DE2503331C3

DE2503331C3 - Verfahren zur Gewinnung eines Signals für die Abschaltung von Ladegeräten für Sammler, wenn ihre Volladung erreicht ist

Info

Publication number: DE2503331C3
Application number: DE2503331A
Authority: DE
Inventors: Leander Ing.(Grad.) 7801 Umkirch Bechtold
Original assignee: Dreyer Karl-August Dipl-Ing 6100 Darmstadt
Current assignee: Dreyer Karl-August Dipl-Ing 6100 Darmstadt
Priority date: 1975-01-28
Filing date: 1975-01-28
Publication date: 1980-06-12
Also published as: ZA754131B; DE2503331B2; ATA489375A; AT346978B; DE2503331A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Signals, das die Abschaltung oder Umschaltung auf Erhaltungsladung von Ladegeräten für Sammler (oder Sammlerbatterien) bewirkt, wenn die Volladung erreicht ist, bei dem das Signal vom Differenzenquotienten der Ladespannung nach der Zeit abhängig ist und bei dem die Signalbildung bei Erreichen der Gasungsspannung beginnt.

Ein solches Verfahren ist bekannt durch die GB-PS 97451. Somit ist es bekannt, die Spannungsänderungsraten der Ladespannung als Indiz für das Erreichen der Volladung auszunützen und die Signalbildung erst dann zu beginnen, wenn die zunächst kleinen Spannungsänderungsraten der Ladespannung — etwa mit Erreichen der Ladespannung — anwachsen, um auf diese Weise ein vorzeitiges Auftreten eines Abschaltsignals zu verhindern.

Derartige Verfahren dienen dazu, die: Ladung von Sammlern unabhängig von deren Zustand und ihrer Ladespannung dann und nur dann abzuschalten, wenn die Volladung erreicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erkennung der Volladung zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der zeitliche Verlauf der Sammler-Ladespannung durch eine Hilfsspannung nachgebildet wird, die durch Aufladung eines Kondensators mittels eines in Abhängigkeit von der Sammler-Ladespannung innerhalb festlegbarer Grenzen veränderbaren Kondensator-Ladestroms erzeugt wird, derart, daß die Hilfsspannung mindestens annähernd um einen bestimmten Betrag kleiner als die Sammler-Ladespannung ist, solange der Differenzenquotient der Sammler-Ladespannung nach der Zeit größer ist als derjenige, der durch die festgelegte untere Grenze des Kondensator-Ladestroms bestimmten Kondensatorspannung und daß das Abschaltsignal ausgelöst wird, wenn die Sammler-Ladespannung gleich oder kleiner als die Kondensatorspannung ist

ίο Die Wirkungsweise der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den zeitlichen Verlauf der Ladespannung einer Sammlerbatterie und der Hilfsspannung,
is Fig.2 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

F i g. 3 das Blockschaltbild der in F i g. 2 enthaltenen Einrichtung zur Erzeugung der, der jeweiligen Ladespannung der Sammlerbatterie entsprechenden Hilfsspannung,

F i g. 4 die Wirkungsweise der Erfindung anhand des zeitlichen Verlaufs der Ladung zweier unterschiedlicher Sammlerbatterien.

Die Kurve 1 in F i g. 1 stellt die Ladekurve der Sammlerbatterie d.h. den zeitlichen Verlauf der Ladespannung Ub einer Sammlerbatterie für die Zeit nach Erreichen der Gasungsspannung dar. Die Geraden 2 und 3 stellen das Anwachsen der Ladespannung im Kondensator bei festgelegten Grenzen seines Ladestro-JO mes dar, d.h. die Neigung der Geraden 2 gibt die Geschwindigkeit der Änderung der Ladespannung des Kondensators mit dem festgelegten kleinsten und die Neigung der Geraden 3 diejenige mit dem größten Kondensator-Ladestrom an, beginnend im Zeitpunkt tO.

Die Kurve 4 stellt die Sollkurve für eine Hilfsspannung Uh dar, die um den Betrag Δ Us, den Sicherheitsabstand, niedriger verläuft als die Ladespannung Ub der Sammlerbatterie. Die Kurve 6 ... 12 stellt den Verlauf der Kondensatorspannung dar, der demjenigen der

Kurve 4 durch Aneinanderfügen von geraden Teilstük-

ken angenähert ist, die abwechselnd der Neigung der

Geraden 2 und 3 entsprechen. Die Kurve 5 verläuft etwas unterhalb der Kurve 4.

Der vertikale Abstand dieser beiden Kurven, der durch die Genauigkeit bestimmt ist, mit der der Momentanwert der Spannungsdifferenz AUs gemessen werden kann, ist in der Fig. 1 stark überhöht dargestellt Mit Überschreiten der etwa mit der Gasungsspannung

so zusammen fallenden unteren Grenzspannung Ug im Punkt 6 beginnt die Ladung des Kondensators mit dem Kondensator-Ladestrom /min. Seine Spannung verläuft entsprechend Kurve 2 bis zum Schnittpunkt mit der Kurve 5 im Punkte 7. Nunmehr, nachdem die Differenz zwischen Ub und Uh meßbar größer geworden ist als der Sollwert von Δ Us, wird der Kondensator-Ladestrom selbsttätig auf / max umgeschaltet Die Kondensator-Ladekurve verläuft sodann parallel zur Geraden 3 bis sie die Kurve 4 im Punkt 8 erreicht Durch selbsttätiges Zurückschalten des Kondensator-Ladestroms auf den Wert / min wird ein Unterschreiten des Sicherheitsabstandes AUs verhindert und die Kondensatorspannung wächst bis zum Punkte 9 entsprechend der Geraden 2. Der Kondensator-Ladestrom wird

^b' wieder auf den Wert / max geschaltet, ein Unterschreiten des Sicherheitsabstandes Δ Us wird durch abermaliges Umschalten des Kondensator-Ladestroms verhindert usw. bis zum Punkte 11. Von jetzt ab nimmt die

Differenz Ub- Ub nicht mehr zu, d. h. die Neigung der Kurve 1 ist gleich oder kleiner als die der Geraden 2. Der Kondensator-Ladestrom /min bleibt aufrechterhalten bis zum Zeitpunkt 11, zu dem sich die beiden Kurven im Punkt 12 schneiden, d. h. bis die Hilfsspannung Uh gleich der Sammler-Ladespannung Ub ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Sammler-Ladestrom unterbrochen oder auf Erhaltungsstrom umgeschaltet Durch geeignete Wahl von ΔUsund /min kann sichergestellt werden, daß der Scimittpunkt 12 auf dem horizontalen Teil der Ladekurve der Sammlerbatterie liegt. Das bedeutet, daß die Ladung dann und erst dann abgebrochen wird, wenn die Volladung erreicht ist

Für den Fall, da3 wegen irgendwelcher Defekte die Spannung des Kondensators Werte erreicht, die über der möglichen Ladespannung der Sammlerbatterie liegen, wird zweckmäßig eine Einrichtung zur Sicherheitsabschaltung vorgesehen, die automatisch dann erfolgt, wenn die Kondensatorspannung den über der möglichen Sammler-Ladespannung liegenden oberen Grenzwert Ugr z. B. im Punkte 13 erreicht

In dem in Fig.2 dargestellten Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird eine Sammlerbatterie 14 von einem Ladegerät 15 geladen. Dieses wird von einem 2s Stromversorgungs- und Netzkontrollgerät 16 über die Kontakte eines Steuerrelais 17 gespeist

An einem Spannungsteiler 18 wird ein Teil, z. B. der einem einzigen Sammler der Sammlerbatterie 14 entsprechende Bruchteil der Sammler-Ladespannung abgegriffen und dem Eingang eines Verstärkers 19 zugeführt In diesem Verstärker werden die Anteile der Eingangsspannung unterdrückt, die Sammler-Ladespannungen entsprechen, die unterhalb einer bestimmten, etwa der Gasungsspannung gleichen Startspannung liegen. Am Ausgang des Verstärkers liegt dann eine Spannung, die dem über der Startspannung liegenden Teil der Sammler-Ladespannung (Ub- Ust) proportional ist Diese Spannung wird mittels eines Differenzverstärkers 20 mit dem von einer Steuereinrichtung 21 abgegebenen Signal, der Spannung Uc eines Kondensators 22 (F i g. 3), verglichen. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 20 ist positiv, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 19 größer als die Kondensatorspannung Uc ist Diese positive Spannung gelangt über eine Diode 23 an einen Verstärker 24, dessen Ausgangsstrom das Anziehen des Steuerrelais 17 bewirkt, über dessen geschlossene Kontakte das Ladegerät 15 eingeschaltet wird. Eine Kontrollampe 25 leuchtet auf und zeigt dadurch an, daß das Ladegerät 15 so eingeschaltet ist

Die Größe der positiven Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 20 ist ein Maß für die Differenz zwischen der Sammler-Ladespannung Ub und ihrer Nachbildung. Diese positive Ausgangsspannung wird außer an den Verstärker 24 an einen als Differenzverstärker ausgebildeten Schaltverstärker 26 geführt. Sie wird dort mit der mittels eines Stellers 27 einstellbaren Spannung verglichen, die den Sicherheitsabstand AUs bestimmt Obersteigt die posiii*? Ausgangsspannung des Verstärkers 20 die am Steller 27 eingestellte Spannung, so ändert sich der Zustand am Ausgang des Schaltverstärkers 26 und ein Flip-Flop 28 gibt der Steuereinrichtung 21 das Signal »START«. Gleichzeitig wird der Steuereinrichtung 21 vom Ausgang des Schaltverstärkers 26 über einen Verstärker 29 das Signal für die Korrektur des Verlaufs der Kondensatorspannung gegeben. Zur gleichen Zeit leuchtet eine Lampe 30 auf und zeigt dadurch an, daß die Nachladephase begonnen hat Nimmt die Neigung der Ladekurve der zu ladenden Sammlerbatterien so weit ab, daß sie geringer wird als die durch den kleinsten Kondensator-Ladestrom / min bestimmte Neigung der Geraden 2 (F i g. 1), so sinkt die positive Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 20 auf Null oder darunter ab und das Steuerrelais 17 fällt ab.

Bleibt die Ausgangsspannung des Verstärkers 19 als Folge irgendeines Fehlers positiv, so gibt die Steuereinrichtung 21 an ihrer Klemme b über eine Diode 32 ein Signal an den Verstärker 24 ab und veranlaßt dadurch, daß das Steuerrelais 17 abfällt und die Ladung der Sammlerbatterie unterbrochen wird.

Für den Fall, daß während des Sammler-Ladevorganges die Netzspannung ausfällt, ist eine Verbindung 31 zwischen dem Flip-Flop 28 und dem Stromversorgungsund Netzkontrollgerät 16 vorgesehen, das bei Ausfall der Netzspannung ein Umschalten des Flip-Flop 28 bewirkt, der dann das Signal »STOP« an die Steuereinrichtung 21 gibt, durch die die Hilfsspannung auf den Ausgangspunkt zurückgeschaltet wird. Wenn die Netzspannung wieder vorhanden ist, wird der Aufbau der Hilfsspannung wieder gestartet und diese kehrt entsprechend dem Anstieg der Ladespannung der Sammlerbatterie auf den gleichen Punkt zurück.

In F i g. 3 sind Einzelheiten der Steuereinrichtung 21 dargestellt Die Klemmenbezeichnung a, b, c, d und e stimmen mit denjenigen der Fig.2 überein. Der Kondensator 22, dessen Spannung als Hilfsspannung dient wird von dem getakteten Strom einer Konstantstromquelle 33 geladen. Durch Änderung des Tastverhältnisses oder durch Änderung der Tastfrequenz bei konstanter Impulsbreite eines Impulsgenerators 34 kann der wirksame Kondensator-Ladestrom erheblich kleiner gemacht werden als der Konstantstrom und die Kapazität des Kondensators 22 deshalb wesentlich kleiner gewählt werden, als es andernfalls erforderlich wäre. Außerdem kann trotz der Verwendung einer Konstantstromquelle der wirksame Kondensator-Ladestrom nicht nur praktisch beliebig klein gemacht werden, sondern er läßt sich leicht in weiten Grenzen ändern und steuern. Im vorliegenden Fall ist der Impulsgenerator derart eingestellt, daß der wirksame Kondensator-Ladestrom gleich dem festgelegten Minimalwert / min ist, solange an der Klemme e kein Signal zur Korrektur des wirksamen Kondensator-Ladestroms vorhanden ist. Liegt ein derartiges vor, wird das Tastverhältnis des Impulsgenerators derart verändert, daß der wirksame Kondensator-Ladestrom gleich dem vorbestimmten maximalen Kondensator-Ladestrom /max ist.

Die von dem Flip-Flop- 28 in Fig.2 kommenden an den Klemmen c bzw. d liegenden Signale werden in einer Logik 35 verarbeitet und der Aufbau der Hilfsspannung eingeleitet oder gestoppt Die an dem Kondensator 22 liegende Spannung ist über einen Impedanzwandler 36 an die Klemme ε geführt Die Spannung des Kondensators 22 liegt ferner an dem einen Eingang eines Comparators 37. An dessen zweitem Eingang liegt die in einem Gerät 38 erzeugte obere Grenzspannung Ugr. Der Ausgang des Comparators ?7 liegt an der Logik 35, die das Abschaltsignal für das Steuerrelais 17 erzeugt, das an einen Verstärker 39 gelangt und von dessen Ausgang an die Klemme b geführt ist.

F i g. 4 zeigt den Verlauf 40 und 40* der Nachladung zweier unterschiedlicher Sammlerbatterien und der

jeweiligen Hilfsspannung 41 und 41'. Nachdem die Spannungen den Wert Ug erreicht haben, verlaufen die Sammler-Ladekurven 40 und 40' zunächst etwa gleich und dementsprechend auch die vom Punkte 42 bzw. 42' ausgehenden Kurven 41 bzw. 41' der Hilfsspannung. Die Sammler-Ladekurve 40 geht schon nach Erreichen einer wesentlich kleineren Spannung und zu einem früheren Zeitpunkt Tin die Horizontale über, als die Sammler-Ladekurve 40", bei der dies erst zum Zeitpunkt T' erfolgt Die Volladung wird also nach unterschiedlicher Ladedauer und bei unterschiedlichen Ladespannungen erreicht

Wie der Verlauf 41 bzw. 41' der Hilfsspannungen zeigt, wird der Ladestrom ungeachtet der unterschiedlichen Bedingungen in beiden Fällen automatisch unterbrochen, wenn die Volladung erreicht ist, wie siel aus dem Verlauf der Hilfsspannungen, die im Punkte 4'. bzw. 42' starten, dem Verlauf der zugehörige) Sammler-Ladekurven 40 und 40' entsprechend anstei gen, ergibt Von den Zeitpunkten an, in denen di< Neigung der zugehörigen Sammler-Ladekurven kleine; als die festgelegte minimale Neigung der Kurve dei Hilfsspannung 41 bzw. 41' ist d.h. vom Punkte 43 um 43', die nicht mehr auf einer Höhe liegen, wie die Punkti

to 42 und 42', gehen die Kurven in die festliegend! konstante Neigung über und schneiden ihre zugehöri gen Sammler-Ladekurven in den Punkten 44 bzw. 44 und bewirken dadurch die Abschaltung der Sammler Ladung jeweils dann, wenn die Volladung erreicht ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Verfahren zur Gewinnung eines Signals, das die Abschaltung oder Umschaltung auf Erhaltungsladung von Ladegeräten für Sammler (oder Sammlerbatterien) bewirkt, wenn die Volladung erreicht ist, bei dem das Signal vom Differenzenquotienten der Ladespannung nach der Zeit abhängig ist und bei dem die Signalbildung bei Erreichen der Gasungsspannung beginnt, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Sammler-Ladespannung durch eine Hilfsspannung (Uh) nachgebildet wird, die durch Aufladung eines Kondensators mittels eines in Abhängigkeit von der Sammler-Ladespannung innerhalb festlegbarer Grenzen veränderbaren Kondensator-Ladestroms erzeugt wird, derart, daß die Hilfsspannung (Uh) mindestens annähernd um einen bestimmten Betrag (AUs) kleiner als die Sammler-Ladespannung (Ub) ist, solange der Differenzenquotient der Sammler-Ladespannung nach der Zeit größer ist als derjenige, der durch die festgelegte untere Grenze des Kondensator-Ladestroms bestimmten Kondensatorspannung und daß das Abschaltsignal ausgelöst wird, wenn die Sammler-Ladespannung (Ub) gleich oder kleiner als die Kondensatorspannung ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator durch einen mittels eines in seiner Frequenz veränderbaren Impulsgenerators getakteten Strom aus einer Konstantstromquelle geladen wird, wobei die Frequenz des Impulsgenerators nach Maßgabe der Ladespannung (Ub) innerhalb vorbestimmter Grenzen selbsttätig verändert wird.