DE2339716B2 - Batterieladegerät - Google Patents
BatterieladegerätInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
- H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
- H02J7/12—Regulation of charging current or voltage using magnetic devices having controllable degree of saturation, i.e. transductors
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- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Laden von Akkumulatoren-Batterien aus einem Wechselspannungsnetz
über wenigstens einen Transformator und wenigstens einen Gleichrichter mit einem Regler, der
unterschiedliche Transformator-Übersetzungsverhältnisse so wirksam werden läßt, daß bei der niedrigsten
Batteriespannung eine erheblich niedrigere Wechselspannung am Gleichrichter auftritt als bei der höchsten
Batteriespannung, und der mit Erreichen der Gasungsspannung der Akkumulatoren-Batterie eine Spannungsregelung
oder Stromregelung wirksam werden läßt, durch die die Akkumulatoren-Batterie nachgeladen
wird.
Es sind Batterieladegeräte bekannt, die an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen werden und mit
Transformatoren, Gleichrichtern sowie Strom- und/ oder Spannungsreglern ausgerüstet sind. Sie haben den
Nachteil, daß infolge der z. B. in Haushaltsnetzen auf 16A bemessenen Netzsicherung und des dann während
des Ladevorgangs überwiegend unter 16A liegenden Geräteeingangsstromes eine leere Batterie nicht
dauernd mit dem sicherungsmäßig größtmöglichen Ladestrom geladen wird und daher lange Ladezeiten in
Kauf genommen werden müssen. Das wirkt sich besonders nachteilig aus, wenn Batterien, welche die
Energie von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen liefern, aus dem Haushaltnetz während der Nachtzeit
50
55
60 aufgeladen werden sollen; denn hierfür stehen gewöhnlich
nur zehn Stunden zur Verfügung, die in den meisten Fällen dann nicht ausreichen.
Aus der deutschen Patentschrift 4 90 721 ist ein Batterieladegerät bekanntgeworden, das eine Gerätekennlinie
aufweist, die einer IUIa-Ladekennlinie entspricht
Es wird beim Laden zunächst die maximal batteriemäßig zulässige Ladestromstärke bis zum
Erreichen der Gasungsspannung mittels eines Stromreglers konstant gehalten. Dabei steigt die Ladespannung
und die Gegenspannung der Batterie langsam an. Nach Erreichen der Gasungsspannung setzt eine
Spannungsregelung ein, wodurch die Ladespannung konstant gehalten wird. Dabei sinkt die Ladestromstärke
nach kurzer Zeit schnell auf eine gewisse minimale Ladestromstärke ab. Sobald diese minimale Ladestromstärke
erreicht ist, setzt wieder eine Stromregelung ein, wodurch die Ladestromstärke auf diesen minimalen
Wert wiederum mit wachsender Ladespannung bis zur Volladung der Batterie konstant gehatten wird. Der
Geräteeingangsstrom steigt entsprechend der abgegebenen Ausgangsleistung bi&zum Erreichen der Gasungsspannung
am, sinkt während der Konstantspannung stark ab und steigt während der folgenden Stromregelung
wieder leicht an. Dieses Batterieladegerät besitzt bereits eine für die Batterie zeitlich ziemlich günstige
Gerätekennl>nie, der Geräteeingangsstrom ist aber während des Aufladevorganges nicht konstant, und das
Batterieladegerät wird nicht sicherungsmäßig und auch nicht optimal leistungsbezogen ausgenutzt
Weiterhin ist aus der Zeitschrift »Glückauf« H. 1, 1960, Seiten 13 und 14 ein Batterieladegerät bekannt,
das eine Gerätekennlinie aufweist, die einer IU-Ladekennlinie
entspricht Dieses Batterieladegerät besitzt eine etwa in Höhe der Batterie liegende Leerlaufausgangsspannung
und ist mit einer Strombegrenzungseinrichtung ausgerüstet, die, falls die Stromaufnahmefähigkeit
der angeschlossenen Batterie größer sein sollte als die maximal zulässige Ladestromstärke des Ladegerätes
ist, den Ladestrom auf diesen zulässigen Wert begrenzt. Sobald die Ladestromstärke unter die maximal zulässige
Ladestromstärke gesunken ist, setzt eine Spannungsregelung ein, wodurch die Ladespannung konstant
gehalten wird. Dabei sinkt die Ladestromstärke zunächst schnell und dann langsam weiter ab. Bei
diesem Ladegerät ist der Geräteeingangsstrom während des Ladevorganges auch nicht konstant, und die
Aufladezeit bis zur Volladung ist beträchtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batterieladegerät zu schaffen, mittels dessen eine
schnellstmögliche Aufladung von Akkumulatoren-Batterien trotz der Beschränkung des Geräteeingangsstromes
durch Sicherungen gewährleistet ist
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Batterieladegerät der eingangs angegebenen
Art der Regler bis zum Erreichen der Gasungsspannung den Ladestrom auf einen Wert
einregelt, der dem auf der Primärseite erfaßten durch die Netzsicherung begrenzten Stromwert entspricht.
Dadurch wird insbesondere erreicht, daß die Aufnahmeleistung des Batterieladegerätes und der Akkumulatoren-Batterie
während des Ladevorganges bis zum Erreichen der Gasungsspannung konstant bleibt und
somit die gerätemäßig maximale Leistung vom elektrischen Versorgungsnetz in die Batterie gelangt und
dadurch die Aufladezeit minimiert wird.
F i g. 1 und 2 der Zeichnung sind Schaltbilder von Batterieladegeräten nach zwei Ausführungsbeispielen
des Erfindungsgegenstandes, während die F i g. 3 bis 8 Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise sind.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Primärwicklung I eines Eingangstransformators an ein einphasiges
Wechselspannungsnetz 2 von 220 V angeschlossen, das mit Automaten zur Begrenzung des Stromes auf 16 A
versehen ist
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel hat der Eingangstransformator
zwei Sekundärwicklungen 3 und 4. An jede von diesen ist ein Gleichrichter 5 bzw. 6
angeschlossen. Diese Gleichrichter sind gleichstromseitig
hintereinandergeschaltet und können jeweils eine angeschlossene Akkumulatorenbatterie 7 speisen. Das
Windungsverhäitnis der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 3 und damit das diesbezügliche
Transformator-Übersetzungsverhältnis ist 220 :120. Das heißt, die Sekundärwicklung 3 liefert an den
Gleichrichter 5 eine effektive Wechselspannung von 120 V.
Das Windungsverhältnis zwischen der Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 4 und damit das
diesbezügliche Transformator-Übersetzungsverhältnis ist 220 :38. Die entsprechende effektive Sekundärspannung
von 38 V tritt aber normalerweise nicht an dem Gleichrichter 6 auf. Denn in eine Verbindungsleitung
zwischen der Sekundärwicklung 4 und dem Gleichrichter 6 sind Drosselspulen 8 eines Transduktor
geschaltet Die zugehörige Steuerwicklung 9 ist an einen Regler 10 angeschlossen. Dieser erhält Energie über
eine Hilfs-Sekundärwicklung 11 des Eingangstransformators.
Ein Stromwandler 12, dessen Wicklung sich in einer Zuleitung von dem Netz 2 zu der Primärwicklung
1 befindet, liefert dem Regler 10 die Istwerte des jeweils durch die Primärwicklung 1 fließenden effektiven
Wechselstromes. Die Ist-Werte der Batteriespannung werden dem Regler 10 durch zwei Leitungen 13 von den
Anschluß-Klemmen 14 der Akkumulatorenbatterie 7 zugeführt
Der Regler 10 regelt über den Transduktor 8, 9 den dem Gleichrichter 6 zufließenden Strom und damit den ίο
Ladestrom so, daß der durch die Primärwicklung 1 fließende Strom nicht den durch einen Automaten
eingestellten Höchstwert des Netzstromes, ζ. Β. 16Α,
erreicht
Es sei angenommen, daß die Akkumulatorenbatterie als Bleibatterie 72 Zellen hat und im ungeladenen
Zustand eine Spannung von 2 V je Zelle, d. h. eine Batteriespanung von 144 V, hat und daß am Ende der
Ladung die Batterie 2,4 V je Zelle, d. h. eine Spannung von 173 V, hat Wenn diese Spannung erreicht ist, setzt
die Spannungsregelung ein, d. h., der Regler 10 sperrt den Transduktor 8,9.
F i g. 6 zeigt den Verlauf des von dem Gleicht ichter 5
gelieferten Ladestromes in arithmetischer Stromstärke
1 tr über der Batteriespannung Ub- Man sieht, daß die
Batterie 7, wenn die Ladung bei 144 V beginnt, aus der Sekundärwicklung 3 und dem Gleichrichter S mit einem
arithmetischen Strom von 18A geladen wird. Das Transformator-Übersetzungsverhältnis zwischen der
Primärwicklung 1 und der Sekundärwicklung 3 ist so e>o
gewählt, daß dem arithmetischen Gleichstrom von 18A die abgesicherte effektive Stromstärke von 16A im Netz
2 entspricht Die Ladung der Batterie 7 wird sonach zu
Beginn allein von der Sekundärwicklung 3 bestritten. Demgemäß ist der Transduktor 8,9 durch den Regler 10
gesperrt so daß von der Sekundärwicklung 4 kein Strom zu dem Gleichrichter 6 Hießt. Das ist aus F i g. 7
ersichtlich, die über der Batteriespannung LJb den Verlauf des von Gleichrichter 6 an die Batterie 7
gelieferten arithmetischen Gleichstromes zeigt
F i g. 3 zeigt den Verlauf der von den Gleichrichtern 5 und 6 gelieferten, pulsierenden Gleichspannung u über
der Zeit t
Zu Beginn der Ladung verläuft die Gleichspannung an dem Gleichrichter 5 nach der Linie u5 bei einer
effektiven Spannung Ueii mit 120 V mit einem maximalen
Wert us™« von 170 V. Soweit die Spannung U5 die
Batteriespannung Ub von 144 V zu Beginn der Ladung übersteigt was in F i g. 3 durch Schraffur hervorgehoben
ist fließt von dem Gleichrichter 5 ein Ladestrom in die Batterie, der in Fig.4 mit /5 bezeichnet ist Dem
entspricht der arithmetische Mittelwert I,r von 18A.
In dem Maße, in dem die Batteriespannung beim Laden über den anfänglichen Wert von 144 V steigt
wird der Überschuß der Spannung Us über der Batteriespannung kleiner und bei einer Batteriespannung
von 170 V zu null. Das ist aus F i g. 6 ersichtlich.
Dem würde ein Absinken des im Netz 2 fließenden
Stromes entsprechen. Doch bewirkt der Regler 10, daß mit dem Steigen der Batteriespannung zunehmend der
Widerstand des Transduktors 8, 9 verringert wird, so daß zusätzlich der Gleichrichter 6 aus der Sekundärwicklung
4 Ladestrom liefert Das Ansteigen des arithmetischen Gleichstromes I1^ mit steigender Batteriespannung
Ub ist aus F i g. 7 zu ersehen.
Wenn die Batterie voll geladen ist und demgemäß ihre Spannung 173 V beträgt hat der von der
Sekundärwicklung 4 über den Gleichrichter 6 gelieferte arithmetische Gleichstrom ΙίΛ den Wert von 13A
erreicht Dem entspricht der Linienzug U5, e in F i g. 3, der
den Verlauf der Summe der an den Gleichrichtern 5 und 6 herrschenden Gleichspannung über der Zeit t
veranschaulicht
Der Überschuß dieser Spannung über der Batteriespannung Ub von 173 V, der in Fi g. 3 ebenfalls durch
Schraffur hervorgehoben ist, liefert aus dem Gleichrichter 6 einen Strom k, dessen Verlauf über der Zeit t in
F i g. 5 veranschaulicht ist. Dem entspricht der arithmetische Mittelwert des Ladestromes Z3* von 13 A.
In F i g. 3 ist mit strichpunktierten Linien gezeigt wie dann, wenn der Transduktor 8, 9 völlig geöffnet wäre,
die Spannung an den beiden Gleichrichtern 5, 6 entsprechend einer effektiven Spannung von
120 + 38 V verlaufen würde.
Aus F i g. 8 ist der Verlauf des gesamten Ladestromes hr über der Batteriespannung Ub ersichtlich, der sich aus
der Addition der Ordinaten der Schaubilder nach F i g. 6 und 7 ergibt Danach wird die Batterie von Anfang an
mit so großen Stromstärken geladen, daß der Strom im Netz 2 gerade noch unterhalb des Wertes von 16 A liegt
auf den das Netz abgesichert ist Demgemäß erfolgt die Ladung der Batterie im Durchschnitt mit einer
Stromstärke, die erheblich höher liegt als die — im gegebenen Beispiel 13 A betragende — höchst mögliche
Ladestromstärke bei voll geladener Batterie.
Fig.2 zeigt, daß die Erfindung auch mittels eines
üblichen Stell-Transformators verwirklicht werden kann. Dieser hat eine einzige Sekundärwicklung 15, von
der unterschiedliche Sekundärspannungen mittels eines vom Regler 10 betätigten Schleifers 16 abgenommen
werden. Diese Sekundärspannungen werden einem einzigen, die Batterie 7 speisenden Gleichrichter 17
zugeführt. Mittels des Schleifers 16 wird das Transformator-Übersetzungsverhältnis
so eingestellt, daß jeweils ein größtmöglicher Ladestrom verwirklicht wird,
dem ein effektiver Netzstrom knapp unterhalb des
durch den Automaten bestimmten Höchstwertes von z. B. 16 A entspricht. Demgemäß wird zu Beginn des
Ladens, wenn die Batteriespannung 144 V beträgt, von dem Schleifer 16 an der Sekundärwicklung 15 eine
effektive Spannung von 120 V abgegriffen, während das
Netz eine effektive Spannung von 220 V hat. In dem Maße, in dem die Batteriespannung steigt, greift der
Schleifer zunehmend größere Sekundärspannungen ab, bis die Ladung der Batterie bei 173 V beendet ist.
Hierbei erfolgt die Einstellung des Schleifers 16 durch den Regler 10 jeweils so, daß die Netzspannung knapp
unterhalb der vom Automaten eingestellten Spannung liegt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Gerät zum Laden von Akkumulatoren-Batterien aus einem Wechselspannungsnetz über wenigstens
einen Transformator und wenigstens einen Gleichrichter mit einem Regler, der unterschiedliche
Transformator-Übersetzungsverhältnisse so wirksam werden läßt, daß bei der niedrigsten Batteriespannung
eine erheblich niedrigere Wechselspannung am Gleichrichter auftritt als bei der höchsten
Batteriespannung, und der mit Erreichen der Gasungsspannung der Akkumulatoren-Batterie eine
Spannungsregelung oder Stromregelung wirksam werden läßt, durch die die Akkumulatoren-Batterie
nachgeladen wird, dadurch gekennzeich- '5
net, daß der Regler (10) bis zum Erreichen der
Gasungsspannung den Ladestrom auf einen Wert einregelt, der dem auf der Primärseite erfaßten,
durch die Netzsicherung begrenzten, Stromwert entspricht
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine (3) von zwei Sekundärwicklungen des
Transformators mit dem der niedrigsten Batteriespannung entsprechenden Transformator-Übersetzungsverhältnis
einen (5) von zwei in Reihe geschalteten Gleichrichtern speist, während zwischen
die andere Sekundärwicklung (4) und den anderen Gleichrichtern (6) ein von dem Regler (10)
beeinflußtes Stellglied (8) zur Stromregelung im Sinne einer Anpassung des Transformator-Überset-Zungsverhältnisses
an den Geräteeingangsnennstrom eingefügt ist
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator als Stell-Transformator
(1, 15) ausgebildet ist, dessen Übersetzungsverhältnis
durch ein mit dem Regler (10) in Verbindung stehendes Stellglied (16) geregelt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8230 | Patent withdrawn |