DE2717606C2 - Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle sowie Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle sowie Regeleinrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Art. Weiter
bezieht sich die Erfindung auf eine Regeleinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei einem bekannten Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle
wird die Klemmenspannung der Batterie in Abhängigkeit von dem vom Gleichrichter abgegebenen Strom
derart geregelt, daß sie bei dem Grenzwert gleichem abgegebenem Strom des Gleichrichters auf einen
unterhalb der Betriebsspannung liegenden Wert ansteigen kann und daß die Klemmenspannung beim
Unterschreiten des Stromgrenzwertes durch den vom Gleichrichter abgegebenen Strom kontinuierlich von
dem genannten Wert bis auf die Betriebsspannung erhöht wird.
Das bekannte Verfahren sei im folgenden anhand der F i g. 1 bis 3 dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 die durch Regelung erzielte Abhängigkeit der Klemmenspannung u von dem vom Gleichrichter
abgegebenen Strom /bei dem bekannten Verfahren;
F i g. 2 den Verlauf der Klemmenspannung u und des von der Batterie aufgenommenen Ladestroms // in Abhängigkeit von der Zeit / bei einem Ladevorgang nach dem bekannten Verfahren nach vorangegangener schwacher Entladung der Batterie;
F i g. 2 den Verlauf der Klemmenspannung u und des von der Batterie aufgenommenen Ladestroms // in Abhängigkeit von der Zeit / bei einem Ladevorgang nach dem bekannten Verfahren nach vorangegangener schwacher Entladung der Batterie;
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Klemmenspannung u und des Ladestroms /;. bei dem bekannten Verfahren
nach vorangegangener Tiefentladung der Batterie.
F i g. 1 zeigt die Abhängigkeit der Klemmenspannung u von dem vom Gleichrichter abgegebenen Strom i. Der
Strom /setzt sich zusammen aus einem im allgemeinen konstanten Laststrom /«, den die Gleichstromquelle an
eine angeschlossene Last liefert, und einem je nach Ladezustand der Batterie variablen Ladestrom /;.. Bei
Werten des abgegebenen Stroms / unterhalb eines Grenzwerts U; wird angestrebt, die Klemmenspannung
hl u annähernd konstant zu halten. In der Praxis ist es
allerdings erforderlich, die Klemmenspannung u mit zunehmendem abgegebenen Strom /etwas abfallen zu
lassen. So weist die Klemmenspannung u bei in — 0
(abgeschaltete Last) und iL = 0 (Batterie vollständig
geladen oder Batteriekreis unterbrochen) einen Leerlaufwert üb auf, der z%veckmäßig knapp unterhalb der
Gasungsspannung der Batterie liegt, und fällt von diesem Leerlaufwert üb ausgehend zu größeren Werten
des abgegebenen Stroms / hin entsprechend der Geraden 10 in Fig. 1 schwach ab. Wird ein Grenzwert
ic. des abgegebenen Stroms / erreicht, so wird die Klemmenspannung entsprechend der Geraden 12 auf
den Wert Null geregelt, d. h. der abgegebene Stn .m /
kann den Grenzwert /c nicht überschreiten. Damit ist auch der Ladestrom k der Batterie auf einen
Ladestrom-Grenzwert ic begrenzt Der Grenzwert /c und damit der Ladestrom-Grenzwert Ilg werden so
bemessen, daß der Ladestrom-Grenzwert iU; den vom
Hersteller vorgeschriebenen optimalen Ladestrom der Batterie darstellt
Beim Grenzwert /c kann die Klemmenspannung u
maximal einen Wert Uc annehmen, der niedriger als die
Leerlauf-Klemmenspannung uo und damit niedriger als die Gasungsspannung der Batterie liegt Erreicht die
Batterie annähernd ihren geladenen Zustand, so sinkt der Ladestrom k unter den Ladestrom-Grenzwert iic
ab, und die Klemmenspannung erhöht sich in Richtung auf die Leerlaufspannung, bis dann, wenn der Ladestrom
zu Null wird, nur noch der Betriebsstrom ig fließt und
sich bei diesem eine Betriebsspannung üb einstellt, die
betragsmäßig zwischen der Leerlauf-Klemmenspannung üb und dem Wert U1-; liegt.
Bei der vorstehenden Betrachtung wurde außer acht gelassen, daß die Batterie auch im geladenen Zustand
einen geringen Strom aufnimmt, der zur Aufrechterha!· tung des geladenen Zustands erforderlich ist. Dieser
Strom ist jedoch gering gegenüber dem Grenzwert ic, und kann vernachlässigt werden. Bei genauerer
Betrachtung trifft das Schaubild der F i g. 1 zu, wenn man als Betriebsstrom die Summe derjenigen Ströme
betrachtet, die der Gleichrichter zur Speisung der angeschlossenen Last und zur Aufrechterhaltung des
geladenen Zustands der Batterie abgibt.
Ist die Batterie teilweise entladen, beispielsweise weil
sie in diesem Zustand neu in die Gleichstromquelle eingeschaltet wurde oder weil sie während eines
Netzausfalls oder einige Zeit der von der angeschlossenen Last aufgenommenen Strom liefern mußte, so
verläuft der anschließende Ladevorgang nach F i g. 2.
Zu Beginn des Ladevorgangs im Zeitpunkt to nimmt der Ladestrom i/ den Ladestrom-Grenzwert /;<,(F i g. 1)
an, und die Klemmenspannung sinkt entlang der Geraden 12 (Fig. 1) auf einen dem Ladezustand der
Batterie entsprechenden Wert, der unterhalb des Wertes u(, liegt und bei Kurzschlußverhalten der
Batterie bis gegen Null gehen könnte. Zunächst wird dann die Batterie mit konstantem Ladestrom ;'; geladen.
Zum Zeitpunkt /ι ist der Wert u<,der Klemmenspannung
u erreicht, von dem an eine Spannungserhöhung nur bei starker Abnahme des abgegebenen Stroms /und damit
des Ladestroms /;. auftreten kann. Eine völlige Ladung der Batterie auf die Betriebsspannung Ub w'rd daher erst
zu einem Zeitpunkt /2 erreicht, bei dem der Ladestrom /'/.
auf den geringen zur Aufrechterhaltung des geladenen Zustands erforderlichen Wert abgesunken ist. Der
Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten ii, ti kann
beträchtliche Werte annehmen, die auch größer als der zeitliche Abstand zwischen ίο und fi sein können.
Bei Tiefentladung der Batterie läuft der Ladevorgang nach Fig. 3 ab, wobei der Zeitmaßstab nicht mit
demjenigen der Fig. 2 übereinstimmt. Die Zeitpunkte
t\, ti, die den Zeitpunkten ti, /2 in Fig.2 entsprechen,
können zeitlich wesentlich später liegen, da bei Tiefentladung eine längere Aufladezeit erforderlich ist.
Aus Vorstehendem ist erkennbar, daß dem bekannten Verfahren der Nachteil anhaftet, daß während eines
beträchtlichen Anteils der Ladezeit (zwischen /1 und /2
bzw. t\ und ti) der Ladestrom gegenüber dem optimalen Ladestrom geringe Werte aufweist und daß
sich dadurch eine lange Ladezeit ergibt Zudem hängt die Ladezeit sehr stark von der exemplarbedingten
jeweiligen Batteriekennlinie und vom Entladegrad ab, so daß sich stark unterschiedliche Ladezeiten ergeben.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Laden der Batterie einer
batteriegepufferten Gleichstromquelle die Ladezeit zu verkürzen und in ihrer Dauer genauer festzulegen.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Batterie bis zum völlig geladenen Zustand mit dem
optimalen Ladestrom geladen. Beim Erreichen des geladenen Zustandes steigt die Spannung an den Zellen
infolge einsetzender Gasung schnell auf die maximale Ladespannung an, worauf die Klemmenspannung
aufgrund der Regelung auf die Betriebsspannung verringert wird. Dadurch wird der Ladestrom sehr
2ί schnell zu Null und kehrt sich sogar kurzzeitig zu einem
Entladestrom um, wodurch die zunächst oberhalb der Betriebsspannung liegende Klemmenspannung bald auf
die gewünschte Betriebsspannung absinkt. Hierdurch ist die Zeit, die bis zum Erreichen des gewünschten
jo Ladezustands vergeht, nachdem der vom Gleichrichter
abgegebene Strom unter den Grenzwert gesunken ist, sehr gering und relativ genau bestimmt, so daß auch
insgesamt die Ladezeit kurz ist und eint relativ genau definierte Dauer hat.
Aus der DE-OS 23 14 149 ist eine Regeleinrichtung
bekannt, die zur Regelung einer batteriegepufferten, einen wechselstromgespeisten Gleichrichter umfassenden
Gleichstromquelle dient. Die Gleichstromquelle weist mindestens ein in Abhängigkeit von einem
Steuersignal den vom Gleichrichter abgegebenen Strom verstellendes Stellglied auf, indem beispielsweise
der Gleichrichter selbst steuerbar ausgebildet ist oder indem ihm ein Längstransistor als Steilglied nachgeschaltet
ist. Die Gleichstromquelle speist eine ange-
4r. schlossene Last mit einem von dieser bei der
Betriebsspannung aufgenommenen, vorgegebenen Betriebsstrom. Die Regeleinrichtung umfaßt einen mit der
Spannungs-Regelabweichung zwischen dem Spannungs-Istwert der Klemmenspannung der Batterie und
w einem vorgegebenen Spannungs-Führungswert beaufschlagten,
eine einen Strom-Führungswert bildende Ausgangsspannung erzeugenden Spannungsregler und
einen mit der Strom-Regelabweichung zwischen dem Strom-Istwert des vom Gleichrichter abgegebenen
Vt Stroms und dem Strom-Führungswert beaufschlagten,
das Steuersignal erzeugenden Stromregler. Zur Ausführung des bekannten Verfahrens ist die Regeleinrichtung
jedoch nicht geeignet, da mit ihr keine Begrenzung des vom Gleichrichter abgegebenen Stromes erfolgt; es ist
Wi lediglich zwischen den Ausgang der Gleichstromquelle
und die Last eine Schaltungsanordnung zwischenge schaltet, die beim Überschreiten eine·· Gren?wertes des
von der Last aufgenommenen Stromes (Kurzschluß) diesen vom Gleichrichter und von der Batterie
i" gemeinsam aufzubringenden Strom unterbricht.
Ausgehend von der vorstehend genannten bekannten Regeleinrichtung kann eine Regeleinrichtung /ur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in
der in Anspruch 4 angegebenen Weise ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 4 bis 8 der Zeichnungen näher erläutert, in denen
Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Ausführungsbeispiele
von Gleichstromquellen mit gemäß der Erfindung wirkenden Regeleinrichtungen dargestellt sind.
Die in den F i g. 4 bis 6 verwendeten Bezugszeichen und Formelzeichen entsprechen in ihrer Bedeutung
denjenigen der F i g. 1 bis 3, wobei jedoch die Werte der von den Formelzeichen bezeichneten Größen (z. B. Un,
ic) nicht übereinstimmen, soweit dies im folgenden nicht ausdrücklich angegeben ist.
F i g. 4 zeigt in einer mit F i g. 1 vergleichbaren Darstellung den Verlauf der Klemmenspannung u in
Abhängigkeit von dem vom Gleichrichter abgegebenen Strom /' Der bei der Betriebsspannung ub abgegebene
Betriebsstrom in, der Grenzwert ic des abgegebenen Stroms / und der Ladestrom-Grenzwert in; des
Ladestroms //. sind wie in F i g. 1 gewählt. Daher weist
auch wie in F i g. 1 das Diagramm beim Erreichen des Grenzwertes /«und damit des Ladestrom-Grenzwertes
/te eine senkrechte Gerade 12 auf, bei der die Klemmenspannung u je nach Ladezustand und ggf.
Kurzschlußverhalten der Batterie auf Null geregelt wird, um ein weiteres Anwachsen des abgegebenen
Stroms / zu verhindern. Weiter kann auch die Klemmenspannung in ihrem durch eine Kurve 10
dargestellten Verlauf unterhalb des Grenzwertes /V, zwischen der Leerlaufspannung i/o und der Betriebsspannung
Ub schwach abfallen. Die Leerlaufspannung i/o
kann knapp unterhalb der Gasungsspannung u/> der Batterie liegen oder auch, wenn eine Abschaltung der
Last in der Praxis nicht oder allenfalls selten oder kurzzeitig vorkommt, gleich der Gasungsspannung u/>
sein.
Bei Werten des abgegebenen Stroms / oberhalb des Betriebsstromes ie und unterhalb des Grenzwertes /V,
weist die Kurve 10 in F i g. 4 abgweichend von der Geraden 10 in F i g. 1 einen ansteigenden Verlauf auf, bis
beim Grenzwert ia eine maximale Ladespannung unerreicht
wird, die größer als die Betriebsspannung ub und zweckmäßig ca. 5% größer als die Gasungsspannung
Ud ist. (In der Praxis wird anstelle der Gasungsspannung vom Hersteller der Batterie eine
zulässige Ladeendspannung angegeben, die geringfügig unter der Gasungsspannung liegt In diesem Fall kann
die maximale Ladespannung uc etwas höher als die zulässige Ladeendspannung gewählt werden, so daß sie
wieder oberhalb der Gasungsspannung liegt.)
Ein unter denselben Voraussetzungen wie in F i g. 2 zu einem Zeitpunkt fo beginnender Ladevorgang ist in
F i g. 5 dargestellt. Dabei ist die Batterie zunächst so weit entladen, daß sich eine Klemmenspannung u
unterhalb der Betriebsspannung uB einstellt Es wird
zunächst mit konstantem Ladestrom /t = ic geladen. Dabei erfolgt ein Regeleingriff zur Regelung der
Klemmenspannung u nicht wie beim bekannten Verfahren bereits dann, wenn die Klemmenspannung
einen gegenüber der Betriebsspannung ub kleineren
Wert Ug erreicht hat, sondern man läßt die Klemmenspannung auf die hier oberhalb der Betriebsspannung ub
und oberhalb der Gasungsspannung up liegende maximale Ladespannung Ug ansteigen. Nach dem
Überschreiten der Betriebsspannung ue und der etwas höheren, in F i g. 5 nicht gezeigten zulässigen Ladeendspannung
steigt die Klemmenspannung infolge einsetzender Gasung sehr schnell an und erreicht somit
schnell die maximale Ladespannung u<·,-. Wird diese
erreicht, so wird die Klemmenspannung aufgrund der Regelung bis zur Betriebsspannung Uß hin kontinuierlich
verringert. Da jede Verringerung der Klemmenspannung u auch eine Verringerung des abgegebenen
Stroms i, diese wiederum eine Verringerung der Klemmenspannung u u.s.f. mit sich bringt, bewirkt die
nun eintretende Verringerung der Klemmenspannung praktisch augenblicklich ein Absinken des Ladestromes
//. auf Null. Der die Batterie durchfließende Strom kehrt
sich sogar kurzzeitig zu einem Entladestrom von gegenüber dem Ladestrom ;'( entgegengesetztem Vorzeichen
um, so daß die Batterie einen Anteil des von der angeschlossenen Last aufgenommenen Stromes liefert.
bis hierdurch die Klemmenspannung u wieder die Betriebsspannung Ub erreicht hat und der zur Aulrechterhaltung
des geladenen Zustandes benötigte, geringe Ladestrom //. fließt. Der Zeitpunkt, zu dem die maximale
Ladespannung uc. erreicht wird, ist in Fig.5 mit h und
der Zeitpunkt, zu dem die Batterie den ordnungsgemäß geladenen Zustand und die Betriebsspannung ub
erreicht hat, mit ti bezeichnet.
F i g. 6 zeigt den Ladevorgang nach einer Tiefentladung der Batterie. Dabei hat die Klemmenspannung wie
in F i g. 3 zunächst einen geringen Wert, durchläuft einen Sattel und steigt dann mit zunehmender Ladung
wie in Fig.5 bis zur maximalen Ladespannung uc, an,
worauf wieder qualitativ dieselben Vorgänge wie in F i g. 5 ablaufen.
Eine batteriegepuffertc Gleichstromquelle mit einer Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung ist in F i g. 7 gezeigt. Die Gleichstromquelle umfaßt einen wechselstromgespeisten,
ungesteuerten Gleichrichter 14, eine Batterie 16 und ein als Transistorschaltung mit einem Längstransistor
18 ausgebildetes Stellglied 20, das in Abhängigkeit von einer seinem Eingang 22 zuführbaren Steuerspannung
die Klemmenspannung der Batterie 16 und damit die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 24, 26
verstellt. An die Ausgangsklemmen 24, 26 ist eine ohmsche Last 28 angeschlossen, die bei der Betriebsspannung
üsden Betriebsstrom /s(Fi g. 5)aufnimmt
Die Regelung wird in bekannter Weise als überlagerte Spannungsregelung mit unterlagerter Stromregelung
durchgeführt, wozu die Regeleinrichtung 30 einen Spannungsregler 32 und einen Stromregler 34 umfaßt.
Der Istwert der Klemmenspannung u wird an der positiven Klemme der Batterie 16 abgenommen und der
Regeleinrichtung 30 über einen Leiter 36 zugeführt.
während die negative Batterieklemme geerdet ist. Der Spannungsregler 32 wird von einem Pi-beschalteten
Operationsverstärker 38 gebildet, zwischen dessen Ausgang in dessen invertierenden Eingang die Reihenschaltung
eines Kondensators 40 und eines Widerstands 42 geschaltet ist. Der invertierende Eingang ist mit dem
Spannungs-Istwert über einen Widerstand 44 beaufschlagt
Weiter ist der invertierende Eingang über einen Widerstand 46 mit einem von einer negativen Spannung
dargestellten Spannungs-Führungswert beaufschlagt.
Μ Die genannte Spannung ist an einem von Widerständen
48, 50, 52 gebildeten Spannungsteiler abgenommen, wobei den Widerständen 50,52 zur Spannungsstabilisierung
eine Zenerdiode 54 parallelgeschaltet ist Am Schleifer des als Potentiometer ausgebildeten Widerstands
50 kann der Spannungs-Führungswert eingestellt werden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers
38 ist über einen Widerstand 56 geerdet Wegen der entgegengesetzten Vorzeichen des
Istwertes der Klemmenspannung und des Spannungs-Führungswertes wird der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers 38 mit einer der Differenz der beiden Werte entsprechenden Regelabweichung beaufschlagt.
Wäre der Operationsverstärker 38 ausschließlich mit der vorgenannten Spannungs-Regelabweichung beaufschlagt, so würde die Klemmenspannung u bei Werten
des abgegebenen Stromes /unterhalb des Grenzwertes ic konstant gehalten. Um demgegenüber bei geringen
abgegebenen Strömen / einen schwachen Abfall der Klemmenspannung υ ausgehend von der Leerlaufspannung Uo bis zur Betriebsspannung üb zu erreichen, ist
eine schwache Gegenkopplung des Operationsverstärkers 38 mittels eines Widerstands 58 vorgesehen. Dieser
hochohmige Widerstand SS ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang geschaltet.
Wäre nun der Operationsverstärker 38 mit keinen weiteren Signalen beaufschlagt, so würde die Klemmenspannung u auch bei oberhalb des Betriebsstromes /'s
und unterhalb des Grenzwertes /c liegenden Werten des abgegebenen Stromes /eine abfallende Tendenz zeigen.
Um demgegenüber vom Betriebsstrom /ß an das anhand von F i g. 5 beschriebene Ansteigen der Klemmenspannung u bis zur maximalen Ladespannung Uc zu
erreichen, wird nun der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 38 noch mit einem Signal
beaufschlagt, das proportional der Differenz zwischen dem Istwert des abgegebenen Stromes / und einem
Schwellenwert ist, der zumindest annähernd dem Betriebsstrom /β entspricht Hierzu wird zunächst eine
dem Strom-Istwert proportionale Spannung mittels eines Meßwiderstands 60 gewonnen, der zwischen die
negative Ausgangsklemme des Gleichrichters 14 und die negative Klemme der Batterie 16 eingeschaltet ist
und der einen gegenüber der Last 28 geringen, vorzugsweise vernachlässigbar geringen Widerstandswert aufweist Die dem Strom-Istwert entsprechende,
negative Spannung wird einer Schwellwertschaltung zugeführt, die aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode 62, eines Widerstands 64 und eines weiteren
Widerstands 66 sowie aus einem Kondensator 68 besteht dessen einer Anschluß mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 64,66 verbunden ist und dessen
anderer Anschluß auf ein festes Potential — beim Ausführungsbeispiel auf Masse — gelegt ist Die
Zenerspannung der Zenerdiode 62 ist so bemessen, daß sie von der den Strom-Istwert darstellenden Spannung
betragsmäßig dann überschritten wird, wenn der Strom-Istwert den Betriebsstrom /β überschreitet Die
Widerstände 64, 66 haben gegenüber dem Rückkopplungswiderstand 58 derartig geringe Werte, daß bei
Strom-Istwerten oberhalb des Betriebsstromes /s und unterhalb des Grenzwertes ic der Einfluß des abgegebenen Stromes ι auf das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 38 gegenüber der Rückkopplung mittels des
Widerstands 58 überwiegt Der Widerstand 64 bildet zusammen mit dem Kondensator 68 ein integrierendes
und verzögerndes RC-Glied, um eine quasistationäre Einkopplung des Stromeinflusses zu erreichen und
damit die zum Zeitpunkt t\ (Fig.5, 6) auftretende
schnelle Ladestromänderung zuzulassen, ohne daß hierdurch unerwünschte Regelschwingungen auftreten.
Aus der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 38 wird ein Strom-Führungssignal für die
unterlagerte Stromregelung gewonnen. Hierzu wird die Ausgangsspannung über einen Widerstand 70 der
Reihenschaltung eines Potentiometers 72 und eines
Widerstands 74 zugeführt. Letzteren ist die Reihenschaltung einer Zenerdiode 76 und einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode 78 parallel geschaltet. Am
Schleifer des Potentiometers 72 ist die dem Strom-Führungswert entsprechende Spannung abnehmbar. Die
Summe der Zenerspannung der Zenerdiode 76 und der Vorwärtsspannung der Diode 78 ist so bemessen, daß
sie von der an der Reihenschaltung des Potentiometers 72 und des Widerstands 74 liegenden, vom Ausgang des
ίο Operationsverstärkers 38 gelieferten Spannung dann
erreicht wird, wenn die Klemmenspannung υ die maximale Ladespannung uc erreicht hat.
Der Stromregler 34 ist von einem Operationsverstärker 80 mit reiner PI-Beschaltung gebildet; zwischen den
Ausgang des Operationsverstärkers 80 und dessen invertierenden Eingang ist die Reihenschaltung eines
Kondensators 82 und eines Widerstands 84 geschaltet. Der nicht invertierende Eingang ist über einen
Widerstand 86 an Masse gelegt. Der invertierende
Eingang ist über einen Widerstand 88 mit einer dem
Strom-Führungswert entsprechenden positiven Spannung und über den Widerstand 90 mit der am
Meßwiderstand 60 abfallenden, dem Strom-Istwert proportionalen Spannung beaufschlagt, so daß am
invertierenden Eingang ein der Differenz oder Regelabweichung zwischen diesen beiden Werten entsprechendes Signal erscheint Die Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers 80 dient als Steuersignal, das über einen Leiter 92 zum Eingang 22 des Stellglieds 20
übertragen wird.
Die von der Zenerdiode 62, den Widerständen 64,66
und dem Kondensator 68 gebildete Schwellwertschaltung kann auch in anderer Weise als beim Ausführungsbeispiel verwirklicht werden. Wichtig ist, daß die
Schwellwertschaltung beim Überschreiten eines dem Betriebsstrom ug (F i g. 5) entsprechenden Schwellenwertes des Strom-Istwerts eine dem Maß der Überschreitung proportionale Ausgangsspannung erzeugt,
was konstruktiv beispielsweise auch dadurch erfolgen
kann, daß der Strom-Istwert mit einem einstellbar
vorgegebenen Schwellenwert mittels eines Operationsverstärkers verglichen wird und daß die Ausgangsspannung nur bei einer geeigneten Polarität abgegeben wird,
während sie bei der entgegengesetzten Polarität durch
eine ausgangsseitige Diode unterdrückt werden kann.
Die beim Ausführungsbeispiel von dem aus dem Widerstand 64 und dem Kondensator 68 gebildeten
RC-Glied bewirkte Verzögerung kann auch dadurch erzielt werden, daß bei beliebiger Bauart der Schwell
wertschaltung dieser eine entsprechende Verzöge
rungsschaltung nachgeschaltet wird.
F i g. 8 zeigt die Anwendung der Regeleinrichtung 30 bei einer gegenüber Fig.7 abgewandelten Gleichstromquelle, wobei ein steuerbarer Gleichrichter 14'
verwendet ist, so daß dieser mit dem Steuersignal beaufschlagt werden kann und das Stellglied 20 in
F i g. 7 entfällt Da hierbei die Ausgangsspannung des
Gleichrichters 14' geringer als die Klemmenspannung u der Batterie 16 werden kann, wenn die Klemmenspan
nung die maximale Ladespannung uG erreicht hat, ist
zwischen den positiven Ausgang des Gleichrichters 14' und die positive Klemme der Batterie 16 eine
Entkopplungsdiode 94 eingeschaltet Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 ist dagegen eine derartige
Entkopplungsdiode bei Wechselstromspeisung des Gleichrichters 14 nicht erforderlich, da dessen Ausgangsspannung stets mindestens so hoch wie die
maximale Ladespannung uc ist und da bei einem Ausfall
der Wechselspannungsspeisung der Längstransistor 18 des Stellglieds 20 einen Stromfluß zum Ausgang des
Gleichrichters 14 von der Batterie 16 her verhindert. Gewünschtenfalls kann jedoch zum Schutz des Längstransistors
18 auch in diesem Fall eine Entkopplungsdiode vorgesehen sein.
In F i g. 8 ist noch gestrichelt angedeutet, daß parallel zur Gleichstromquelle an deren Ausgangsklemmen 24,
26 eine weitere, gleichartige Gleichstromquelle 96
10
angeschlossen sein kann. Die Gleichstromquelle eignet sich nämlich in besonderem Maße zur Parallelschaltung
mit weiteren, gleichartigen Gleichstromquellen. Wegen der in F i g. 5 dargestellten Kennlinie der Regelung wird
erreicht, daß der von der gemeinsamen Last 28 aufgenommene Strom und die ggf. von den Batterien
aufgenommenen Ladeströme sich wesentlich gleichmäßiger auf die Gleichrichter der Gleichstromquellen
verteilen, als dies bei bekannten Lösungen der Fall ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten, einen wechselstromgespeisten
Gleichrichter umfassenden Gleichstromquelle, wobei der von dem Gleichrichter abgegebene Strom
derart begrenzt wird, daß er einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten kann, und wobei
dann, wenn der vom Gleichrichter abgegebene Strom den Grenzwert unterschreitet, die Klemmenspannung
der Batterie in Abhängigkeit von dem vom Gleichrichter abgegebenen Strom derart
geregelt wird, daß beim annähernden Verschwinden des von der Batterie aufgenommenen Ladestroms
die Klemmenspannung eine vorgegebene Betriebsspannung erreicht, dadurch gekennzeichnet,
daß man dann, wenn der vom Gleichrichter abgegebene Strom den Grenzwert erreicht hat, die
Klemmenspannung auf eine oberhalb der Betriebsspannung liegende maximale Ladespannung ansteigen
läßt und daß die Klemmenspannung beim Unterschreiten des Grenzwertes durch den vom
Gleichrichter abgegebenen Strom kontinuierlich von der maximalen Ladespannung bis auf die
Betriebsspannung verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als maximale Ladespannung eine
Spannung wählt, die mindestens so hoch wie die Gasungsspannung der Batterie ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Ladespannung annähernd
5% höher als die Gasungsspannung ist.
4. Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei einer batteriegepufferten,
einen Wechselstrom gespeisten Gleichrichter umfassenden Gleichstromquelle mit mindestens einem
in Abhängigkeit von einem Steuersignal den vom Gleichrichter abgegebenen Strom verstellenden
Stellglied, wobei die Gleichstromquelle bei der Betriebsspannung eine angeschlossene Last mit
einem von dieser aufgenommenen Betriebsstrom speist, umfassend einen mit der Spannungs-Regelabweichung
zwischen dem Spannungs-Istwert der Klemmenspannung der Batterie und einem vorgegebenen
Spannungs-Führungswert beaufschlagten, eine einen Strom-Führungswert bildende Ausgangsspannung
erzeugenden Spannungsregler und einen mit der Strom-Regelabweichung zwischen dem
Strom-Istwert des vom Gleichrichter abgegebenen Stroms und dem Strom-Führungswert beaufschlagten,
das Steuersignal erzeugenden Stromregler, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungsregler
(32) eine Begrenzungsschaltung (72, 74, 76, 78) nachgeschaltet ist, die beim Überschreiten einer dem
Grenzwert (U) entsprechenden Ausgangsspannung des Spannungsreglers (32) einen dem Grenzwert (U)
entsprechenden Strom-Führungswert und bei unterhalb eines dem Grenzwert (U) entsprechenden
Wertes liegender Au^gangsspannung einen dieser proportionalen Strom-Führungswert erzeugt, daß
mit dem Strom-Istwert eine Schwellwertschaltung (62,64,66,68) beaufschlagt ist, die beim Überschreiten
eines dem Betriebsstrom (U) entsprechenden Schwellenwertes des Strom-Istwerts eine dem Maß
der Überschreitung proportionale Ausgangsspannung erzeugt, und daß der Spannungsregler (32)
zusätzlich mit der Ausgangsspannung der Schwellwertschaltung (62, 64, 66, 68) gegensinnig zum
Spannungs-istwert beaufschlagt ist.
5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (62,
64, 66, 68) ein verzögernd wirkendes RC-Glied (64, 68) aufweist.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (62,
64,66,68) aus einer Zenerdiode (62), zwei mit dieser
und miteinander in Reihe geschalteten Widerständen (64,66) und einem Kondensator (68) besteht, der
mit seinem einen Anschluß an den Verbindungspunkt der Widerstände (64, 66) und mit seinem
anderen Anschluß an ein festes Potential angeschlossen ist.
7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler
(32) und/oder der Stromregler (34) ein PI-Verhalten aufweisen und vorzugsweise Pl-beschaltete
Operationsverstärker (38,80) sind.
8. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des
Spannungsreglers (32) mit dessen Eingang schwach negativ rückgekoppelt ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2717606A DE2717606C2 (de) | 1977-04-20 | 1977-04-20 | Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle sowie Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
DE2804521A DE2804521C2 (de) | 1977-04-20 | 1978-02-02 | Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle sowie Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2717606A DE2717606C2 (de) | 1977-04-20 | 1977-04-20 | Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle sowie Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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Family
ID=6006844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2717606A Expired DE2717606C2 (de) | 1977-04-20 | 1977-04-20 | Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle sowie Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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-
1977
- 1977-04-20 DE DE2717606A patent/DE2717606C2/de not_active Expired
Also Published As
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