DE2609435A1

DE2609435A1 - Batterieladegeraet

Info

Publication number: DE2609435A1
Application number: DE19762609435
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Ing Gretsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-03-06
Filing date: 1976-03-06
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2609435C3; DE2609435B2

Description

Anlage zur
Patentanmeldung Batterieladegerät Die Erfindung betrifft ein Batterieladegerät mit einem Transformator, dessen Primärwicklung an ein Wechselstromnetz mit begrenztem Entnahmestrom und dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter derart an die zu ladende Batterie anschließbar ist, daß ein erster Teil der Sekundärwicklung ständig über den Gleichrichter mit der Batterie verbunden ist, während wenigstens ein weiterer Teil der Sekundärwicklung bei steigender Batteriespannung im Sinne einer Erhöhung der Ladespannung zuschaltbar ist.
Bei einem bekannten Batterieladegerät dieser Art wird eine Herabsetzung der Ladezeit von Akkumulatorenbatterien dadurch erreicht, daß über Schaltglieder, z.B. über einen Transduktor oder einen Stellantrieb für einen Tiansformator, mit zunehmender Batterle-Ladespan nung eine steigende Sekundärspannung am Transformator eingestellt wird. Mit dieser bekannten Anordnung erreicht man zwar günstige Ladeverhältnisse, der Aufwand ist jedoch beträchtlich und speziell bei Verwendung mechanischer Stellglieder ist eine ständige und auSwendige Wartung der Anlage erforderlich, ohne die die Betriebssicherheit des Ladegerätes nicht gewährleistet ist. Dies gilt insbesondere deshalb, weil Batterie-Ladegeräte der eingangs genannten Art speziell für den Gebrauch durch ichtfachleute in'Privathaushaten zum Aufladen von Batterien von Elektrofahrzeugen bestimmt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem schaltungstechnischem und konstruktivem Aufwand ein betriebs sicheres Ladegerät zu schaffen, welches bei optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden, in seiner Entnahmeleistung begrenzten Wechselstromnetzes die Ladung einer Batterie in einer verkürzten Lade zeit gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zuschaltbare Teil der Sekundärwicklung des Transformators über eine steuerbare Halbleiteranordnung an die Batterie anschließbar ist. Bei einer derartigen Anordnung entfallen mechanische Stellglieder völlig und der schaltungstechnische Aufwand kann auf ein Minimum reduziert werden bei gleichzeitig erhöhter Betriebssicherheit. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Sekundärwicklung einteilig ausgeführt ist mit einem Abgriff, wobei der erste Teil der Sekundärwicklung über eine Graetz-Brücke ständig an die Batterie angeschlossen ist, während der zuschaltbare Teil der Sekundärwicklung über einen Parallelzweig zur Graetz-Brücke mit zwei steuerbaren Halbleiterelementen an die Batterie anschließbar ist.
Eine derartige Anordnung ist besonders einfach aufgebaut und erspart gleichzeitig eine ansonsten notwendige Freilaufdiode zur Vermeidung von Spannungsspitzen wegen der im Stromkreis vorhandenen Induktivitäten. Die steuerbare Halbleiteranordnung besteht zweckmäßigerweise aus zwei im Phasenanschnitt gesteuerten Thyristoren.
Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn parallel zu der steuerbaren Halbleiteranordnung ein Glättungskondensator und gegebenenfalls in Reihe mit der lIalbleiteranordnllng eine Glättungsdrossel geschaltet sind. Bei besonders hohen Anfordorungen kann hierdurch der Ladestrom weit,gehend geglätttet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt und anhand dieser Abbildung in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
In der Figur ist mit 13 ein Transformator bezeichnet, dessen Primärwicklung 11 an eine Wechselspannung UN von z.B.
229 Volt angeschlossen ist. Dieses Netz ist hinsichtlich seines Entnahmestromes z.B. auf 16 Ampere begrenzt durch übliche Haushaltssicherungerl. . Die Sekundärwicklung des Transformators 10 ist mit 12 bezeichnet und mit einer Anzapfung 13 versehen. Der größere Teil der Sekundärwicklung ist mit 12a, cer kleinere Tell der Sekundärwicklung mit 12b bezeichnet, die Unterteilung erfolgt durch die Anzapfung 13. Die Enden des Sekundärwicklungsteils 12a sind über eine Graetz-Brücke aus vier Gleichrichtern 14 und gegebenenfalls über eine Drossel 15 mit einer Batterie 15 verbunden. Die Drossel 15 sowie eine parallel zur Graetz-Brücke liegende Kapazität 17 können wahlweise in der Schaltung vorgesehen werden, wenn der Ladestrom für die Batterie 16 geglättet werden soll.
Der Wicklungsteil 12b der Sekundärwicklung liegt über die Mittelanzapfung 13 an einem Zweig der Graetz-Brücke und mit seinem anderen Ende an einer Verbindungsleitung 18, über die zwei im gleichen Sinne wie die Dioden 14 in Reihe geschaltete Thyristoren 19 und 20 zur Graetz-Brücke parallel geschaltet sind.
Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Beim Einschalten des LadegerStes, d.h. bei entladender Batterie 16 fließt zunächst ein hoher Ladestrom über den Sekurdärwicklungteil 12a und die Graetz-Brücke zur Batterie 16. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators ist so gewählt, daß im Zusammenwirken mit einer vorhandenen Regeleinrichtung bei völlig entladene Batterie und höchster Netzspannung der Primärstrom über die Primärwicklung 11 des Transformators den maximal zulässigen Netzstrom von z.B.
16 Ampere nIcht übersteigt. Mit zunehmender Batteriespannung nimmt der Ladestrom aus dem Wicklungsteil 12a der Sekundärwicklung ab, da die Ladespannung nur noch in verkürzten Zeitintervallen die Batteriespannung übersteigt. Hier setzt nun die Regelung mit der erfindungsgemäßen Anordnung ein, indem entsprechend dem Anstieg der Batteriespannung die Thyristoren 19 und 20 mit zunehmendem Phasenwinkel im Phasenanschnitt eingeschaltet werden, so daß sich der Effektivwert der gesamten zur Verfügung stehenden Ladespannung entsprechend dem Zündwinkel der Thyristoren 19 und 20 erhöht.
Die beschriebene Anordnung ist äußerst einfach und mit einer Mindestzahl an Bauelementen aufgebaut und äußerst betriebssicher sowie praktisch völlig wartungsfrei. Die Begrenzung der abgebbaren Leistung auf der Gleichstromseite wird mit einfachsten Mitteln überwunden, indem das Übersetzungsverhältnis des Transformators durch Phasenanschnittsteuerung der zur Graetz-Brücke parallel liegende Thyristoren bezogen auf die Grundschwingung kontinuierlich geändert wird.
Der Strom auf der Batterieseite besteht aus Sinushalbschwingungen, deren Höhe während einer Halbwelle im Moment der Thyristorzündung entsprechend dem geänderten Übersetzungsverhältnis erhöht wird. Ein Lücken des Stromes tritt nicht auf. Wegen der relativ zur in Frage kommenden Batteriegröße geringen Ladeleistung, die wegen des einpoligen Anschlusses auf ca. 3,5 kVA begrenzt ist, sind die Stromoberschwingungen auf der Gleichstromseite für'die Batterie unschädlich. Ist für spezielle Anwendungen ein obe"-schwingungsarmer Ausgangsgleichstrom gefordert, so kann durch die dargestellte L-C-Beschaltung der Strom geglättet werden. Die Parallelschaltung der Thyristoren zur Dioden-Graetz-Brücke erlaubt außerdem eine besonders einfache Regelung des Netzstromes.
Selbstverständlich sind Modifikationen des dargestellten Ausführungsbeispieles möglich. Z.B. kann statt eines Voll-ein Spartransiormator verwendet werden, woraus sich Gewichts und Preisvorteile ergeben. Auch eine Anwendung auf ein Dreiphasensystem ist möglich, wenn in jede Phase der Thyristor-Zweig eingefügt wird.

Claims

Ansprüche 1. Batterieladegerät mit einem Transformator, desen Primärwicklung an ein Wechselstromnetz mit begrenztem Entnahmestrom und dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter derart an die zu ladende Batterie anschließbar ist, daß ein erster Teil der Sekundärwicklung ständig über den Gleichrichter mit der Batterie verbunden ist, während wenigstens ein weiterer Teil der Sekundärwicklung bei steigender Batteriespannung in Sinne einer Erhöhung der Ladespannung zuschaltbar ist, dadurch gekennzeichnev, daß der zuschaltbare Teil (12b) der Sekundärwicklung (12) des Transformators (10) über eine ste1rerbare Halbeiteranordnung (19, 20) an die Batterie (16) anschließbar ist.
2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekcnnzeichnet, daß die Sekundärwicklung (12) einteilig ausgeführt ist mit einem Abgriff (19) wobei der erste Teil (12a) der Sekundärwicklung über eine Graetz-Brücke (14) ständig an die Batterie (16) angeschlossen ist, während der zuschaltbare Teil (12b) der Sekundärwicklung über einen Paralleizweig (18) zur Graetz-Brücke (14) mit zwei steuerbaren Halbleiterelementen (1.9, 20) an die Batterie (16) anschließbar ist.
3. Batterieladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Halbleiteranordnung aus zwei im Phasenanschnitt-gesteuerten Thyristoren (19, 20) besteht.
4 Batterieladegerät nach einem der.vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Halbleiteranordnung (19, 20) eine Glättungsdrossel (15) in Reihe geschaltet ist.