beginnt. In dieser vierten,Phase erfolgt eine.intermittierende Nachladung, so oft die Leerlauf-Batterie spannung unter einen gegebenen Wert fällt, und setzt sich so- " lange, fort, bis die Batteriespannung bei dieser Ladung einen gegebenen höheren Wert.erreicht.

Die Arbeitsweise wird nun im'einzelnen beschrieben.

Phase 1 · .-

Beim Anschluß der Batterie an die positive und die negative Klemme 61 bzw. 62 fließt ein konstanter Strom durch einen Widerstand &3 und die Zenerdiode 64 und ergibt eine Konstant-

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Spannungsquelle für die Gleichstrom-oteuarschaltmagen, die eine Anzahl von Relais und 'Transistoren enthalten.

Ein Eatterierelais 55 wird bei Anschluß der batterie r:ii t otrom versorgt und "schaltet einen kontakt 65/1 in der ',ϊβζαεβί-stromschaltung um, so daß eine rote nontröllampe 55 erlischt und eine berristeinfarbige Lampe 57 über einen Ruhekontakt; 2y/2 zum Aufleuchten gebracht wird. Gleichzeitig v/erden i-Iotorverstellungs-Fotentiometerkupplungen 40/2 und 50/2 sowie eine Amperekupplung 31 über dsn Kontakt 65/1 an Spannung gelegt;.

Das motorisch verstellbare Potentiometer 40 war in seine Anfangsstellung: zurückgestellt v;orden, in der an ihm eine kleine positive 3ezu^sspan:iunr abgegriffen wird, '.."iihrcnd das motorisch verstellbare Poi-Cutiometer 50 in seine Anfanr;sstellung zurückgestellt v;orden v/ar, in der sich sein Schieber am negativen Ende befindet und die Prüf spannung I.ull abgreife. Dementsprechend ist die ^czugsspannung höher als die Prüfspannung und der '!'ransistor 11 leitec, v;odurch auch der Transistor 12 leitet und das Erhöhungs-Relais 13 speist. Ein Kontakt 13/1 schaltet um, trennt den Motor 40/1 ab und speis": dexi Kotor 50/1, der das trüf-Potentiometer 50 verstellt; dadurch erhöht sich die Prüfspannung, bis sie' der von Potentiometer 40 abgegriffenen Lezugsspannung gleicht, v/orcufhin die Speisu-.;; des Relais 13 endet.

'.v'ähr&nä der ersten oder Yoreinstellungs-Phase wird also das Potentiometer 50 verstellt, bis die Prüfspannung ucz die ursprüngliche Bezugsspannung gegeneinander abgeglichen sind, unabhängig vo.i der Zellenzahl der mit- dem Ladegerät verbundenen Eatt&rie. Die Phase 1 jusciert also die Schaltun:.· zur Anpassung rπ 2atterien unterschiedlicher Spannung, i.achdem dies erfolgt ist, v;ird das Prüf-Potentiometer 50 während des restlichen Ladezyklus nicht mehr verschoben.

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■ Phase 2 .

Lei Entregung des Heiais 13 schließt ein Kontakt 13/2, der in Reihe mit einem der Phase 2 zugeordneten Heiais 14 liegt, das seinerseits mit einem Widerstand 16 hintereinandergeschaltet und einem Kondensator 15 parallel geschaltet ist, so daß es verzögert anspricht und sichergestellt ist, daß es beim Umschalten nicht vor den Relais 13 gespeist- wird. Das Relais 14 hält sich dann selbst durch seinen eigenen haltekontakt 14/1, und sein Kontakt 14/2 schaltet um und schaltet damit den Potentiometerinotor 50/1 ab und einen Srhöhungs-Kotor 33 an. Ein Kontakt 14/3 ä^s Relais 14 schließt und verbindet einen Potentiometer 17 mit, der lic.sis eines Transistors 16. Dieser stellt eiz.eri Teil der komparator-schaltung B dar, die, v:ie später in Bezug auf Phase 4 erläucert wird, dazu dient, die Prüfspannung des Potentiometers -50 mit der konstanten Spannung einer Zenerdiode 29 zu vergleichen. Des Potentiometer 17 ist go voreingestellt, ds£ der transistor 13 leitend v;ird, venn die Spannung -am Potentiometer 17 niedriger ist als etwa 5 % über der anfänglichen Bezugs- ~ spannung am Potentiometer 40, der die Prüfspannung am Potentionieter 50 nunmehr gleich ist. Ds die Spannung einer entladenen Batterie etwa 2,1 Volt pro Zeile beträgt, schaltet der Transistor immer durch, wenn die Batteriespannung anschließend , wenn ein Sehaltrelais 20 entregt ist und kein Ladestrom fließt, weniger als etwa 2,2 Volt pro Zelle beträgt. ■

L-iegt also die ^atteriespannung bei angenähert 2,1 Volt pro Zelle, also unter 2,2 Volt pro Zelle, und schließt der Kontakt 14/3, so leitet der Transistor 18 und infolgedessen auch ein transistor 19, das Sehaltrelais 20 wird erregt und .schlieft seinen Kontakt 20/1, ν; ο durch ein Sehaltrelais 21

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erregt wird, das dabei seinen Kontakt 21/1 schließt und zum Anschalten des Ladestroms einen 'transformator 22 an das
Wechselstromnetz anschließt.

Gleichzeitig wird ein Kontakt 20/3 geschlossen und
schließt dabei einen voreingestellten Widerstand 30 kurz, der mit dem Potentiometer 17 in Reihe geschaltet ist, wodurch sichergestellt ist, daß die Transistoren 18 und 19
solang leitend bleiben, als die Spannung an den Latterie-A klemmen unterhalb angenähert 5)2 YoIt pro Zelle liegt.

Hierdurch wird auch sichergestellt, daß, wenn die Batterie zu irgendeiner Zeit vom Ladegerät abgehängt wird, die Transistoren 1o und 19 sperrend werden und damit die Schaltrelais 20 und 21 entregen, so daß die V/echselstromspeisung abgeschaltet wird.

Durch das vom Motor 40/1 angetriebene Potentiometer 40 wird die Bezugsspannung langsam, jedoch stetig mit einer
vorgegebene.'- gleichmäßigen oder mittleren Geschwindigkeit von etwa 5 ^:p pro Stunde oder von näherungsweise 0,1 Volt
pro Zelle pro Stunde erhöht. Die Anpassurigsschaltung A
(P steuert den Erhühungs-hotor 33 und einen Erniedrigungs-Hotor 34) die einer, sekundärceitigun Abgriff 32 am Anzapf ungs-Transiormator 22 versteller., um den Ladestrom und damit die Gpcnr.unr der unter Ladung stehenden Batterie zu erhöhen bzv;. zu erniedrigen und damit die -Prüf spannung an die jl.ο ζugsspannung anzupassen.

Während der zweiten !hase leiten also die Transistoren 11 ur.d 12 und das Erhöriur.gG-Relais 13 wird Jedesmal zum Anziehen gebracht, v.'enn dis Prüf spannung hinter der iezugsspc-.r.ung um einen gegebenen Wert zurückbleibt. Dieses Lrhchungs-Relcis bewirkt, daß der Erhöhungs-Hotor 33 den Ladestrom und derr.it die- Ι-,οt'ceriespannung und die Prüi'spcn.iung erhör.-. 009838/15A7

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Entsprechend der beabsichtigten gesamten Ladedauer können auch andere Erhöhungsgeschwindigkeiten-gewählt werden^ sofern die gegebene -Erhöhungsgeschwindigkeit der Spannung nicht so groß ist, daß übermäßige Ströme fließen. Die meisten Batterieladeerfordernisse v/erden durch vorgegebene Erhöhungsgeschwindig-* keiten von angenähert 0,05 bis 0,2 Volt pro Zelle pro Stunde befriedigt., entsprechend Wiederaufladezeiten von zwischen etwa 13 ■ Stunden und 3 1/4 Stunden. -

Während des ersten Teils des Ladevorgangs steigt die Spannung der geladen werdenden Batterie relativ langsam, so daß die Prüfspannung am Potentiometer_:50, das, wie erwähnt, in seiner Stellung' unverändert bleibt,, hinter der am Potentiometer 40 abgegriffenen Bezugsspannung zurückbleibt, wenn der Ladestron konstant bleibt. Sobald also die. am Potentiometer . 40 abgegriffene Bezugsspannung um 'einen sehr kleinen Betrag höher ist als die Prüfspannung am Potentiometer 50, leitet der Transistor 11 wieder und erregt das Erhöhungs-Pte-lais 13, dessen Kontakt 13/1 nun über den Kontakt 14/2 mit dem Erhöhungs-I-iotor 33 verbunden, ist, der entsprechend gespeist wird und den sekundären Abgriff 32 des Transformators 22 so verstellt, daß sich der Ladestrom erhöht. Hierdurch erhöht sich die Prüfspannung, der Transistor 11 wird sperrend und das Relais 13 wird entregt. Wahrend der Erhöhungs-Motor 33 läuft, ist der das Potentiometer 40 verstellende Motor 40/1 zeitweise durch den Kontakt 13/1 abgeschaltet., er läuft jedoch wieder an, sobald der Erhöhungs-Kotor 33 ausgeschaltet wird.

Solange also die Batteriespannung dazu tendiert, hinter der wachsenden, Bezugsspannung zurückzubleiben, wird .der Ladestrom in einer.Reihe von. Schritten erhöht. \ . .. ■·.--. -

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In der Praxis wird die Bezugsspannung so gewählt, daß bei voll entladener Batterie die Prüf spannung die ^esugsspannung nicht überholt, selbst dann nicht, wenn der Ladestrom auf den Höchstwert eingestellt ist, den das Ladegerät liefern kann. Unter*diesen umständen nimmt der Ladestrom also nach dem Anschalten stetig bis sum haximalwort zu, den das .Ladegerät liefern kann, und zwar während einer Periode von etwa 1/2 minute bis zu einigen Limiten, woraufhin er mit diesem Maximalwert konstant während der restliche:- Zeit der Phase 2 fließt.

Vj'ird jedoch eine noch teilweise geladene Batterie an das Ladegerät geschlossen, die im "Fall der Ladung mit dem vollen Ladestrom Schaden leiden würde, so steigt die Prüfspannung ausreichend schnell, um die Tiezugssparmung zu erreichen und das Anwachsen des Ladestroms zu beenden, bevor er seinen erwähnten vollen v/ert erreicht, so daß die Batterie nicht beschädigt wird.

Phase 3

Zu den verschiedenen im rechten Teil der ii'igur 1 dargestellten Relais gehört ein Gedächtnis- oder Speicherrelais 26, das in Serie mit seinem eigenen Haltekontakt; 26/1 geschaltet ist, dem ein Lontalcc 25/2 des Erniedrigu^gs-Relais 25 parallel geschaltet ist. Ist also dieses Lrniedrigungs-Relais 25 einmal erregt worden und hat dabei das Speicherrelais 26 gespeist, so bleibt dieses weiterhin mit Hilfe seines naltekontakts unabhängig vom weiteren Verhalten- des Erniedrigur.gs-Relais gespeist, üin Relais 2? für die Phase ^l'_r wird aber einen Korrcaku 26/2 des Speicherrelais 26 in Reihe mit einem kontakt 15/3 des Erhöhungs-Relais 13 gespeist, so daß, wenn das Erhöhungs-Relais 15 zu irgendeiner Zeit nach der Erregung des Speicher-Relais 26, das sich selbst hält,

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erregt wird, das Phase-4-Relais 27 gespeist wird. Dieses Relais 27 hat einen Haltekontakt 27/1 und bleibt unabhängig. vom weiteren Verhalten der Relais 13 und 26 unter Strom. Außerdem hat es einen Ruhekontakt 27/3 in Reihe mit dem ■.Transistor 19 und dem Schaltrelais 20; bei Erregung des Relais 27 öffnet der Kontakt 27/5, das Schaltrelais 20 v;ird stromlos und öffnet seinen in Reihe mit dem Schaltrelais 21 liegenden Kontakt 20/1, so daß dieses entregt wird und seinen Kontakt 21/1 ir: der Wechseistrom-Speiseieitung zun Transformator 22 öffnet und damit die Hauptladung beendet. · .

i.äiiert sich die Batterie äen Ladungszustand an, bei dem das Gasen anfängt, so beginnt die Spannung, steiler anzusteigen, und. die Ansticgsgesciiwiiidigkeit überschreiten bald den Wert von 0,1 Volt pro Zelle pro ο bunde oder einen anderen vorgegebenen Hittelwert der Anstiegsgeschwindigkeit, der der gegebenen Anstiegsgeschwiridigkeit; der Bezugsspannung entspricht. Die Prüfspannung am Potentiometer 50 überholt dann die wachsende Bezugsspannung am Potentiometer"40- und versetzt die Transistoren 2J und 24 in den leitenden Zustand; dadurch wird das Erniedrigungs-Relais 25 erregt und „schließt seinen Kontakt 25/1, wodurch der Erniedrigungs-Mötor $4 gespeist wird und den sekundären Abgriff 52 des Transformators 22 so verschiebt, daß der Ladestrom verringert wird, bis die. Prüfspannung wieder unterhalb der Bezursspannung liegt.

Gleichzeitig führt der ivontalct 25/2 zu einer Speisung des Speicherrelais 26 über einen Arbeiuskontakt 20/2 des Schal"crelais 20, das in diesen Zustand gespeist' ist. Da dem kontakt 25/2 der Haltekontakt 26/1 des Speicherrelais 26 parallel geschaltot ist, bleibt; das Speicherrelais 26 unabhängig vom weiteren Verhalten des Erniedrigungs-Relais 25 gespeist-, nschdein es einmal gespeist worden ist.

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BAD ORIGINAL

Solang die Batteriespannung weiterhin mit einem solchen Wert anwächst, daß die Prüfspannung die Bezugsspannung überholt, vermindert weiterhin das Erniedrigungs-Relais 25 periodisch fortschreitend den Ladestrom.

Ende der Phase 5

liähert sich die Batterie ihrem voll aufgeladenen Zustand, so vermindert sich die Geschwindigkeit ihres Spannungsanstiegs, bis sie unter den Wert von 0,1 Volt pro Zelle pro Stunde fällt, dem die Anstiegsgeschwindigkeit der Bezugsspannung entspricht. Die Bezugsspannung überholt also bald die Prüfspannung und das Erhöhungs-Relais 13 wird wieder wie oben beschrieben erregt, so wie wenn der Ladestrom wieder erhöht werden sollte. Jedoch kann das Phase-4—Relais 27 über die kontakte 26/2 und 13/3 des Speicherrelais 26 bzw. des Erhöhungs-Relais 13 gespeist wei"de:i. La diese beiden Relais stromdurchflossen sind, wird also auch das Relais 27 gespeist. Sein Haltekontakt 27/1 bewirkt, daß es unabhängig vom Verhalten der Relais 13 und r.cspeisc; bleibt. Der Kontakt 27/2 schaltet um und trennt einen V/echselstromanschluß 66 von der bernsteinfarbenen Lampe 67 und den Potcnfeiometermotoren ^;-!-0/1 und 50/1 sowie von Erhöhuiigsi'iotor 33 und vom Lrniedrigungs-Kotor 34, während eine grüne Lampe 2ö aufleuchtet. Zusätzlich schaltet der Kontakt 27/3 um, unc dos Schal-ürclais 20 v;ird, da der kontakt 26/3 des Speicherrelais offen ist, entreat, go daß sich sein kontakt 20/1 öffne ¹J, das Sciialtrelais 21 entregt wird, sein kontakt 21/1 öffnet und der Ls ce vornan--; beendet wird.

Die jrhese 5 endet; also, wenn sicri der Anstieg der Batteriespannung abflacht ur;d die Prüfspennurii:· wieder hinter der Bezugs spannung zurückbleibe, so daß die Transistoren 11 und 12 wieder leiten und ics ^rköhun-s-lielais 13 spoison.

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-M -

Phase

Die in der Kitte des unteren Teils der 5'igur 1 dargestellte Vergleichsschaltung B ist in erster linie für die vierte Phase der Aufladung vorgesehen. Bei dieser vierten Phase ergibt sich ein intermittierendes -!»ach-laden,- das jedesmal beginnt, wenn die Leerlauf spannung unter einen gegebenen Viert fällt, und das jeweils endet, wenn die Spannung beim Aufladen über den Wert ansteigt, bei dem der Hauptaufladevorgang. abgeschaltet .. wurde. Der Transistor 18 dient dem Vergleich einer Spannung, die von der am.Potentiometer 50 anliegenden.Prüfspannung mittels des -weiteren Potentiometers 17 abgegriffen wird,, mit der Spannung der Zenerdipde 29.

Am ünde der Phase 3 hat der Kontakt 20/2 geöffnet, und das Speicherrelais 26 ist abgefallen, dessen Ruhekontakt 26/3 geschlossen hat. Zusätzlich hat der Kontakt 20/3 geschlossen, so daß die Transistoren 13 und 19 nun bei Jeder Spannung von, im I^all einer Blei-Säure-Batterie-, über 2,2 Volt pro Zelle anstatt 3,2 Volt pro Zelle sperren*

Die Leerlaufspannung der Batterie fällt nun allmählich. Wenn sie etwa 2,2 Volt pro Zelle erreicht, werden die Transistoren 18 und 19 leitend, während die Kontakte 25/3 und 26/3 geschlossen, sind, so daß die Schaltrelais 20 und 21 erregt v/erden und den-Ladestrom wieder einschalten.

Der Aufladevorgang wird mit einem Strom wiederaufgenommen, der angenähert demjenigen gleich ist,' der bei Beendigung der . Aufladung am Ende der Phase 3 floß, da der Sekundärabgriff ■ des Aiizapf-Transformators 22 anschließend nicht mehr verschoben' worden ist. -^:- " -· ' ■ "" *

./. 18

009838/1547 - "

Das Schaltrelais 20 wird rain über den Ruhekontakt 25/5 des Erniedrigungs-Relais 25 eier Spannungsanpassungsschaltung A in Heine mit dem Ruhekontakt 26/3 des Speicherrelais 26 und dem Arbeitskontakt 27/4 des Phase— ^L\—lie lax s 27 gespeist.

Wenn die Spannung dsr an Ladung hängenden Batterie üuer den Wert ansteigt, den sie am Lnde der Phase 3 erreicht hat, übersteigt die Prüfspannung an Potentiometer 50 die Lezugs-φ Spannung am Potentiometer 4-0, so daß wieder die iraiisistoren 23 und 24- leitend w&räe:i und das .Erniedrigungs-Relais 25 speisen. Dies ö'i'i'iiet die Kontakte 25/3, die Schcitrelais 20 und 21 werden entregt und die Aufladung wird wieder beendet.

Die Batterie erhält nun weiterhin Aufladungsimpulse, die jedesmal beginnen, wenn ihre Leerlaufspannung auf etwa 2,2 Volt pro Zelle abfällt, und die jedesmal enden, wenn ihre Auflade spannung auf den am ^:.de der Phase 3 erreichten Höchstwert kommt.

^ Die vierte Phase, während derer die Batterie also in InO ervall er. nachgeladen wird, setzt sich unbegrenzt fort, bis die batterie abgehängt oder die Stromversorgung manuell abgeschalGet wird.

Diese selbe Spa.i;iunrsvergleichsschaltung L dieivfc auch, wenn sie :.;it Hilfe cies Loncakts 20/3 auf eine andere eingestellte Spannung justiert ist, zum Ausschalte;! des Ladestroms, falls zu irgendeiner zJeio die Spannung an den li-atOorieklemmen einen bestimmten höheren './ert überschreiten sollte, beispielsweise 5₅2 Volt pro Zelle. Dadurch ist es möglich, daß im Jail, äali zu ir ,enäeii.ei' Zeit die _>s.tterie v;ährend ihrer Ladung abgehängt v/ii-d, uie V/echselctrornversorgung sofort outomatisch ausgeschalte α ^ i^^O 09838/1547 ■ "

iA ORIGINAL

Zusätzlich zu dieser normalen Betriebsfolge zeigt die Schaltung gemäß iPigur 1 noch die folgenden zusätzlichen Eigenschaften.

Wie erwähnt, steigt die Eatteriespannung an den Batterieklemmen 61 und 62, wenn die Batterie von diesen Klemmen abgehängt wird, solang Ladestrom fließt, auf einen Wert, der etwa 3,2 Volt pro Zelle oder mehr'entspricht. Die Prüfspannung steigt deshalb auf einen .Wert an, bei dem die Transistoren 18 und 19 sperrend werden, die Schaltrelais 20 und 21 entregt werden und damit der Transformator 22 vom Wechselstromanschluß 6δ getrennt wird... Die Steuer schaltungen sind damit nicht mehr gleichstromgespeist, sämtliche Relais fallen ab und die Potentiometer 4-0 und 50 sowie der Sekundärabgriff 32 des Transformators kehren in ihre ursprüngliche Stellung zurück und sind für die nächste Batterieaufladung bereit.

Wird die Wechselstromversorgung unterbrochen, während eine Batterie an die Klemme:: 61 und 62 angehängt ist, so fallen alle Kupplungen 4-0/2, 50/2 und 31 ab und bei der Wiederherstellung der Wechselstronspeisui:^ führen die oteuerschaltungen einen vollständigen «iederauflade-Vorgang durch. Gemäß einer anderen Ausführungsforni sind die drei kupplungen an die durch die Zer.erdiodc. £4- gegebene Gleichspannung angeschlossen, so daß nach dem "Wiedereinschalten der Wechselstromversorgung die normale Vorgangsfolge fort-r gesetzt wird.

Eine Anzahl der in der Schaltung gemäß ^'igur 1. vorgesehenen IvaßnDhnen befriedigen besondere Junktionszwecke und ; können, wera sie nicht gebraucht werden, weggelassen werden:. beispielsweise kann auf eine oder mehrere der Kontrollampen -verzichtet werden und damit die .Schalteranordnung verein--

009838/15 47 ^:/' ²⁰

BAD-ÖRJGJNAL

facht werden. Die automatische Einstellung der Steuerschaltungen auf eine unterschiedliche Zellenzahl kann weggelassen v/erden und durch manuelles Schalten ersetzt werden, oder es kann auch jedes Ladegerät für nur eine einzige Batterienennspannung entworfen sein. Der automatische Stromanstieg in Phase 2 von Null ab ermöglicht es, daß das Ladegerät ohne weiteres mit automatischer Anpassung für jede Batteriekapazität bis zu einem Maximum verwendbar ist, auf diese Automatik kann jedoch verzichtet werden und der anfängliche Ausgangsstrom kann von Hand gewählt werden, oder das Gerät kann für Eatterien nur einer bestimmten Kapazität entworfen sein. Außerdem kann des automatische Abschalten der Wechselstromversorgung beim Abhängen der Batterie durch einen Handschalter ersetzt sein. Schließlich kann auf das intermittierende Laden in Phase 4- verzicircet werden und die Aufladung am Ende der Phase 3 endgültig abgeschlossen werden. Alternativ kann das Ende der Phase 3 eine weitere Aufladung über eine festgesetzte Zeitspanne einleiten.

Die Schaltung remäß Figur 1 umfaßt einen notorisch verstcllbarsr. AnzGpi'un;:stransformator 22 und motorisch verstellbere Potentiometer A-G und 50.

.;■£! dor öcnaltung gemäß !''igur 2 v/ird anstelle des Anzapfungstransformotors 22 zum Verändern dee Ladestroms ein gewöhnlicher l'ransf crir.ator 77 in Verbindung mit einem Transduktor 7& verwendet. Außerdem ist bei dieser Schaltung der motorisch, verciellbore Potentiometer· ^C weggelassen und keine automatische Einstellung der Vorrichtung zur Anpassung an Batterien verschiedener Spannung vorgesehen; eine solche Einstellung ist entweder- manuell durchzuführen oder unterbleibt überhaupt. Der Bereitstellung der fortschreitend ansteigenden Eezugsspa-mun,_; diene anstelle des motorisch verstellbaren Potentiometers ^G ein unter stetiger Aufladung stehender

009838/1547 ./. 21

OBiQlNAl

·
Im übrigen Ί-ät der Aufbau der Schaltung gemäß li'igur 2

aus dem öcKaltplan und aus der 'folgenden Beschreibung seiner ^Arbeitsweise verstän&liich.

Bei -des? Schaltung gemäß Ägur 2 "'wird an die-.f)öSiM^e und^; an die negative Klöffime 91 bzw* ?2 eine 'Batterie '9^ ange--' ^; schlössen und -die 'WechselsStromversorgung wird 'mi.t Hilfe' "·-■■'-"■ eines Handschälters 73 angeschaltet. Dann v/ird ein-Wechsel»- ■ strom-Hauptschaltrelais 74 über "iiuheköritälcte 99/3 ünd^; Ί'Θ2/3^Λ mit "Strom gespeis't, so daß'ein'Kontakt Ί^/Α s"chließt'-und"^:-^;"^r'·' den Transformairor 7¹? über die Lastv/icklung -des- ir'aiisduktOrs'-78 an die WechöelstromversOrguns anschließt.'' ■ · · ■ ■-'■■ ■" --'■

Die Sekundärwicklung" 92 des iräiisfOrmators 77 "ist "an eine Gleichrichterbrücke 93 angeschlossen, "deren' Äus'gäiißslcie'mmen' mit den Batterieklemmen ^Λ und 72 verbunden sind,, so daß das Schließen des Kontakts 7^/"I einen Ladestromfluß'mit sich bringt* ' "' " " ' '" '" " '"' ' ■--■■'-

Gleichzeitig schließt ein Kontakt 7^/2, der die Stromver-

und 72 her anschaltet. Von der positiven Gleichstromschierie .8.1 fließt Strom über den Emitter-Basis-P'fad eines .Transistors 107 und durchweinen Widerstand. 105 "zum Aufladen des Bezugs'-" kondensators. .105. . . . . - ' " ""*

.,- pe.r.Kollektor.strom des Transistors I07 wird durch Transistoren 1,jQ8 .und 109^v er stärkt. Der Kollektor "des "Tf arisistörs 109 ißt über einen .Widerstand 110 mit der'positiven^v*&'Ieichstromschiene 81 und über einen Widerstand 90 mit der'Bäsls' eines Transistors 89 verbundep, . Diß ■S^e.uerv/icklung '9'I des

• / · C-.C-.

Transdnktors 78 ist über den Emitter-Eollektor-StrpBipjfad . des Transistors S9 an die ratterie-Gleichstroiaschieneii 81 -. , , und 82 angeschlossen-. - . ...

Die Spannung des Be-zugskondensators 105 liegt anfänglich auf riull, so daß die in den l'ransistoreri 107, 103 und 109 , . fließenden Ströme verhältnismäßig hoch sind ,und damit auch der Spannungsabfall im Widerstand 110 verhältnismäßig hoch -. ist und der Strom im Transistor 89 und damit auch in der , iransduktor-Steuerwicklung 91 entsprechend niedrig ist. Der induktive Widerstand des Transduktors "ist.-daher maximsl. und der Ladestrom der batterie ist klein.- . ;

V/ie sich der Kondensator 105 auflädt-, ■ erniedrige, sich der zu seiner Aufl'adung- fließende Strom-, so .daß der. Bat eerier ladestrom ansteigt und einen Anstieg der Batteriespannunr;.-. .-, verursacht.

V«äre die Batteriespannung konstant,- so v.'ürd-e die. Spaniairig des Bezugskondensators 105 sxpoi-entieil ansteigen, und sich -■ einem konstanten V/ert annilherri. Der Strom durch den 1'rs.nsi-; Gtor 107 und den Viiderstand 1OS v;ürde entsprechend abfaller;', und sich dem Were I.'ull annähere, und der Jtrox -i:;;-transduktor würde einem iuaximaiwert susvreben, der den nerr. sütcigen uxit. zu Einern Anv/cchsc-i Ccc Ladestroms-auf den r.cchsuv;ert,. für.. ; den die Schaltung;"er_tv:orfcn ist, führen. In' '/irkiichkeit ...... steigt jedoch die ,Spannung der Batterie-an, so -1ε.χί der ... :.· exponentieile ".ciscieg der Spannung "des Besugsko^deüsa-cors': +.-105 modifiziert ist üna anstelle der Annäherung εη einen-; .·.-". konstanten ',/ert sich einer bestimmten AnstiegssteillieiT,.".:.· annähert. Ist diese Anstiegsst;eilheit kci.starvj, so -uer-den--·.'■■ auch die Ströme durch den 'I'rahsistor 1o7 und den ividerstand. 1Gc- konstant, so daß auch der Latterieladestrom konstant wird.'

009838/1 54 7 " ./. 23

- 23- r . ■■ . ■ ■ ■ . ' . ;

lsi; zt* irgendeiner Zeit" der. Batteriespannungsanstieg
flacher, so erniedrigt sich der. koiidensatorladestrom durch den Transistor 107»" so' cLaß sich der Batterielade strom er- . höht und die Batteriespannung wiederum steiler ansteigt.
Zeigt umgekehrt die Batteriespannung die, Tendenz, sich
schneller zu erhöhen, so erhöht sich auch der Kondensatorladestroin durch den Transistor .107»-wodurch der BatterielcdeEtroia erniedrigt wird und der Batteriespannungsanstieg wiederum abgeflacht wird. .

Die Veränderung des Stroms in der Steuerwicklung 91 des Transduktor? 78 unddamit die Veränderung des Batterieladestroms erfolgt so, daß hierdurch die Beendigung der'Aufladung mittels der rechts im unteren Teil der .tfigur 2 dargestellten Steuerschaltung in der im folgenden beschriebenen Weise eingeleitet wird.

Die Spannung an der Steuerwicklung 91 ist dem in ihr
fließenden Strom und damit auch dem Batterieladestrom proportional und liegt an einem differenzierenden Kondensator

95 in Reihe mit dem Basis~Emitter-Pfad eines Transistors und einein Widerstand 97 an. Der kollektor des Transistors

96 ist über einen Widerstand mit der Ba-sis eines Transistors 9& verbunden, die weiterhin über einen Kondensator 101 mit der positiven Gleichstromschiene 81 verbunden ist. Der
Emitter des Trahsisfors 96 ist über einen widerstand 100 mit der positiven Gleiehstromschiene und sein Kollektor über die Wicklung eines Relais 99 mit der negativen Gleiehstromschiene verbunden; der kollektor ist außerdem über einen Relaiskontakt 102/2 in Reihe mit einen Relaiskontakt 99/2, die einen Selbsthaltekreis für das Relais 99 darstellen,, mit der positiven batterieklemme verbunden.

009*38/1547

Solange also der Strom in der Steuerwicklung 91 und der Batterieladestrom mit einer Geschwindigkeit ansteigen, die größer ist als eine gegebene Geschwindigkeit, fließt Strom durch den differenzierenden Kondensator 95 sowie durch den Transistor 96 und den Widerstand 97, so daß der Transistor 98 leitend ist und das Relais 99 speist. Die Ladestrom-Anstiegsgeschwindigkeit, die nötig ist, um das Relais 99 unter Strom zu halten, hängt von den Werten und Charakteristiken der Schaltelemente 91, 95, 96, 97, 98, 99 und anderer dazugehöriger Teile ab. Der Widerstand 100 und der Kondensator 101, die mit dem Transistor 98 verbunden sind, stellen sicher, daß die Arbeitsweise des Relais 99 nicht durch kurzzeitige Fluktuationen des Ladestroms beeinträchtigt wird.

Des Relais 99 zieht also kurz nach dem Einschalten der
Wechselstromversorgung an und öffnet einen Kontakt 99/1;
ein Gedächtnis- oder Speicherrelais 102, das aufgrund eines ihm parallel geschalteten Kondensators 103 und eines mit ihr:: in Reihe geschalteten Widerstands 104 verzögert anspricht, wird dabei nicht erre~;t.

Phase

Wenn die uatteriespannung den Zustand erreicht, bei dem die Batterie zu gase^ anfängt, beginnt cie, steiler anzustei^cr., und v;ie beschrieben wird der Strom in der SteuerwicklunS'1 zurückgenommen. Wenn dieser Strom in der Steuer wicklung 91 und die an der Steuerv.-icklun^; anliegende Spannung konstant v/erden, fällt der Strom durch den Kondensator 95 und durch den Transistor 96 auf i;ull ab und die Transistoren 96 und 9ö v/erden sperrend, so daü das Relais 99 entregt wird.

./.

009838/15A7

BAD

Der Kontakt 99/1 ist dementsprechend geschlossen, das
Speicherrelais 102 wird gespeist und schließt seinen Haltekontakt 102/1 sowie einen Kontakt 102/2 im Selbsthaltekreis des- Relais 99, xtfährend ein Arbeitskontakt 1G2/3 in der Spei seleitung des Plauptschaltrelais 74 öffnet, das jedoch über einen Kontakt 99/3 gespeist bleibt. "'"■'."

Ende von Phase 3

Wenn sich die Batterie ihrem voll aufgeladenen Zustand
annähert, verkleinert sich ihre Spannungsanstiegsgeschwindigkeit, so daß wie beschrieben ihr Ladestrom und der Ström in der Steuerwicklung 91 wieder anzusteigen beginnen. Der Kondensator 95 nimmt dadurch wieder einen Ladestrom auf und die Transistoren 96 und 98 werden leitend, so daß das Relais 99 wieder gespeist wird. Hierdurch schließt sich der Kontakt
99/2 und hält das Relais 99, da der Kontakt 102/2 bereits
geschlossen ist. Der Kontakt 99/1 öffnet, jedoch bleibt das Speicherrelais 102 über seinen Selbsthaltekontakt 102/1 erregt. ■ ■ ■ - ■

Die Relais 99 und 102 werden also beide zusammen gespeist, so daß die Kontakte 99/3 und 102/3, durch die das Relais 74 gespeist wird, beide öffnen und das Relais 74 abfällt. Es
öffnet sich also der Kontakt 74/1 und unterbricht die Wechselstromzufuhr, so daß der Aufladevorgang aufhört. Außerdem" öffnet der Kontakt 74/2 und unterbricht die Gleichstromversorgung für die Gleichstromschieneri 81 und 82, jedoch bleiben die Relais 99 und 102 von der Batterieseite des Kontakts 74/2 aus solange erregt, als die Batterie an die Klemmen 71 und 72 angeschlossen ist, so .daß die Wechselstromversorgung sicher abgeschaltet bleibt.

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Wird die Batterie zum Gebrauch benötigt, so wird die Wechselstromversorgung mit Hilfe des Handschalters 73 abgeschaltet und sodann die .Batterie von den klemmen 71 und 72 abgehängt. Die Relais 99 und 102 werden deshalb entregt, so daß alle Schaltungsteile sich in ihrem ursprünglichen Zustand und bereit für die nächste Batterieaufladung befinden.

Die Größenwerte des Bezugskondensators 1OJ> und des Widerstands 106 können im Zusammenhang mit dem Verstärkungsgrad des Verstärkers so gewählt werden, daß der Ladestrom stetig und automatisch nachgesteuert wird, um eine bestimmte Anstiegsgeschwindigkeit der Batteriespannung aufrechtzuerhalten.

Der Kondensator 105 kann für die Bereitschaft zur nächsten Batterieladung auf die Spannung Null entladen v/erden, ir. dem er von einer gestrichelt eingezeichneten Verbindung mit einem L. on takt 74/3 des .-Lelais 74 überbrückt wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein ebenfalls gestrichelt eingezeichneter Widerstand 111 ζ v/i seilen den EezugskondL-nsator 103 und die positive Gleichstromschiene 81 eingeschaltet sein, der dem Widerstand 106 und dem Basis-Emiirter-Pfad des -Transistors 107 parallel geschaltet ist, je nach den Schaltungserforcernisseii dieses Transistors. Beim Abhängen der Batterie errulädt sich dann der Kondensator 105 über den Widerstand 111 und den Kontakt 99/1, den Widerstand 104 und das Relais 102.

Bs kann eine oder es können mehrere der zusätzlicher: Laßiiahmen der Schaltung gemäß I'igur 1 unmittelbar oder mit geeigneter Kodifikation in die Schaltung gemäß I'lgur 2. eingefügt v/erden. Insbesondere kann eine Phase des intermittierenden Aufladens entsprechend der Phase 4 der Anordnung gemäß i'lgur 1 vorgesehen sein, um die Batterie noch voller aufzu—

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ÖAD ORIGINAL

■,. - 27 - ·

laden und sie in einem voll aufgeladenen Zustand zu halten, bis sie zum Gebrauch verwendet werden soll.

Der Ausgangsstrom der meisten Typen von. Batterieladegeräten, wie sie bisher verwendet-.wurden, wird erheblich von Schwankungen der Wechselspannung- des Eingangsnetzes beeinflußt. Ein Abfallen der Netzspannung hat of ein erhebliches Abfallen des Ausgangsstroms zur Folge und die hierdurch erforderliche längere Ladezeit kann von Hachteil sein. Andererseits verursacht ein Anstieg der lie t ζ spannung eine Erhöhung des Ausgangsstroms,' die zu einer Überlastung der Ladegerät-Bauteile führen und die Batterie überladen kann.

Bei dem erfindungsgercäßen Batterieladegerät, bei dem der Ladestrom kontinuierlich und automatisch nachgeregelt wird, um eine gegebene Anstiegsgeschwindigkeit der Batteriespannung beizubehalten, ergibt sich eine sofortige und automatische Korrektur des Ausgangsstroms, wenn. Schwankungen der Netz-Wechselspannung auftreten, und die erforderliche Ladezeit bleibt im wesentlichen unberührt.

Die schließliche Beendigung einer Aufladung oder einer Phase der Aufladung wird bei vielen bekannten Batterieladegeräten durch Relais bewirkt, die so eingestellt sind, daß sie bei einer bestimmten Eatteriespannung schalten. Beim Einstellen solcher Relais bedarf es einer erheblichen Sorgfalt und der Verwendung eines genauen Voltmeters und die Einstellung wird leicht ungenau aufgrund der Schwierigkeit, eine richtige Kompensation für den Spannungsabfall in den Batterieladekabeln sicherzustellen. Beim erfindungsgenäßen Ladegerät wird das Verhalten der Schaltung wirksam durch die anwachsende" Bezugsspannung gesteuert, die von einer stabilisierten Spannungsquelle erhalten wird, und wenn die Schaltung einmal vom

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Hersteller eingestellt worden ist, so ist trotz unterschiedlicher Widerstandswerte der Batterieladekabel keine weitere periodische Hachstellung erforderlich.

Außerdem bedarf es beim erfindungsgemäßen Ladegerät im Gegensatz zu vielen bekannten Arten von Ladegeräten nicht der Einfügung eines Zeitgebers zum Beendigen der Aufladung oder einer Phase der Aufladung, so daß häufig auftretende fehler aufgrund einer falschen Einstellung eines solchen Zeitgebers gemäß der Erfindung vermieden sind.

Im Gegensatz zu weiteren bekannten Ladegeräten, bei denen eine Steuerung von einem Prüfen der Gasentwicklung oder von Teinperaturprüfungen abgeleitet ist, erfordert das -erfindungsgemäße Ladegerät keine anderen Anschlüsse an die Batterie, als die notwendigen positiven und negativen Ladekabel; alle Funktionen v/erden durch Auswertung der Ergebnisse der Analyse des wechselnden Verhaltens der Batterie-Ladespannung und des Stroms in Bezug zur Zeit eingeleitet oder beendet.

Die Erfindung wurde anhand einer Blei-Säure-Batterie beschrieben, sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Bei geeigneter Wahl der Spannungswerte kann das beschriebene System auch auf andere ratterietypen, beispielsweise alkalische Eatterien, angewendet werden, sofern die LadeSpannungskurve bei konstantem Strom einen schließlichen Konstantspannungsteil aufweist, dem eir. ansteigender Teil v.orausgeht.

./.

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Claims

Patents η s ρ r Sc he

M.^Automatisches elektrisches' Batterieladegerät mit einer Ladestrom-Speisung, gekennzeichnet durch eine auf eine Funktion der Zellenspannung der unter Ladung stehenden Batterie ansprechende Einrichtung zum fortschreitenden Vermindern der effektiven Spannung der Ladestrom-Speisung bei fortschreitender Ladung.

■ ■ i
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung (40, 105) zum Herstellen einer Bezugsspannung, eine Vergleichsschaltung (11, 12, 23, 24; 106 bis 109) zum Vergleichen der Bezugsspannung mit einer Prüfspannung,-die eine Funktion der Spannung der unter" Ladung stehenden Batterie (94) ist, und zur Ableitung eines Fehlersignals, und durch eine Einrichtung (32, 34; 89, 78, 91) zum wirksamen Vermindern der Spannung der Ladestrom-Speisung entsprechend dem Fehlersignal.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40, 105) zum Herstellen der Bezugsspannung diese ^ während eines Aufladezyklus fortschreitend erhöht. ^
4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal, eine Funktion der Differenz zwischen der Änderung sgeschwindigkeit der Prüfspannung und derjenigen der Bezugsspannung ist und der Batterieladestrom bei positivem Fehlersignal erniedrigbar ist. ■
5· Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal, für die Beendigung der Aufladung oder einer Phase der Aufladung vorgesehen ist.

009838/1547 ^m/l ' ⁵°
6. Gerät nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieladestrom bei negativem Dehlersignal erhöhbar ist und daß der Batterieladestromkreis zum Beenden der Aufladung oder eine Phase der Aufladung unterbrechbar oder modifizierbar ist, wenn der Viert oder die i--nderungsgeschwindigkeit des iVnlersignals negativ ist, nachdem er bzw. sie vorher positiv war.
7. Gerät nach einen der Ansprüche 1 bis -S, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal der Differenz zwischen der ^nderungsgeschwindigkeit der Prüfspannung und derjenigen der Bezugsspannung entspricht.
ö. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dafi das "iehlersignal der Differenz zv;ischen dem V/ert der Prüfspannung und dem Viert der rezugssparmung entspricht.
9- Gerät nach Anspruch 6 und 3, dodurch gekennzeichnet, doß die Aufladung beendet wird, wenn die Prüf spannung unter die Bezugsspannung fällt, nachdem sie vorher höhex¹ war als diese, wenn also das der Differenz zwischen diesen Spannungen entsprechende i'ehl er signal negativ wird, nachdeni es vor her positiv war.
10. Gerät nach Anspruch 6 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspannung ständig die Bezugsspannung übertrifft und die Aufladung beendet wir-u, wenn das der Differenz zwischen diesen Spannungen ent sprechende ^ehlersignal sich zu verkleinern beginnt, nachdem es sich vorher erhöht hat, wenn also die Anderungsgeschwindigkeit des !B'ehlersignals negativ wird, nacndeir. sie verhex· positiv war.

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BAD ORIGINAL
11· Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch ein motorisch verstellbares Potentiometer (40) zum Herstellen und fortschreitenden Erhöhen der Bezugsspannung.
12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladestrom von einer Vergleichs*- schaltung abhängig ist, die auf eine Differenz zwischen der Prüfspannung und der Bezugsspannung anspricht.
13· Gerät nach-einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch einen von der Prüfspannung aufladbaren Kondensator (105) zum Herstellen und fortschreitenden Erhöhen der Bezugsspannung.
. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Bezugskondensator (105) zur Bereitstellung einer während eines Aufladezyklus fortschreitend anwachsenden Bezugsspannung, der von einer Prüfspannung, die eine Funktion der Spannung der an Ladung liegenden Batterie (9²O ist, mit einem von der Differenz zwischen der Prüfspannung und der Bezugsspannung abhängigen Ladestrom geladen wird, a durch eine Einrichtung (89, 78,'91) zürn Erniedrigen des Batterie-Ladestroms, wenn der Kondensator-Ladestrom ansteigt, und umgekehrt, und durch eine Einrichtung (74, 99, 102) zum unterbrechen oder Modifizieren des Batterie-Ladestromkreises zum Beendigen der Aufladung oder einer Phase der Aufladung, wenn der Bezugskondensator-rLadestrom bei Erreichen des voll aufgeladenen Zustands durch die Batterie nach vorherigem Anstieg abfällt.
15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verhindern einer Beendigung der Aufladung oder einer Phase der Aufladung beim Anstieg und anschließenden Abfall

00 983 8/ 154 7 '^/m ⁵²

BAD 0R1S5HAL

des Ladestroms des Bezugskondensators (105) zu Beginn des
Ladezyklus Verzögerungseinrichtungen (100, 101,. 103» 104-)
vorgesehen sind.
16. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterie-Ladestrom durch einen motorisch verstellbaren Wechselanzapfungs-Transformator (22)
steuerbar ist, der den Ladestrom über einen Gleichrichter
liefert.
17· Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterie-Ladestrom durch einen Transduktor (73) mit sättigbarem Kern steuerbar ist, der den Wechselstromeingang zu einem den Batterie-Ladestrom liefernden
Gleichrichter (93) steuert.
18. Gerat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieladestrom durch Verändern des Mittelwerts dec kuzi'c^ucatroms einer thyristorgesteuerten oder ähnlichen schnell pulsierenden Schaltung steuerbar ist.
19. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung der Aufladung oder einer
Phase der Aufladung vom gleichzeitigen Ansprechen eines Arbei"csrelais (99) und eines Speicherrelais (102) abhängt, von
denen das Lipeicherrelais erregt wird, wenn das Arbeitsrelais
nicht erregt ist, und mit einer ßelbsthalteschaltung (102/1)
versehen ist, um crrc,,t zu bleiben, wenn das Arbeitsrelais
anschließend v/ieder erregt v/ird.
20. Gerät nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versorgung von Batterien unterschiedlicher !-."ennspannung die Prüfspannung die Batteriespannung
ist.

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ORIGINAL INSPECTED
21. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Beziehung zwischen der Prüfspannung und der Batteriespannung zur Versorgung von Batterien unterschiedlicher Spannung manuelle Mittel vorgesehen sind.
22. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zum automatischen Einstellen der Prüfspannung auf einen gegebenen Anfangswert zur Versorgung von Batterien unterschiedlicher Spannung eine Einrichtung wie ein motorisch verstellbares Potentiometer (50) vorgesehen ist. -

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