DE2103922A1

DE2103922A1 - Vorrichtung zum Schnelladen von Batterien

Info

Publication number: DE2103922A1
Application number: DE19712103922
Authority: DE
Inventors: Indar Kumar Inglewood Calif Sethi (V St A)
Original assignee: Mcculloch Corp
Current assignee: Mcculloch Corp
Priority date: 1970-01-30
Filing date: 1971-01-28
Publication date: 1971-08-05
Also published as: NL175959B; FR2077142A5; GB1286781A; JPS5249130B1; NL7101019A; CA918747A; DE2103922C3; DE2103922B2; US3622857A; SE372148B; JPS46371A; BE762309R; NL175959C; IT1046931B

Description

DIPL.-INQ. GÜNTHER EISENFÜUR DIPL-ING. DIETER K.SPEISER

PATENTANWÄLTE

Aktenzeichen: Neuanmeldung 28 BREMEN 1

BORGERMEISTER-SMIDT-STR. 5· ANMELDERNAME: McCullOCh Corporation (TRINIDAD-HAUS)

TELEFON: (0421) »11177 TELEQRAMME: FERROPAT

BREMER BANK 1009072

„ .__ POSTSCHECK HAMBURG 255787

UNS. ZEICHEN: M 168

Datum: 2 7. Januar 1971

McCULLOCH CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Wisconsin, 6101 West Century Boulevard, LOS ANGELES, Californien (V.St.A.) f

Vorrichtung- zum Schnelladen von Batterien

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden einer elektrischen Batterie, mit einer Wechselstromquelle, einer zwischen Wechselstromquelle und der zu ladenden Batterie angeschlossenen und die Batterie, sofern die Spannung der Stromquelle die Batterieklemmenspannung übersteigt, mit Ladestrom-Impulsen versorgenden Schalteinrichtung, einem selektiv einschaltbaren Entlade- M Stromweg in Parallelschaltung zur Batterie und mit Schaltelementen zur Erzeugung eines ersten batteriefunktionsabhängigen Steuersignals.

Die der Anmeldung zugrundeliegende Erfindung steht im Zusammenhang mit folgenden US-Patentanmeldungen: Seriennummer 612 995, eingereicht am 31. Januar 1967; Seriennummer 726 060, eingereicht am 2. Mai 1968; Seriennummer 836 791, eingereicht am 26. Juni 1969; Seriennummer 867 838, eingereicht am 20. Oktober 1969; und Seriennummer

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, eingereicht am (wird nach Bestätigung ausgefüllt).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gehört zur Gruppe von Schaltungen zur Schneiladung von Batterien, und besonders zur Schneiladung solcher Batterien, welche unterschiedliche Innenwiderstände ohne direkte Kompensation dieser unterschiedlichen Innenwiderstände aufweisen.

Mit Hilfe der Verfahren und Schaltungen, wie sie in den obengenannten US-Patentanmeldungen beschrieben sind, lassen sich Batterien bis zu einer bestimmten Kapazität in weniger als 30 Minuten aufladen, obwohl die Batterie-Hersteller eine längere Ladezeit empfehlen, beispielsweise 16 Stunden.

Beim Laden von Batterien ist es erwünscht, daß die Wirksamkeit der Schnellade-Schaltung nicht auf Batterien beschränkt ist, die einen bestimmten Innenwiderstand besitzen. Die Anwendungsbreite eines einzelnen Batterie-Ladegerätes läßt sich erhöhen, wenn dessen Schaltung nicht auf einen bestimmten Batterie-Innenwiderstand festgelegt ist. Die Schaltung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Ladegerätes läßt sich zum Aufladen von Batterien verwenden, die von verschiedenen Herstellern stammen. Batterien mit vergleichbaren Nenn-Kapazitäten von verschiedenen Herstellern können unterschiedliche innere Kennwerte einschließlich sehr unterschiedlicher Innenwiderstände aufweisen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Schnelllade-Schaltung für eine aus einer einzigen oder mehreren Zellen bestehenden Batterie enthält Übertragungsglieder, mit deren Hilfe sich Gleichstrom-Impulse auf die Batterie über eine elektrische Dauerverbindung übertragen lassen. Die Gleichstrom-Impulse werden verzug«—

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weise durch Gleichrichtung von Wechselstrom erzeugt, der dem Ausgang einer Wechselstromquelle entnommen wird. Die Gleichrichter können an entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossene Thyristoren sein, welche entsprechend der angemessenen Ladespannung für eine mehrzellige Batterie ausgelegt und isoliert sind.

Die Schaltung enthält ferner einen Entlade-Stromtreg und eine Entlade-Einrichtung zur periodischen elektrischen Parallelschaltung dieses Entlade-Stromweges zur Batterie, ohne daß die elektrische Verbindung zwisehen Batterie und der Übertragungseinrichtung unterbrochen wird. Zur Entlade-Einrichtung gehört eine ein erstes Signal erzeugende Einrichtung, die von der Batteriefunktion abhängig ist. Die das erste Signal erzeugende Einrichtung besteht vorzugsweise aus einer Integrierschaltung zum Integrieren der Batterie-Klemmenspannung und aus einem von der an der Integrieschaltung anliegenden Spannung abhängigen Thyristor, der ein Steuer-Signal zum Öffnen des Entlade-Stromweges erzeugt.

Zur Entlade-Einrichtung gehört ferner eine ein zweites Signal erzeugende Einrichtung, welche zumindest während der Übertragung von Gleichstrom-Impulsen auf die Batterie wirksam ist und mit der das erste Signal erzeugenden Einrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals zusammenwirkt, welches den Entlade-Stromweg elektrisch zur Batterie parallelschaltet. Zur das zweite Signal erzeugenden Einrichtung gehört vorzugsweise ein zweites Gleichrichterpaar,' das an gegenüberliegenden Enden der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist und eine gleichgerichtete Spannung er-

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zeugt, deren Polarität bei gleicher Phase den Gleichstrom-Impulsen zur Batterieladung entgegengesetzt ist. Der Ausgang dieser zweiten Gleichrichter-Schaltung ist so an die Integrierschaltung angekoppelt, daß der Entlade -Stromweg nicht gleichzeitig mit dem Ladestromfluß angelegt werden kann.

Zur Batterieschnellade-Schaltung können ferner Schaltelemente gehören, die in Abhängigkeit des Erreichens einer vorbestimmten Batterie-Klemmenspannung den durch die Batterie fließenden Ladestrom vermindern. Zu diesen den Ladestrom vermindernden Schaltungselementen können vorzugsweise ein Schaltungszweig, welcher zumindest einem der beiden Thyristoren der Gleichrichter-Schaltung parallel geschaltet ist und die Batterie mit Puffer-Ladestrom versorgt, Schaltelemente, welche die Batterie-Klemmenspannung abtasten, ferner Schaltelemente, welche in Abhängigkeit von dieser Abtasteinrichtung bei Erreichen einer vorbestimmten Batterie-Klemmenspannung den Betrieb der Thyristoren der Gleichrichter-Schaltung unterbrechen, und weitere Schaltelemente gehören, welche diese Unterbrechereinrichtung während des Ladestromflusses unwirksam machen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einer Zeichnung entnommen werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Batterie-Schnelladeschaltung, mit der abwechselnd während eines Ladeintervalls Ladestrom-Impulse und während eines Entladeintervalls ein Entlade-Stromweg zur fortschreitenden Ladung an eine Batterie angelegt werden, ist in der einzigen Figur der Zeichnung in Form eines Schalt-

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bildes dargestellt.

Zu dieser Schaltung gehört eine Übertragungseinrichtung, mit der sich Gleichstrom-Impulse über eine elektrische Dauerverbindung auf eine Batterie 1 übertragen lassen. Zu dieser Übertragungseinrichtung gehört ein Transformator 2, ein Paar von Thyristoren 3 und 4, die an entgegengesetzte Enden der Sekundärwicklung 5 des Transformators 2 angeschlossen sind, eine die gemeinsamen Kathoden der Thyristoren 3 und 4 mit der Plus-Klemme der Batterie 1 verbindende Leitung 6, und die gemeinsame Erdverbindung zwischen der Minus-Klemme der Batterie 1 und einer Mittelanzapfung 7 der Sekundärwicklung 5 des Transformators 2.

Die Anoden und die Steuerelektroden der Thyristoren 3 bzw. 4 sind durch je einen Widerstand 11 bzw. 12 so miteinander verbunden, daß die Halbleitesschicht zwischen Steuerelektrode und Kathode innerhalb der Thyristoren leitend wird, wenn die Spannung an der Sekundärwicklung 5 des Transformators 2 größer ist als die Klemmenspannung der Batterie 1. In diesem Fall sind beide Thyristoren 3 und 4 leitend.

Die Ausfangsspannung an den miteinander verbundenen Kathoden der beiden Thyristoren 3 und 4 ist zweiweggleichgerichtet und bildet somit Gleichstrom-Impulse für die Batterie 1. Diese Impulse können auch auf anderem Wege erzeugt werden,beispielsweise durch einen Einweggleichrichter mit nur einem Thyristor, oder durch einen Zweiweggleichrichter mit einem einzigen Thyristor, dem zwei Dioden vorgeschaltet sind. Die Primärwicklung 8 des Transformators 2 ist an eine Wechselstromquelle 9 angeschlossen, beispielsweise an ein 110-V-Wechselstromnetz.

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In Parallelschaltung zur Batterie 1 befindet sich ein Entlade-Stromweg, der einen Leistungstransistor 10 als aktives Element besitzt. In Verbindung mit dem Transistor 10 als Entlade-Stromweg befindet sich eine Ent— lade-Einrichtung zur periodischen elektrischen Parallelschaltung des Entlade-Stromweges an die Batterie 1 ohne Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen der Batterie 1 und der aus der WechselStromquelle 9, dem Transformator 2 und den Thyristoren 3 und 4 bestehenden Gleichstrom-Impulsquelle. Diese Entlade-Einrichtung zur Aufschaltung des Entlade-Stromweges enthält ein Spannungsteilernetzwerk aus vier Widerständen 14, 15, 16 und 17, die zwischen der Plus-Klemme der Batterie 1 und der Bezugserde in Reihe geschaltet sind.

Über einen Kondensator 18 sind die beiden Widerstände 14 und 15 an ihrer gemeinsamen Verbindungsstelle an die Bezugserde angeschlossen. Außerdem ist an dieser Verbindungsstelle zwischen den beiden Widerständen 14 und 15 die Anode eines Thyristors 19 angeschlossen, dessen Kathode über einen Widerstand 20 mit der Bezugserde in Verbindung steht. Das Steuergitter des Thyristors 19 ist mit der Verknüpfungsstelle zwischen den Widerständen 15 und 16 verbunden. Ein Widerstand 21 verbindet die Kathode des Thyristors 19 mit der Basis des Leistungstransistors 10.

Die aus den Widerständen 14, 15, 16 und 17 sowie dem Kondensator 18 bestehende Integrierschaltung erzeugt in Abhängigkeit von einer Batteriefunktion ein Signal» Insbesondere erzeugt diese Integrierschaltung ein erstes Signal als Funktion der Batterie-Klemmenspannung, welche sich im Verlauf der Batterieladung erhöht.

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Die Entlade-Einrichtung 2ur Anschaltung des Entlade-Stromweges enthält ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signals oder eine Quelle zur Erzeugung eines zweiten Signals, welches dem zwischen Steuerelektrode und Kathode durch die Wirkungsweise des Kondensators 18 und der Reihenschaltung der Widerstände 14 bis 17 erzeugten Signal entgegensteht. Zu der das zweite Signal .erzeugenden Einrichtung bzw. der Quelle für das zweite Signal gehört ein Paar von Dioden 22 und 23, deren-Kathoden mit gegenüberliegenden Enden der Sekundärwicklung 5 in einer Zweiweg-Gleichrichterschaltung verbunden sind. Die Anoden der Dioden 22 und 23 sind miteinander verbunden und über eine Reihenschaltung von Widerständen 24, 25 und 17 an die Bezugserde gelegt.

Die Entlade-Einrichtung zur Anlegung des Entlade-Stromweges arbeitet unabhängig vom Batterie-Innenwiderstand, ausgenommen, wenn dieser Widerstand die Batterie—Klemmenspannung beeinträchtigt. Genauer gesagt, die Schaltelemente zur Unterbindung der Anlegung des Entlade-Stromweges während des Ladestromflusses wirken unabhängig vom Innenwiderstand der Batterie, so daß Batterien mit unterschiedlichen inneren Kennwerten von verschiedenen Herstellern geladen werden können, ohne daß die Ladeschaltung zwecks Kompensation dieser unterschiedlichen Kennzeichen geändert werden müßte.

Zur Schnellade-Schaltung gehört gemäß der Zeichnung eine Parallelschaltung 26 zum Thyristor 3 zur Versorgung der Batterie 1 mit Pufferstrom, nachden die Schneiladung der Batterie beendet wurde. Die Parallelschaltung 26 besteht aus einer Serienschaltung eines Gleichrichters 27 mit einer Anzeigelampe 28. Eine ähnliche Parallelschaltung könnte den anderen Thyristor

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überbrücken, falls ein erhöhter Pufferstrom verlangt wird.

Zur zeichnungsgemäßen Ladeschaltung gehört ferner eine Unterbrecher-Schaltung zur Beendigung der Schneiladung der Batterie 1 durch Sperrung der beiden Thyristoren 3 und 4. Zu dieser Unterbrecherschaltung gehört eine Serienschaltung aus einer Zener-Diode 29, einem Widerstand 30 und einem Potentiometer 31. Dieses Serienschaltung verbindet die Plus-Klemme der Batterie 1 mit der Bezugserde. Weiterhin gehört zu dieser Unterbrecherschaltung eine aus einem Widerstand 32, einem Widerstand 33 und einem Thyristor 34 bestehende Reihenschaltung, welche ebenfalls zwischen der Plus-Klemme der Batterie 1 und der Bezugserde angeschlossen ist. Die Steuerelektrode des Thyristors 34 ist über einen Widerstand 3 5 mit dem Abgriff des Potentiometer 31, außerdem über einen Kondensator 36 mit der Bezugserde verbunden. Eine Diode 37 verbindet die Steuerelektrode des Thyristors 3, und außerdem eine Diode 38 die Steuerelektrode des Thyristors 4 mit dem Verknüpfungspunkt zwischen den beiden Widerständen 32 und 33.

Zur Schaltung gehören ferner Schaltelemente, welche die Schnellade-Abschalteinrichtung von der Batterie-Ruheklemmenspannung abhängig machen, d.h. von der Batterie-Klemmenspannung, welche sich bei fehlendem Ladestrom einstellt. Zu diesen Schaltelementen gehört ein an die Verbindungsstelle zwischen Widerstand 30 und Potentiometer 31 einerseits und der Bezugserde andererseits angeschlossener Transistor 40, der seine Vorspannung von dem aus den Dioden 22 und 23 sowie den Widerständen 24, 25 und 17 gebildeten Gleichstrornzweig bezieht.

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Zur besseren Erläuterung sei angenommen, daß eine zu ladende Batterie 1 aus fünf gasdichten Nickel-Cadmium-Zellen vom Typ C besteht. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die Ladung von Nickel-Cadmium-Zellen und nicht auf Batterien, die aus genau fünf Zellen bestehen. Sie läßt sich vielmehr überall da anwenden, wo es sich um wiederaufladbare elektrochemische Stromquellen handelt.

Im gewählten Beispiel handelt es sich um Nickel-Cadmium-Zellen vom Typ C, wie sie in der Batterie 41 B001KD06 der General Electric Company mit einer Nennspannung von 1,2 V pro Zeile und einer Nennkapazität von 1 A-Stunde bei Entladung mit 100 mA über einen Zeitraum von 10 Stunden bis zu einer gewählten Entlade-Spannung herab verwendet wird. Der Hersteller empfiehlt, diese Zelle 16 Stunden lang mit einem Strom von 100 Milliampere aufzuladen. Diese Ladezeit ist gewaltig, wenn man bedenkt, daß diese Zelle bei einem zu vernachlässigenden Temperaturanstieg in bedeutend kürzerer Zeit aufgeladen werden kann, wenn man die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet.

In diesem Zusammenhang wird ein C-Wert angewendet, welcher den Entladestrom einer Zelle in Ampere angibt, der in einer gewählten Zeitspanne von im allgemeinen einer Stunde oder zehn Stunden zu einer gewählten Entladespannung führt. Beispielsweise besitzt die obengenannte Zelle einen C-Wert von 1 A, mit dem eine gewählte Entladespannung innerhalb einer Stunde erreicht wird.

Für die Aufladeoperation der Batterie 1 wird diese an die zeichnerisch dargestellte Vorrichtung zum Laden angeschlossen, und das Ladegerät erhält seine Spannung

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aus der Wechselstromquelle 9. Es spielt keine Rolle, welcher Vorgang zuerst anläuft, da die Ladeschaltung nach der vorliegenden Erfindung nicht vorzeitig abschaltet, jedoch die Batterieladung schnell durchführt. Wird die Stromquelle vor dem Anschluß der Batterie 1 angeschaltet, so verhindert der Transistor 40 die vorzeitige Beendigung der Schnelladung, und wenn die Batterie 1 zuerst angeschlossen wird, so ist die Batterie-Klemmenspannung nicht ausreichend, um die Schneiladung-Unterbrechungsschaltung in Betrieb zu setzen. Ist die Spannung am oberen Ende der Sekundärwicklung 5 positiv und größer als die Klemmenspannung der Batterie 1, so fließt Strom über den Widerstand 11 und den Steuerelektroden-Kathoden-Libergang des Thyristors 3, wobei dieser Thyristor 3 gezündet wird« Danach fließt ein Ladestrom durch die Batterie 1, dessen Spitzenwert vorzugsweise etwa den fünffachen C-Wert der zu ladenden Batterie besitzt. Weist das untere Ende der Sekundärwicklung 5 eine positive Spannung auf, welche größer als die Klemmenspannung der Batterie 1 ist, so wird der Thyristor 4 leitend und liefert einen Ladestrom an die Batterie.

Während der Ladestrom fließt, steigt die Klemmenspannung der Batterie 1 und damit gleichzeitig die an dem aus den Widerständen 14, 15, 16 und 17 gebildeten Spannungsteiler. Ein Teil dieses Spannungsteiler wird von Kondensator 18 überbrückt, der ebenfalls eine entsprechende Teilspannung erreicht. Während die Ladestrom-Impulse durch die Batterie 1 fließen, ist entweder der Gleichrichter 22 oder 23 leitend, so daß am Widerstand 17 ein Signal ansteht, welches negativ gegenüber der Erde ist. Diese am Widerstand 17 anstehende negative Spannung hält die Steuerelektrodenspannung des Thyristors 19 gegenüber dessen Kathodenspannung unterhalb der Zündspannung dieses Thyristors, so daß dieser Gleichrichter

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während des Ladestromflusses ausgeschaltet ist und dabei den Leistungstransistor 10 sperrt. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Entlade-Stromweg geöffnet wird, so lange Thyristor 3 oder 4 leitend ist. Dies ist erforderlich, weil der Entlade-Stromweg einen extrem niedrigen Widerstand aufweist, und infolge überhöhten Stromflusses die Thyristoren 3 und 4 bzw. den Transformator 2 beschädigt werden könnten, falls gleichzeitig ' Transistor 10 und Thyristor 3 oder 4 leitend wäre.

Der Entlade-Stromweg über Transistor 10 wird periodisch in Abhängigkeit vom Erreichen einer vorgewählten Spannung zwischen Steuerelektrode und Kathode des Thyristors 19 geöffnet. Während sich der Kondensator 18 auflädt, erscheint ein Teil der Kondensatorspannung zwischen ■steuerelektrode und Kathode von Thyristor 19, und wenn die Spannung am Kondensator 18 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird der Thyristor 19 gezündet, bildet einen Entladeweg mit niedrigem Widerstand für Kondensator 18 als Vorbereitung zur erneuten Abtastung der Batterie-Klemmenspannung für die nächste Anlegung des Entlade-Stromweges an die Batterie 1.

Nach dem Zünden von Thyristor 19 entsteht eine positive Spannung der Basis von Transistor 10 gegenüber seinem Emitter, worauf der Transistor durchgeschaltet ist. Diese positive Spannung reicht aus, um den Transistor 10 während der Entladung des Kondensators 18 über Thyristor 19 und Widerstand 20 in die Sättigung zu bringen. Der Transistor 10 verbleibt für ungefähr eine Mikrosekunde inf gesättigten Zustand, was der Zeitkonstante des Kondensator 18 und seines Entlade-^Stromweges entspricht.

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Unter dem Wechsel von Ladeintervallen, in denen eine Serie von Glei~hstrom-Impulsen durch die Batterie 1 geschickt wird, und Entladeintervallen, in denen der Entlade-Stromweg an die Batterie angelegt wird, schreitet der Batterie-Ladevorgang fort, und mit beim Ladevorgang steigender Batterie-Klemmenspannung geschieht das Öffnen des Entlade-Stromweges häufiger.

Wie im einzelnen innerhalb der obenerwähnten Anmeldungen erläutert, steigt die Batterie-Klemmenspannung bei fortschreitendem Ladevorgang, und aufgrund des ständigen Wechsels von Lade-Intervallen und Entlade-Intervallen erhöht sich die Batterietemperatur nur unwesentlich, und die Batterie-Ruheklemmenspannung, d.h. die Spannung, die sich in Abwesenheit des Ladestromes einstellt, bildet ein präzises Kennzeichen für den Ladezustand der Batterie. Es hat sich gezeigt, daß eine aus fünf gasdichten Nickel-Cadmium-Zellen vom Typ C bestehende Batterie eine Klemmenspannung von etwa 7,9 V erreicht, wenn diese Batterie einen Ladezustand von angenähert 100 % ihrer vom Hersteller angegebenen Nennkapazität erreicht hat. Es kann sein, daß die Kapazität der auf eine Klemmenspannung von 7,9 aufgeladenen Batterie etwas größer oder kleiner als die Nennkapazität ist, was von den inneren Kennwerten der Batterie und ihrer Vergangenheit abhängig ist.

Im vorliegenden und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedenfalls die vorbestimmte Batterie-Ruheklemmenspannung, welche den gewünschten Ladezustand der Batterie etwa bei erreichter Nennkapazität oder mehr entspricht, als Merkmal für die Beendigung der Schneiladung der Batterie eingesetzt worden.

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Der aus Zener-Diode 29, Widerstand 30 und Potentiometer 31 zusammengesetzte Spannungsteiler verbindet die Batterieklemmen und spricht auf die Batterie-Klemmenspannung an. Die Schaltung zur Beendigung der Schneiladung der Batterie 1 arbeitet wie folgt:

Wird die Spannung am Abgriff von Potentiometer 31 gegenüber der Erde genügend positiv, so zündet der Thyristor 34. Im leitenden Zustand des Thyristors 34 besteht eine leitende Verbindung mit niedrigem Widerstand zwischen den Steuerelektröden der Thyristoren 3 und 4 und der Bezugserde, so daß diese beiden Thyristoren 3 und 4 gesperrt werden und der Ladestromweg über die Thyristoren 3 und 4 wirksam unterbrochen ist. Jetzt kann nur noch ein Ladestrom über die Parallelschaltung 26 zur Batterie 1 fließen, und diese besitzt gegenüber den Thyristoren 3 und 4 im leitenden Zustand einen relativ hohen Widerstand. Damit wird der Strom.begrenzt, und es fließt nur noch ein Puffer-Strom. Ist der Thyristor 34 durchgeschaltet, so wird über den mit der Plus-Klemme der Batterie 1 verbundenen Widerstand 32 ein Stromfluß aufrecht erhalten. Die Schnelladungs-Unterbrecherschaltung wird durch die Arbeitsweise des Transistors 40 und seiner Ansteuerungsschaltung von der Batterie-Ruheklemmenspannung abhängig gemacht. Die an der Sekundärwicklung 5 des Transformators 2 anliegende Spannung fließt über die beiden Gleichrichter 22 und 23, so daß an deren Anoden eine gleichgerichtete Wechselspannung von entgegengesetzter Polarität anliegt, die jedoch gleichphasig ist mit den Gleichstrom-Impulsen an den Kathoden der Thyristoren 3 und 4. Ein Teil der gegenüber der Erde negativen Spannung an den Anoden der Gleichrichter 22 und 23 gelangt an die Basis des Transistors 40. Die negative Basisspannung öffnet den Transistor

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40 und macht ihn leitend, so daß er das Potentiometer 31 wirksam kurzschließt. Die an der Basis des Transistors 40 anliegende Spannung ist eine pulsierende Spannung, die bis auf Null Volt zurückgeht, wobei der Transistor 40 jedesmal sperrt. Im nicht-leitenden Zustand des Transistors 40 erscheint jedesmal unter dem Einfluß der Batterie-Klemmenspannung eine höhere Spannung an den Anschlüssen des Potentiometers 31, wovon ein Teil an die Steuerelektrode des Thyristors 34 gelegt wird. Während des überwiegenden Teiles jedes negativen Impulses, worin auch die Zeit der durch die Batterie fließenden Ladestrom-Impulse enthalten ist, befindet sich der Transistor 40 im gesättigten Zustand. Die Leitfähigkeit des Transistors 40 vermindert sich, während der negative Impuls sich der Nullgrenze nähert, und dieser schaltet ganz ab, wenn der negative Impuls Null erreicht hat. Während dieser Zeit liegt eine erhöhte Spannung zwischen Steuerelektrode und Kathode von Thyristor 34 an, und wenn die Batterie-Klemmenspannung ihren vorbestimmten Wert erreicht hat, zündet der Thyristor 34 und beendet damit den Batterie-Ladevorgang,

Da die Schnellade-Unterbrecherschaltung aufgrund der Arbeitsweise des Transistors 40 nur dann wirksam ist, wenn kein Ladestrom fließt, kann keine Netzspannungsstörung den Schnelladevorgang vorzeitig unterbrechen.

Im Rahmen der Erfindung sind diverse Abwandlungen gegenüber den Einzelheiten der beschriebenen Vorrichtung möglich.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Batterie wird innerhalb einer sehr kurzen Zeit, beispielsweise in weniger als 15 Minuten bei abwechseln-

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dem Anlegen von Ladestrom-Impulsen während eines Ladeintervalls und anschließendem Anlegen eines Entlade-Stromweges während eines Entladeintervalls im Verlauf eines Aufladevorganges aufgeladen. Der Entlade-Stromweg wird in Abhängigkeit eines Signales angelegt, welches eine abhängige Funktion beispielsweise der Batterie-Klemmenspannung ist. Innerhalb der Batterie-Schnelladeschaltung sind Schaltelemente vorhanden, welche das , Anlegen des Entlade-Stromweges gleichzeitig mit dem Fließen von Ladestrom-Impulsen zur Batterie ausschliessen. Nach Beendigung der Schneiladung der Batterie besteht die Möglichkeit einer Pufferladung mit Hilfe einer Teilschaltunq, welche von einer vorbestimmten Batterie-Klemmenspannung abhängig ist. Weiterhin besitzt die Patterie-Schnelladeschaltung eine Einrichtung, welche die Schnellade-Abschalteinrichtung nur dann auf die Batterie-Klemmenspannung ansprechen laßt, wenn keine Ladestrom-Impulse in die Batterie fließen.

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Claims

Ansprüche

Ϊ.) Vorrichtung zum Laden einer elektrischen Batterie,

mit einer Wechselstromquelle, einer zwischen Wechselstromquelle und der zu ladenden Batterie angeschlossenen und die Batterie, sofern die Spannung der Stromquelle die Batterie-Klemmenspannung übersteigt, mit Ladestrom-Impulsen versorgenden Schalteinrichtung, einem selektiv einschaltbaren Entlade-Stromweg in Parallelschaltung zur Batterie, und mit Schaltelementen zur Erzeugung eines ersten batteriefunktionsabhängigen Steuersignals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltelementegruppe (22, 23, 24, 25, 17} so mit der Stromquelle (9, 2) verbunden ist, daß ein zweites Steuersignal mit einer der Ladestromspannung entgegengesetzten Polarität erzeugt wird, welches dem ersten Steuersignal zumindest während des Ladestromflusses entgegenwirkt; und daß eine weitere, auf die gemeinsamen Steuersignale ansprechende und die Funktion des Entlade-Stromweges (10) zur intermittierenden Depolarisation der Batterie (1) steuernde Schaltelementegruppe (19, 20, 21) angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere Schaltelementegruppe (29, -30, 31, 32, 33, 34, 35, 36), die auf die Batterie-Klemmenspannung anspricht und so mit der Schalteinrichtung (3, 4) verbunden ist, daß bei Erreichen einer vorwählbaren Batterie-Ruhespannung der weitere Stromfluß zur Batterie (1) unterbunden wird; und durch ein mit dieser Schaltelementegruppe verbundenes Schaltelement (40), welches dem zweiten Steuersignal in der Weise unterworfen ist, daß die Schaltelementegruppe zumindest während des Ladestromflusses von der Batterie-Klemmenspannung unabhängig ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltelementegruppe (26) mit einer höheren Impedanz als die Schalteinrichtung (3, 4) dieser parallelgeschaltet ist und dadurch nach Unterbindung des Ladestromflusses über diese Schaltelementegruppe ein Stromweg zur Pufferladung der Batterie (1) vorhanden ist.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wechselstromquelle ein Transformator gehört, dessen Primärwicklung (8) an dieⁿWechselstromquelle (9) angeschlossen und dessen SeRüüäärwicklung (5) eine Mittelanzapfung (7) besitzt; daß zur Schalteinrichtung ein Paar von Thyristo ren (3, 4) gehört, die an entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung (5) in Zweiweg-Gleichrichterschaltung angeschlossen sind; daß von der ein zweites Steuersig- · nal erzeugenden Schaltelementegruppe ein Gleichrichter-Paar (22, 23) gehört, das in Zweiweg-Gleichrichterschaltung, jedoch mit gegenüber den Thyristoren (3, 4) entgegengesetzter Durchlaßrichtung an die entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung (5) angeschlossen ist; und daß die Schaltelementegruppe (14, 15, 16, 17, 18) zur Erzeugung des ersten Steuersignals und die Schaltelementegruppe (22, 23, 24, 25, 17) zur Erzeugung des zweiten Steuersignals einen gemeinsamen Widerstand

(17) besitzen, in dem ein Teil des ersten Steuersignals mit einem Teil des zweiten Steuersignals kombinierbar ist.
5.Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu der den Stromfluß durch die Schalteinrichtung (3, 4) unterbindenden Schaltelementegruppe ein Thyristor (34) gehört, der mit den Steuerelektroden der Thyristoren (3, 4) dieser

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Schalteinrichtung verbunden ist und dessen eigene Steuerelektrode an einem Teil (31 ...) einer die Batterie (1) überbrückenden Spannungsteilerschaltung (30 ...) angeschlossen ist; und daß das Schaltelement, das diese Schaltelementegruppe von der Batterie-Klemmenspannung unabhängig macht, ein Transistor (40) ist, der den Steuerelektrodenkreis des Thyristors (34) wirksam überbrückt und der durch das zweite Steuersignal seine Durchlaßvorspannung erhält.

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