DE2213246A1

DE2213246A1 - Schaltungsanordnung zur Batterieladung

Info

Publication number: DE2213246A1
Application number: DE19722213246
Authority: DE
Inventors: John R. Trafford; Hitchins Gary O. Irwin; Pa. Reeves (V.St A.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-03-25
Filing date: 1972-03-18
Publication date: 1972-09-28
Also published as: AR193250A1; BE781171A; GB1326335A; US3688177A; CA921114A

Description

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4 Düsseldorf 1 ■ Schadowpl. atz 9

Düsseldorf, 17. März 1972

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa«, V. St. A.

Schaltungsanordnung zur Batterieladung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Batterieladungsgeräte, insbesondere auf ein Batterieladungsgerät, das den Ladestrom durch entsprechende Beeinflussung des Zündwinkels eines steuerbaren Gleichrichters bzw. einer Kipp-Triode regelt.

Bei der Ladung von Batterien soll der Ladestrom eine Größe haben, die ausreicht, um die Batterie innerhalb einer angemessenen Zeit zu laden. Der Ladestrom darf nicht zu groß sein, weil es andernfalls zu einer Verwerfung der Batterieplatten und damit zu einer bleibenden Batterieschädigung kommen kann. Es ist möglich, eine Batterie mit einem konstanten Strom zu laden, jedoch haben entsprechende Anordnungen nach dem Stand der Technik gezeigt, daß eine Anhebung der Ladungsgeschwindigkeit während der Anfangsperiode des Ladevorgangs keine schädliche Wirkung auf die Batterie ausübt. Die Ladungsgeschwindigkeit muß verringert werden, nachdem die Batterie teilweise aufgeladen ist, um eine übermäßige Hitzeerzeugung in der Batterie zu verhindern.

Vorteilhafterweise werden auch Batterien, die als Vorratsbatterien bereitstehen, ständig im nahezu vollgeladenen Zustand gehalten. Da Speicherbatterien sich von Natur aus innerhalb einer bestimmten Zeit entladen, ist es wünschenswert, über ein Ladungsverfahren zu

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Telefon (0211) 32O8B8 Telegramme Custopat

verfügen, das es ermöglicht, die Batterie im nahezu vollgeladenen Zustand zu halten.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Batterieladung, die wirtschaftlicher und zuverlässiger als bisher arbeitende Steuerkreise aufweist, die sich überdies an unterschiedliche Batteriespannungen und Batteriekapazitäten anpassen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schaltungsanordnung zur Batterieladung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen steuerbaren Gleichrichter mit an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Eingangsklemmen sowie Ausgangsklemmen für den Anschluß an eine zu ladende Batterie, ferner eine Gleichrichter-Steuereinrichtung für die Steuerung des Batterieladestroms durch Steuerung der Stromführungsdauer pro Periode des steuerbaren Gleichrichters und dadurch, daß die Gleichrichter-Steuereinrichtung den maximalen BatterieIadestrom auf einen ersten vorgegebenen Stromwert begrenzt und den Batterieladestrom auf einen zweiten vorgegebenen Stromwert verringert, wenn die Klemmenspannung der zu ladenden Batterie auf einen ersten vorgegebenen Spannungswert ansteigt, den Batterieladestrom dagegen auf einen dritten vorgegebenen Stromwert verringert, wenn die Klemmenspannung der zu ladenden Batterie auf einen zweiten vorgegebenen Spannungswert ansteigt, und daß die Gleichrichter-Steuereinrichtung den Batterieladestrom anwachsen läßt, wenn die Klemmenspannung der Batterie abfällt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Funktionen einer Schaltungsanordnung zur Batterieladung nach der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 2 schematisch ein Schaltbild einer einphasigen Schaltungsanordnung zur Batterieladung nach der Erfindung;

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Fig. 3 ein Diagramm, das die Zusammenhänge zwischen dem Batterieladestrom und der Batterieklemmenspannung in bezug auf die Zeit für eine Batterieladungs-Schaltungsanordnung nach der Erfindung veranschaulicht; und .

Fig. 4 schematisch ein Schaltbild einer nach der Erfindung aufgebauten dreiphasigen Batterieladungs-Schaltungsanordnung.

In der nachstehenden Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen in allen Figuren jeweils auf gleiche Teile*

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterieladungs-Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Die einzelnen Blöcke geben die Funktionen der verschiedenen Stufen der Schaltungsanordnung wieder, und die Pfeile deuten allgemein den Energie- bzw. Signalfluß an.

Im einzelnen weist die Schaltung nach Fig. 1 eine Wechselspannungsquelle IO auf, deren beide Ausgänge zu einer Gleichrichterstufe 12 bzw. einer Schaltstufe 16 führen. Die Gleichrichterstufe 12 ist steuerbar ausgebildet und liefert eine veränderliche Ausgangs-Gleichspannung, deren Größe von der Länge der Zeit während der Wechselspannungsperiode abhängt, für die die Gleichrichterstufe 12 wirksam ist. Die Gleichspannung der Gleichrichterstufe 12 gelangt zu einer Batterie 14 und sorgt für eine Erhöhung der von der Batterie gespeicherten elektrischen Energie.

Die Schaltstufe 16 spricht auf die ihr von der Wechselspannungsquelle 10 zugeführte Spannung an. Die Ausgangsspannung der Schaltstufe 16 hängt von der Polarität der ihr von der Wechselspannungsquelle 10 zugeführten Spannung ab. Die durch das Ausgangssignal der Schaltstufe 16 abgegebene Information beaufschlagt eine Komparatorstufe 24. Wenn die der Schaltstufe 16 zugeführte Spannung die richtige Polarität aufweist, sorgt die von ihr abgegebene Information für eine Aktivierung der Komparatorstufe 24. Weist die der Schaltstufe 16 zugeführte Spannung dagegen nicht die richtige

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Polarität auf/ so verhindert die von der Schaltstufe 16 abgegebene Information, daß die Komparatorstufe 24 wirksam wird. Wird die !Comparatorstufe 24 wirksam, so tritt eine Triggerstufe 26 in Funktion, die die gesteuerte Gleichrichterstufe 12 wirksam werden läßt.

Die Aktivierung der Komparatorstufe 24 wird durch eine Begrenzerstufe 22 überwacht. Auch wenn die von der Schaltstufe gelieferte Information an sich einen leitenden Zustand der Gleichrichterstufe hervorrufen würde, so kann doch von der Begrenzerstufe 22 abgegebene Information die Aktivierung der Komparatorstufe 24 verhindern oder zumindest die Zeitdauer der Aktivierung herabsetzen. Die Begrenzerstufe 22 wird durch Signale von einem Stromfühler 18 bzw. einem Spannungsfühler 20 gesteuert. Der Stromfühler mißteinen dem Batterieladestrom proportionalen Strom, während der Spannungsfühler 20 die Spannung der Batterie 14 erfaßt. Das Strombegrenzungsmerkmal der Batterieladungs-Schaltungsanordnung nach der Erfindung sorgt für einen maximalen Ladestrom, unabhängig von dem Zustand der Batterieladung. Mit diesem maximalen Ladestrom arbeitet die Batterieladungs-Schaltungsanordnung nach der Erfindung jedoch nur, wenn sich die Batterie noch in verhältnismäßig ungeladenem Zustand befindet. Das Spannungsbegrenzungsverhalten verhindert, daß eine unzulässig große Spannung an die Batterie geliefert wird. Der Spannungsfühler 20 stellt praktisch eine Einrichtung zur Messung der Batterieladung dar.

Es sei angenommen, daß die Batterie 14 sich in einem noch verhältnismäßig ungeladenen Zustand befindet. Dann liefert die Batterieladungs-Schaltungsanordnung nach der Erfindung den maximalen Ladungsstrom, wie er durch das Strombegrenzungsverhalten der Schaltungsanordnung vorgegeben ist. Mit zunehmender Ladung der Batterie 14 nimmt auch in ähnlicher Weise die Klemmenspannung zu. Nachdem eine vorgegebene Batteriespannung erreicht worden ist, spricht der Spannungsfühler 20 an. Durch dieses Ansprechen wird die Aktivierung der Komparatorstufe 24 begrenzt und der Ladungsstrom in der erforderlichen Weise auf einen Zwischenwert herabgesetzt. Wenn die Batterie im wesentlichen vollständig geladen ist, hat die Klemmen-

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spannung der Batterie einen Wert, so daß der Spannungsfühler und die Begrenzerstufe eine Aktivierung der !Comparatorstufe 24 verhindern und somit die Batterieladung beenden. Nimmt die Ladung der Batterie 14 ab, so sinkt die Klemmenspannung der Batterie. Sobald die Klemmenspannung dann auf einen vorgegebenen Wert abgesunken ist, wird die Komparatorstufe 24 wieder aktiviert, so daß Strom durch die Batterie fließen kann. Steigt die Ladung der Batterie auf einen vorgegebenen Wert an, so wird die Ladung erneut unterbrochen. Durch dieses fortlaufende Laden und anschließende Unterbrechen des Ladungsvorgangs wird die Batterie ständig in im wesentlichen vollgeladenem Zustand gehalten. Die Schaltung kann dabei auch so abgewandelt werden, daß nur ein sehr niedriger Ladungsstrom fließt unddann keine ünterbrechnung des Ladevorgangs erfolgt.

Fig. 2 zeigt weiter ins einzelne gehend einen Schaltungsaufbau, wie er für die Steuer- und Leistungskreise der Schaltungsanordnung zur Batterieladung nach der Erfindung eingesetzt werden kann. Die Wechselspannungsquelle 10 kann jeden Aufbau haben, der sich zur Abgabe einer Wechselspannung sowie eines ausreichend hohen Stromes eignet und insofern beispielsweise einen Transformator oder einen Wechselspannungsgenerator aufweisen. Die Gleichrichterstufe 12 enthält eine Vierschicht-Triode und Dioden oder sonstige steuerbare Gleichrichterelemente.

Die Ausgangsklemme 28 der Wechselspannungsquelle 10 ist mit der Eingangsklemme 32 der gesteuerten Gleichrichterstufe 12 verbunden. Zwischen die Ausgangsklemme 30 der Wechselspannungsquelle und die Eingangsklemme 34 der Gleichrichterstufe 12 ist ein Stromtransformator 36 geschaltet. Eine Sekundärwicklung 38 des Stromtransformators ist an eine Gleichrichterbrücke 40 mit Dioden 42, 44, 46 und 48 angeschlossen. Sofern die Belastung der Gleichrichterbrücke 40 konstant ist, ist die Ausgangsgleichspannung der Gleichrichterbrücke 40 proportional der Wechselspannung der Sekundärwicklung 38. Die Spannung der Sekundärwicklung 38 ist wiederun proportional dem die Primärwicklung 50 durchfließenden Strom, so daß die Gleichspannung zwischen den Ausgangsklemmen 52 und 54 der Gleich-

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richterbrücke 40 dem die Gleichrichterstufe 12 durchfließenden Wechselstrom ist.

Der einer Gleichrichterstufe zugeführte Wechselstrom ändert sich unmittelbar mit dem Ausgangs-Gleichstrom der Gleichrichterstufe, so daß die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 52 und 54 proportional zu der Größe des die Gleichrichterstufe 12 verlassenden Gleichstromes ist. Da von der gesteuerten Gleichrichterstufe 12 aus nur ein vernachlässigbarer Strom in den Steuerkreis fließt, ist der Ausgangsstrom der Gleichrichterstufe 12 im wesentlichen gleich dem Batterieladestrom.

Ausgangsklemmen 56 und 58 der Wechselspannungsquelle 10 sind mit einer etwas abgewandelten Gleichrichterbrücke 6O verbunden, die die Dioden 62, 64, 66, 68 und 70 aufweist. Die Gleichspannung zwischen den Ausgangsklemmen 72 und 74 ist infolge der Glättungswirkung eines Kondensators 73 relativ konstant und von Wechselspannung skomponenten frei. Jedoch erfährt die Wechselspannung zwischen den Ausgangsklemmen 72 und 76 nur eine Halbwellengleichrichtung, so daß sie pulsiert. Die Ausgangsklemmen 56 und 58 speisen die" Gleichrichterbrücke 60 mit einer Spannung, deren Phasenlage so gewählt ist, daß die Ausgangsklemme 76 gegenüber der Ausgangsklemme 72 negativ ist, wenn die Spannung an der Vierschicht-Triode der Gleichrichterstufe 12 eine dem leitenden Zustand entsprechende Polung aufweist. D. h., die Steuerspannung an der Diode\ 68 ist gegenüber der an dem steuerbaren Gleichrichterelement angreifenden Leistungsspannung 180° phasenverschoben.

Wenn die Spannung an der Ausgangsklemme 76 gegenüber der Ausgangsklemme 72 positiv ist, so fließt über einen Widerstand 80 Strom in die Basis eines Transistors 78, so daß dieser leitet. Zwischen Anschlüsse 84 und 86 ist ein Widerstand 82 geschaltet, der für eine Vorspannung sorgt. Die Anode eines programmierbaren Unijunction-Transistors 88 liegt über den Transistor 78 praktisch an "Masse"-Potential. Das verhindert Leitung durch den programmierbaren Unijunction-Tranaistor 88, so daß die Spannung an einem Anschluß 90 nicht ausreicht, um die gesteuerte Gleichrichterstufe 12 zu zünden.

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Widerstände 92, 94 und 96 dienen dazu, die Anschlüsse des programmierbaren Unijunction-Transistors 88 mit den richtigen Potentialen zu versorgen.

Wenn die an der steuerbaren Gleichrichterstufe 12 anliegende Spannung so gepolt ist, daß der leitende Zustand eintritt, so ist die Spannung der Ausgangsklemme 76 gegenüber der Ausgangsklemme 72 im wesentlichen Null. Dadurch wird der Transistor 78 gesperrt, so daß die den programmierbaren Unijunction-Transistor 88 kurzschließende Verbindung aufgehoben wird. Somit fließt Strom durch einen Widerstand 98, der einen Kondensator 100 auflädt. Die Werte der Widerstände 94, 96 und 98 sowie des Kondensators 100 sind so gewählt, daß die Spannung des Ladekondensators 1OO an der Anschlußstelle 102 die Amplitude der Spannung an der Anschlußstelle 104 des programmierbaren Unijunction-Transistors 88 während der Halbwelle, während der Strom fließt, nicht erreicht. Der über den Widerstand 98 fließende Ladestrom allein reicht daher nicht aus, um den programmierbaren Unijunction-Transistor 88 leitend werden zu lassen.

Der Kondensator 1OO wird zusammen mit dem Kondensator 110 ebenfalls über die Diode 1O8 durch den Widerstand 1O6 durchfließenden Strom geladen. Geht man von einem Zustand aus, in dem kein Strom durch die Diode 112 fließt, so werden die Kondensatoren 100 und HO in verhältnismäßig kurzer Zeit auf eine Spannung aufgeladen, die ausreicht, um den programmierbaren Unijunction-Transistor 88 leitend werden zu lassen. Der Wert des Widerstandes 106 bestimmt die Ladungsgeschwindigkeit unter diesen Umständen und bestimmt gleichzeitig praktisch auch den maximalen Steuerbereich der steuerbaren Gleichrichterstufe 12. Beispielsweise gestattet ein für den Widerstand 1O6 gewählter Wert, der eine ausreichende Ladung des Kondensators 1OO während 30° der Steuerspannung erlaubt, daß die Gleichrichterstufe 12 über einen Winkel von 150° stromführend bleibt. Die gesteuerte Gleichrichterstufe 12 kann somit so eingestellt werden, daß sie zwischen O und 15O° leitet.

Die Ladegeschwindigkeit der Kondensatoren 1OO und 110 wird herabgesetzt, wenn Strom durch die Diode 112 fließt. Dieser Strom be-

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grenzt letztlich den Ausgang der gesteuerten Gleichrichterstufe und damit den Batterieladestrom. Wenn der Kondensator 116 durch die Nebenschluß-Transistoren 118 und 120 unbeeinflußt bleibt, so lädt er sich bis zu einer Spannung auf, die ausreicht, um die Diode 112 daran zu hindern,, leitend zu werden. Wenn der Kondensator 116 nicht über die Nebenschluß-Transistoren 118 und 120 entladen wird, wird der Batterieladestrom zu hoch. Über diese Nebenschluß-Transistoren 118 und 120 rufen die Strom- und Spannungsfühler Änderungen in dem Batterieladestrom hervor.

Der Maximalstrom während eines Batterieladevorgangs tritt normalerweise auf, wenn sich die Batterie in ihrem niedrigsten Ladezustand befindet, üblicherweise muß eine Strombegrenzungseinrichtung in einer Batterieladeanordnung vorgesehen sein, um das Auftreten übermäßiger Batterieladeströmebzw, die damit verbundenen Zerstörung swirkungen zu verhindern. In der Batterieladungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung wird der maximal für einen bestimmten Batterieladungsvorgang zulässige Strom durch die von dem Transistor 118 auf den Kondensator 116 ausgeübte Nebenschlußwirkung geregelt.

Die Gleichspannung .an der Ausgangsklemme 52, die dem Ladestrom proportional ist, beaufschlagt den mit dem Nebenschluß-Transistor 118 zusammenwirkenden Schaltungsaufbau über eine Anschlußstelle 112. Dieser zu dem Nebenschluß-Transistor 118 gehörige Schaltungsaufbau umfaßt einen Widerstand 124, einen Widerstand 126 sowie eine Zenerdiode 128. Parallel zu den Spannungsklemmen des Stromfühlers ist ein Kondensator 130 geschaltet, um die Wechselspannungskomponente dieser Spannung zu verringern* Wenn der Batterieladestrom ansteigt, so steigt auch die Spannung an, die an der Reihenschaltung aus den Widerständen 124 und 126 sowie der Zenerdiode 128 abfällt. Wenn die Spannung an der Anschlußstelle 122 hoch genug ist, um die Zenerdiode 128 durchbrechen zu lassen, so leitet der Nebenschluß-Transistor 118 und leitet die Entladung des Kondensators 116 ein. Da die Ladung des Kondensators lib den Batterieladestrom bestimmt, legt die Wirkung der Zenerdiode 128 den maximalen Batterieladestrom i'ost, der von dieser Batt rriol

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anordnung abgegeben werden kann. Durch Wahl der geeigneten Werte für die Widerstände 124 und 126 sowie die Zenerdiode 128 kann ein maximaler Batterieladestrom eingestellt werden, der keine zerstörende Wirkung auf die der Ladung unterworfene Eatterie ausüben kann. Widerstände 132 und 134, diö belastend auf die Spannung des Stromfühlers an der Anschlußstelle 122 wirken, bestimmen ebenfalls den maximalen Batterieladestrom. Die Werte der Widerstände 132 und 134 sorgen gleichfalls für eine Begrenzung des von der Batterieladung sanordnung erhältlichen Batterieladestromes.

Die Ausgangsklemmen 136 und 138 der gesteuerten Gleichrichterstufe 12 sind mit den Anschlußstellen 140 und 142 der zu ladenden Batterie 14 verbunden. Die Batteriespannung wird durch eine geeignete Einrichtung wie ein Potentiometer 144 erfaßt, das parallel zu der Batterie geschaltet ist. Die Spannung an dem Anschluß 146 des Potentiometers 144 gegenüber dem Anschluß 148 ist proportional der Batterieklemmenspannung. In dem Maße, wie die Ladung der Batterie 14 zunimmt, steigt auch die Klemmenspannung an. Wenn die Klemmenspannung der Batterie einen bestimmten Wert erreicht, wie er durch die Einstellung des Potentiometers 144 vorgegeben ist, so reicht aie Spannung an dem Anschluß 150, der zwischen dem Transistor 152 und dem Widerstand 154 liegt, aus, um die Zenerdiode 156 durchbrechen zu lassen. Ein Widerstand 158 begrenzt den Durchbruchsstrom. Die Spannungsbegrenzungsstufe 151, die einen Transistor 160, Widerstaride 132 und 134 sowie eine Diode 164 enthält, wird gesperrt, wenn die Zenerdiode 156 durchbricht. Die Belastung der Stromfühler-Cpannung wird verringert, so daß die Spannung an der Anschlußstelle 122 ansteigt. Durch Anstieg der Spannung an der Anschlußstelle 122 fällt der Batterieladestrom ab. Wenn also die Klemmenspannung der Batterie 14 auf einen vorgegebenen Wert ansteigt, so ii der üatterieladestrom auf einen Zwischenwert herabgesetzt.

Transistoren 166 und 168, Widerstände 17O, 172, 174, 176, ,178 sowie IHO, ferner eine Diode 182 bilden einen Schmitt-Trigger 184. Der L'iri'janq des Schmitt-Triggers 184 ist mit der Spannungsbegren-

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zeiHtuft; 1L» 1 über eine Zenerdiode 186 und einen Widerstand 188

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verbunden. Wenn die Batterieklemmenspannung einen Wert erreicht,

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der charakteristisch für eine vollgeladene Batterie ist, so reicht die an dem Anschluß 150 auftretende Spannung aus, um die Zenerdiode 186 durchbrechen und den Schmitt-Trigger 184 kippen zu lassen. Der Ausgang des Schmitt-Triggers ist mit der Basis des Nebenschluß-Transistors 120 über Widerstände 190 und 192 sowie eine Diode 194 verbunden. Wenn der Schmitt-Trigger 184 kippt, so wird der Nebenschluß-Transistor 120 leitend und der Kondensator 116 entladen. Wie zuvor erwähnt, fließt kein Batterieladestrom,wenn der Kondensator 116 vollständig entladen ist. D. h., wenn die Batterie 14 den vollgeladenen Zustand erreicht, so wird der Ladestrom auf Null herabgesetzt. Die Werte für die Schaltelemente des Schmitt-Triggers 184 sowie für die Zenerdiode 186 sind so gewählt, daß der Schmitt-Trigger wieder in seine Ausgangslage zurückkippen kann, wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Sobald sich dann die Batterie entlädt, sorgt die Batterieladungsanordnung wieder für eine erneute Ladung der Batterie.

Die Arbeitsweise der Batterieladungsanordnung ist mit dem Diagramm der Fig. 3 veranschaulicht. Die Abszisse des Diagramms gibt die Ladezeit wieder, die Ordinate dagegen die Batterieklemmenspannung bzw. den Batterieladestrom. Die durchgehende Linie 191 zeigt den Batterieladestrom in Abhängigkeit von der Zeit, während die durchgehende Linie 193 die Batterieklemmenspannung in Abhängigkeit von der Zeit veranschaulicht.

Wenn die zu ladende Batterie sich anfänglich im wesentlichen im ungeladenen Zustand befindet, so fließt ein vorgegebener Maximalstrom I_M über die Batterieklemmen. Nach einer bestimmten Zeitdauer wächst die Batterieklemmenspannung auf einen vorgegebenen Wert V₁ an. Zu diesem Zeitpunkt wird der Batterieladestrom auf einen Zwischenwert Ij herabgesetzt. Das Zeitintervall T₁, d. h. die Zeit, die notwendig ist, um von dem Maximal- auf denZwischenstrom überzugehen, hängt von den Eigenschaften der Steuerkreis-Schaltelemente, insbesondere den Zenerdioden ab. Wenn die Batterieklemmenspannunj auf einen zweiten vorgegebenen Wert V2 angestiegen ist, so wird der Batterieladestrom auf einen "Tröpfel"-Ladestrom I<p oder

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statt dessen auch auf Null herabgesetzt, wenn die Batterieladungsanordnung so ausgelegt ist. Nimmt dann die Batteriekleminenspannung auf den Wert V₁ ab, wie das mit der gestrichelten Linie 19 5 gezeigt ist, so beginnt die Batterieladungsanordnung nach der Erfindung erneut zu arbeiten, so daß ein Ladestrom J₁ durch die Batterie fließt, wie das mit der gestrichelten Linie 197 angedeutet ist, bis wieder die Spannung V₂ erreicht wird.

Die gezeigte Schaltung arbeitet zwar so, daß der Ladestrom auf Null herabgesetzt wird, jedoch könnte die Transistor-Nebenschlußstufe 121 so abgewandelt werden, daß der Kondensator 116 nur teilweise entladen wird. Es würde dann ein verhältnismäßig geringer Ladestrom aufrechterhalten, so daß die Batterie eine "Tropfelladung" erhält.

Die Gleichrichter- und Steuerschaltungen der Fig. 2 sind für den Einsatz in Verbindung mit einer einphasigen Wechselspannungsquelle und einer einphasigen Gleichrichterstufe ausgelegt. Der beschriebene Grund-Steuerkreis läßt sich jedoch auch für eine Batterieladungsanordnung einsetzen, die durch eine mehrphasige Wechselspannungsquelle betrieben wird. Fig. 4 zeigt schematisch ein Schaltbild, das veranschaulicht, wie der Grund-Steuerkreis der Fig. 2 bei dreiphasigem Betrieb eingesetzt werden kann. Die Schaltung der Fig. 4 enthält bestimmte Komponenten, die zum Schutz einzelner Bauteile dienen und einen übersichtlichen Schaltungsaufbau ermöglichen. Mit Rücksicht auf eine größere Klarheit sind diese Bauteile in Fig. 2 nicht gezeigt worden. Um die Erläuterung zu vereinfachen, sind einander entsprechende Funktionen bzw. Elemente der einzelnen Phasen mit gleichen Bezugsζeichen, versehen, die sich nur durch Apostrophzeichen unterscheiden, um die Zuordnung zu den unterschiedlichen Phasen deutlich zu machen.

Vielter ins einzelne gehend zeigt Fig. 4 eine Wechselspannungsquelle 10 mit einem Dreiphasen-Transformator, der in Sternschaltung miteinander verbundene Primärwicklungen 19 6, 19 8 und 200 aufweist. Dieser Transformator enthält ferner Sekundär--£>teuerwicklunyen 202, 2O4 und 2Ο6_r die nicht untereinander verbunden sind, sowie

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däre Leistungswicklungen 208, 210 und 212, die in Sternschaltung miteinander vereinigt sind. Die in Sternschaltung miteinander verbundenen Wicklungen könnten jedoch auch Dreieckschaltung aufweisen. Die gesteuerte Gleichrichterstufe 12 enthält gesonderte Phasengleichrichter 13, 13' sowie 13". Jeder Phasengleichrichter enthält eine Diode sowie eine Vierschicht-Triode, die für eine VoIlweggleichrAchtung sorgen. Jeder Phasengleichrichter 13, 13' und 13" wird durch einen Phasensteuerkreis 15, 15' bzw. 15" gesteuert. Alle drei Phasensteuerkreise sind in gleicher Weise mit dem Kondensator 116 verbunden, der die Dauer des leitenden Zustands je Phase bestimmt. Die Ladung des Kondensators 116 wird durch den ,zugehörigen Fühl- bzw. Begrenzungs-Schaltungsaufbau in ähnlicher Weise wie bei der einphasigen Batterieladungsanordnung der Fig. 2 bestimmt.

Die Steuerwicklungen 202, 204 und 206 haben eine Phasenlage, so daß die an den Dioden 68, 68' und 68" anstehenden Steuerspannungen gegenüber den Spannungen, die an den gesteuerten Gleichrichtern bzw. Vierschicht-Trioden 17, 17', 17" abfallen, um 180° phasenverschoben sind. Somit arbeitet jeder Phasensteuerkreis 15, 15" und 15" unabhängig. Da jeder Phasensteuerkreis von dem gleichen Bezugselement, d. h. dem Kondensator 116, beeinflußt wird, ist der Stromführungswinkel für. jede Vierschicht-Triode für jede Wechselspannungsperiode der gleiche.

Eine dreiphasige Batterieladungsanordnung entsprechend der mit Fig. 4 wiedergegebenen Schaltung lieferte den maximalen Ladestrom, bis die Batteriespannung einen Wert von 2,37 V pro Zelle erreichte. Danach schaltete die Batterieladungsanordnung auf einen Ladungs-Zwischenwert, bis die Batteriespannung einen Wert von 2,5 V pro Zelle erreicht hatte. Nach Erreichen dieser Spannung wurde der Batterieladestrom auf Null verringert. Wenn dann die Batterieklemmenspannung auf eine Spannung unterhalb von 2,1 V abfiel, so begann die Ladungsanordnung von neuem zu laden.

In dem Ladekreis des Kondensators 116 kann ein Schalter 216 vorgesehen sein, um die Batterieladeanordnung zu aktivieren. Auf diese

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Weise kann mit Hilfe eines für niedrige Ströme ausgelegten Schalters eine Batterieladungsanordnung für verhältnismäßig große Ströme geschaltet werden. In den Kollektorkreis des Transistors 116 ist ein Amperemeter 218 geschaltet. Da der das Amperemeter 218 durchfließende Strom dem Strom in der Primärwicklung des Stromtransformators 36 unmittelbar proportional ist, liefert das Amperemeter 218 eine für den Batterieladestrom maßgebliche Anzeige.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

Schaltungsanordnung zur Batterieladung, gekennzeichnet durch eine steuerbare Gleichrichterstufe (12) mit an eine Wechselspannungsquelle (10) angeschlossenen Eingangsklemmen sowie Ausgangsklemmen für den Anschluß an eine zu ladende Batterie (14), ferner eine Gleichrichter-Steuereinrichtung für die Steuerung des Batterieladestroms durch Steuerung der Stromführungsdauer pro Periode der steuerbaren Gleichrichterstufe (12) und dadurch, daß die Gleichrichter-Steuereinrichtung den maximalen Batterieladestrom auf einen ersten vorgegebenen Stromwert begrenzt und den Batterieladestrom auf einen zweiten vorgegebenen Stromwert verringert, wenn die Klemmenspannung der zu ladenden Batterie (14) auf einen ersten vorgegebenen Spannungswert ansteigt, den Batterieladestrom dagegen auf einen dritten vorgegebenen Stromwert verringert, wenn die Klemmenspannung der zu ladenden Batterie auf einen zweiten vorgegebenen Spannungswert ansteigt, und daß die Gleichrichter-Steuereinrichtung den Batterieladestrom anwachsen läßt, wenn die Klemmenspannung der Batterie abfällt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte vorgegebene Stromwert für den Batterieladestrom gleich Null ist.
3. Batterieladestrom nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle, die steuerbare Gleichrichterstufe sowie die Gleichrichter-Steuereinrichtung mehrphasig ausgebildet sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Phasen vorgesehen sind und die Wechselspannungsquelle einen Dreiphasentransformator mit zwei Sekundärwicklungen aufweist, von denen die eine mit einer dreiphasigen Gleichrichterstufe und die andere mit ihren einzelnen Phasen unabhängig jeweils an eine einphasige Gleichrichterstufe angeschlossen ist.

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5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter-Steuereinrichtung einen Stromfühler (18) für die Erfassung eines zu dem Batterieladestrom proportionalen Stromes sowie einen Spannungsfühler (20) für die Erfassung der Batterieklemmenspannung aufweist, deren Ausgänge mit einer Begrenzerstufe (22) für die Begrenzung des Batterieladestroms verbunden sind, daß ferner eine Schaltstufe (16) vorgesehen ist, die auf die Polarität der ihr von der Wechselspannungsquelle (10) zugeführten Spannung anspricht, daß der Ausgang der Begrenzerstufe (22) und der Schaltstufe (16) mit einer Komparatorstufe (24) verbunden sind, die nur dann aktiviert wird, wenn das von der Wechselspannungsquelle (10) gelieferte Signal die richtige Polarität aufweist, und daß eine Gleichrichter-Triggerstufe (26) auf das Ausgangssignal der Komparatorstufe (24) anspricht und damit den Zeitanteil einer Wechselspannungsperiode bestimmt, für den die steuerbare Gleichrichterstufe (12) leitend ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorstufe (24) eine Bezugsspannungsquelle und einen Schmitt-Trigger (184) aufweist, der auf das Ausgangssignal des Spannungsfühlers (20) anspricht, um den Batterieladestrom auf den dritten vorgegebenen Stromwert absinken zu lassen, wenn die Klemmenspannung der Batterie auf den zweiten vorgegebenen Spannungswert ansteigt, und um den Batterieladestrom auf den zweiten vorgegebenen Stromwert anwachsen zu lassen, wenn die Klemmenspannung der Batterie auf den ersten vorgegebenen Spannungswert absinkt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfühler (18) einen Stromtransformator (36) sowie eine Gleichrichterbrücke (40) aufweist.

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