DE2609435C3 - Batterieladegerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Batterieladegerät nach der χ Gattung des HauTUansprucbs. Ans der DE-OS 23 39 716 ist bereits ein Batterieladegerät dieser Art bekannt, bei dem eine Herabsetzung der Ladezeit von Akkumulatorenbatterien dadurch erreicht wird, daS fiber Schaltglieder, z. B. über einen Transduktor ode/ einen Stellantrieb für einen Transformator, mit zunehmender Batterie-Ladespannung eine steigende Sekundärspannung am Transformator eingestellt wird. Mit dieser bekannten Anordnung erreicht man zwar günstige Lade Verhältnisse, der Aufwand ist jedoch beträchtlich und speziell bei Verwendung mechanischer Stellglieder ist eine ständige und aufwendige 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 Nichtfachleute in Privathaushalten zum Aufladen von Batterien von Elektrofahrzeugen bestimmt sind.

Aus der GB-PS 11 94 678 ist eine Stromerzeugungsanlage bekannt, bei der eine stark wechselnde Last von einem Drehstromgenerator gespeist wird. Die Wicklungen des Drehstromgenerators besitzen Anzapfungen, wobei im Teillastbereich eine Teilwicklung über eine Gleichrichterbrücke an die Last angeschlossen ist, während über eine Schalteinrichtung bei erhöhter Last die volle Windungszahl des Generators einsetzbar ist. In diesem Fall wird die Gleichrichterbrücke von drei Dioden und drei Thyristoren gebildet. Die Veröffentlichung beschreibt eine Fahrzeuganlage, deren Drehstromgenerator bei wechselnder Drehzahl an eine wechselnde Last angeschaltet und der Last angepaßt werden muß. Die Entnahmeleistung ist durch die Dimensionierung des Generators begrenzt, eine Erhöhung der Batterieladespannung im fortgeschrittenen Ladezustand ist nicht vorgesehen.

Aus der GB-PS 1161913 ist schließlich eine Schaltungsanordnung bekannt, mit der van einem stationären Netz aus über einen Transformator eine

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60 Batterie mit geregeltem Ladestrom versorgt wird. Eine Erhöhung der Ladespannung mit fortschreitendem Ladezustand is ι nicht vorgesehen. Stattdessen wird unter Zuhilfenahme einer Stromüberwachungsvorrichtung ein geregelter Ladevorgang bewirkt, wobei sich aufgrund des Ein- und Ausschaltens von Thyristoren ein lückender Ladestrom ergibt Der benötigte Regelungsaufwand für diese bekannte Anordnung ist beträchtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugruniie, mit geringem schaltungstechnischem und konstruktivem Aufwand ein betriebssicheres Ladegerät zu schaffen, welches bei optimaler Ausnutzung des zur Verfügung stehenden, in seiner Entnahmeleistung begrenzten Wechselstromnetzes die Ladung einer Batterie in einer ■erkürzten Ladezeit gestattet Zur Verkürzung der Ladezeit ohne Überlastung des vorhandenen Wechselstromnetzes soll dabei ein Teil der Transformatorwicklung derart geschaltet werden, daß sich mit fortschreitendem Ladezustand der Batterie eine Erhöhung der Ladespannung und somit eine gleichmäßige Aufladung der Batterie ergibt Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst Bei einer derartigen Anordnung entfallen mechanische Stellglieder völlig und der schaltungstechnische Aufwand kann auf ein Minimum reduziert werden bei gleichzeitig erhöhter Betriebssicherheit Das Batterieladegerät besitzt einen besonders einfachen Aufbau und erspart gleichzeitig eine ansonsten notwendige Freilaufdiode zur Vermeidung von Spannungsspitzen wegen der im Stromkreis vorhandenen Induktivität Die steuerbaren Halbleiterelemente sind zweckmäßigerweise im Phasenanschnitt steuerbare Thyristoren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt und anhand dieser Abbildung in der folgenden Beschreibung näher erläutert

In der Figur ist mit 10 ein Transformator bezeichnet, dessen Primärwicklung 11 an eine Wechselspannung Un von z. B. 220 Volt angeschlossen ist Dieses Netz ist hinsichtlich seines Entnahmestromes z. B. auf 16 Ampere begrenzt durch übliche Haushaltssicherungen. Die Sekundärwicklung des Transformators 10 ist mit 12 bezeichnet und mit einer Anzapfung 13 versehen. Der größere Teil der Sekundärwicklung ist mit 12a, der kleinere Teil der Sekundärwicklung mit \2b 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 16 verbunden. Die Drossel IS 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 126 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 Ladegerätes, d. h. bei entladender Batterie 16 fließt zunächst ein hoher Ladestrom über den Sekundärwicklungsteil 12a und die Graetz-Brücke zur Batterie 16. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators ist so gewählt, daß im Zusammenwirken mit einer vorhandenen Regeleinrichtung bei völlig entladener 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 warningsfrei. Die Begrenzung der abgebbaren Leistung auf der Gleichstromseite wird mit einfachsten Mitteln überwunden, inderr. das Obersetzungsverhältnis des Transformators durch Phasenanschnittsteuerung der zur Graetz-Brücke parallel liegenden 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 oberschwingungsarmer 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 Spartransformators verwendet werden, woraus sich Gewichts- und Preisvorteile ergeben. Auch eine Anwendung auf ein Dreiphasensystem ist möglich, wenn in jede Phase der Thyristor-Zwos eingefügt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (12) einteilig ausgeführt ist, mit einem Abgriff (13), wobei der erste Teil (i2a) der Sekundärwicklung über eine Graetz-Brücke (14) ständig an die Batterie (16) angeschlossen ist, während der zuschaltbare Teil (i2b) der Sekundärwicklung über einen Parallelzweig (18) zur Graetz-Brücke (14/ tait zwei steuerbaren Halblekerelementen (IS, 20) an die Batterie (16) ansehließbar ist

2. Batterieladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Halbleiterelemente im Phasenanschnrtt steuerbare Thyristoren (19,20)sind.

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