DE2917114A1

DE2917114A1 - Batterieladegeraet

Info

Publication number: DE2917114A1
Application number: DE19792917114
Authority: DE
Inventors: Francois Guerbet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-08
Filing date: 1979-04-27
Publication date: 1980-11-06
Also published as: FR2408241A1; US4317075A; FR2408241B1

Description

Kennwort: "Batterieladegerät" Batterieladegerdt ============ === Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trans formieren eines Wechselstromes gegebener Spannung in einen Gleichstrom vorbestimmter Spannung; sie betrifft insbesondere Batterieladegerdte.
Unter der Ausdrucksweise Gleichstrom soll ein nicht alternierender Strom konstanter oder nicht konstanter Stärke verstanden werden, moduliert, oder nicht moduliert.
Es gibt gegenwartig zwei Hauptarten von Aufladern, die direkt an das Wechselstromnetz angeschlossen werden können, um einen Gleichstrom zu liefern, der für das Aufladen eines Akkumulators geeignet ist. Der erste Typ, der völlig elektronisch arbeitet, besteht aus Spannung teilern, sehr kostspielig, wenn man auf Zuverldssigkeit Wert legt.
Der andere Typ, mehr herkömmlicher Bauart, umfaßt einen Transformator, der eine DiodenbrUcke speist, und der es erlaubt, eine auf einen geeigneten Wert zurückgeführte Spannung zu erzeugen. Zu Beginn des Ladens, wenn der Akkumulator weitgehend entladen ist, ist die Stärke des den Transformator durchfließenden Stromes sehr hoch und bedingt dessen Uberdimensionierung. Ein klassisches Mittel, um diesen Nachteil zu vermeiden, besteht darin, in den Primdrkreis und den Sekundärkreis des Transformators Widerstdnde zum Begrenzen des Stromes einzuschalten, wodurch Energie in Gestalt von Wärme verloren geht.
Jedenfalls wird diese Strombegrenzung erkauft auf Kosten der gesamten energetischen Ausbeute. Diese Lösung wird in der Tat als wenig befriedigend empfunden. Hierbei hat man es mit den zwei sich einander entgegenstehenden Forderungen zu tun: einerseits will man die notwendige Leistung des Transformators so niedrig wie möglich halten (Einsparung von Gewicht und Senkung der Kosten) dank starken Energieverzehrs, und andererseits soll die gesamte energetische Ausbeute während des Ladens so hoch wie möglich sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine diesen Problemen gerecht werdende Lösung zu schaffen; insbesondere soll es möglich sein, einen Auflader zu schaffen, der mit Transformatoren verringerter Leistung ausgestattet ist und der dabei gleichwohl eine Energieausbeute aufweist, die wesentlich besser ist7 als diejenige bekannter Bauarten.
Eine weitere, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Ladegerät zu schaffen, das es erlaubt, eine Batterie mehrerer in Reihe geschalteter Akkumulatoren aufzuladen, und zwar mittels Ladeströmen, die jedem Akkumulator unter Berücksichtigung von dessen Ladezustand angepaßt sind.
Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Trans formieren eines zugeführten Wechselstromes gegebener Spannung in einen Gleichstrom gewöhnlicher Spannung, und zwar von jenem Typ, der wenigstens einen Transformator umfaßt, ausgestattet mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis, die zum gewünschten Transformieren geeignet sind, und mit einer Gleichrichtereinrichtung, die mit dem Sekundärkreis jedes Transformators in Reihe geschaltet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung Mittel zum direkten Einführen und Gleichrichten des Stromes, die in Reihe mit dem Primärkreis des oder der Transformatoren geschaltet und an den Ausgang des oder der Gleichrichter des Sekundärkreisesangeschlossen sind; diese Mittel sind derart beschaffen, daß sie einen Teil des Zufuhr-Wechselstromes abnehmen und gleichrichten und ihn an Ausgang des oder der Gleichrichter im selben Sinne wie den Sekundärstrom einspeisen, der aus diesem oder diesen Gleichrichtern hervorgeht.
Gemäß einer einfachen und sehr wenig kostspieligen Ausführungsform der Erfindung bestehen die Mittel zum direkten Einspeisen und Gleichrichten aus einer Gleichrichterbrücke von Halbleitern, insbesondere einer Diodenbrücke, umfaßend eine Wechselstromdiagonale (Brückendiagonalenpunkte, an denen die Wechselspannung anliegt), die in Reihe geschaltet ist mit dem Primärkreis des Transformators bzw. der Transformatoren, und eine Gleichstromdiagonale (Brückendiagonalenpunkte, an denen Gleichspannung herrscht), die an den Ausgang der Gleichrichterschaltung (en) des Sekundärkreises angeschlossen ist, um eine Gleichstromkomponente im selben Sinne einzuspeisen, wie der Sekundärstrom, der von dieser (diesen) Gleichrichterschaltung (en) ausgeht.
Auf diese Weise erlaubt es die erfindungsgemäße Vorrichtung, einen Teil des Speisestromes abzuzweigen und den Strom zu begrenzen, der durch den Transformator fließt. Hierdurch wird die erforderliche Leistung des Transformators vermindert, gleichzeitig aber eine hohe energetische Gesamtausbeute sichergestellt7 da die abgenommene Gleichstromkomponente nicht als reiner Verlust aufgezehrt sondern gleichzeitig mit dem Sekundärstrom wieder eingespeist und verwendet wird.
Die Vorrichtung kann auch als selbstregelnder Batterieauflader dienen, um insbesondere zu Beginn des Ladens den für ein rasches Aufladen notwendigen Strom zu liefern, dabei aber gleichzeitig den Strom zu begrenzen, der den Transformator beströmt.
Handelt es sich um ein Ladegerät zum Aufladen einer Batterie von n Akkumulatoren, die in Reihe geschaltet sind, so umfaßt die Vorrichtung n parallel geschaltete transformatoren, n Gleichrichter (Anlagen), die jeweils mit dem Sekundärkreis eines Transformators in Reihe geschaltet und an dessen Ausgang an die Anschlußklemmen eines der Akkumulatoren angeschlossen sind, um ihn einer Spannung zu unterwerfen, die seiner eigenen Spannung entgegengerichtet ist, ferner umfaßt die Vorrichtung Mittel zum direkten Einspeisen und Gleichrichten, die den n Transformatoren gemeinsam sind, um einen Teil des zugeführten Wechselstromes abzuzweigen und gleichzurichten und den Klemmen der beiden äußersten Akkumulatoren der Batterie einzuspeisen, entgegen der Eigenspannung der genannten Akkumulatorbatterie.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt: Figur 1 zeigt eine elektrische Schaltung eines Batterieladegerätes.
Figur 2 zeigt eine elektrische Schaltung eines Batterieladegerdtes mit mehreren Akkumulatoren, die ungleiche Ladungen erhalten können.
Figur 3 stellt eine Abwandlung des Ladegerätes gerridß Figur 2 dar.
Das in Figur 1 dargestellte Låaegerät dient dazu, einen Wiederladestrom einem Akkumulator 1 zuzuführen. Dieser Lader ist direkt an das WOchselstromnetz angeschlossen. Er umfaßt einen Transformator 2, eine Dioden-Gleichrichterbrücke 3, die in Reihe mit dem Sekunddrkreis des trensformotors geschaltet ist, eine Dioden-Gletchrichterbrücke 4 (im gewahlten Ausführungsbeispiel nicht gesteuert), und ein thermisches Relais 5, das in den Primdrkreis oberhalb der Brücke 4 eingeschaltet ist.
Die Gleichrichterbrücke 4 dient dazu, einen Teil des PrimUrstromes abzuzweigen, gleichzurichten und den Anschlußklemmen des Akkumulators einzuspeisen Zu diesem Zweck umfaßt die Brücke eine Wechselstromdiagonale, die mit dem Primörkreis des Transformators in Reihe geschaltet ist, und eine Gleichstromdiagonale, die an den Ausgang der Sekundörbrücke 3 derart angeschlossen ist, daß der eingespeiste Strom in gleicher Richtung fließt, wie der Sekundurstrom aus dieser Brücke 3.
Auf diese Weise gibt die Brücke 4 zu Beginn des Ladens stark ab und begrenzt entscheidend die Spannung an den Anschlußklemmen des trunsformators 2. Der Akkumulator empfang Strom von Brücke 4 plus Strom von Sekundärbrücke 3. Am Ende des Ladens wird die Brücke 4 "gedämpft", während die Sekundurbrücke 3, die von dem Transformator gespeist wird, immer weniger abgibt, und zwar derart, daß der Ladestrom abnimmt und sich dem Ladezustand des Akkumulators anpaßt, bis fast zur völligen Blockage am Ende des Ladens.
Man erhalt somit einen selbstregelnden Lader, bei welchem der den Transformator durchfließende Strom begrenzt bleibt, mit nur geringen Energieverlusten. Dieses Ladegerät bietet somit den zweifachen Vorteil, die notwendige transformutorleistung (etwa auf die Hälfte) zu vermindern (Einsparungen an Gewicht und Herstellungskosten), und eine Gesamtenergieausbeute bei gesteigerten Ladewerten zu schaffen (etwa 15 % Verlust anstatt 30 % im Falle von klassischen Ladegerdten mit Begrenzungswiderstenden).
Das thermische Relais (Relais mit temperaturschwelle oder dergleichen) erlaubt es, in gegebenem Falle, das System dadurch zu verbessern, daß die Erwärmung an einem Punkt des Primdrkreises oder des Sekundärkreises a ermittelt wird, und daß die Stärke des in diesen Kreisen in Abhöngigkeit von der Erwärmung erzeugten Stromes begrenzt wird.
Das in Figur 2 dargestellte Ladegerät erlaubt es im Ubrigen, eine Batterie mit mehreren Akkumulatoren wieder aufzuladen. Es kann sich dabei beispielsweise um drei Akkumulatoren 6, 7 und 8 handeln, wobei jeder Akkumulator einzeln in Abhdngigkeit seines Ladezustandes gespeist wird.
Diese Konzeption des Lodegerätes ist ähnlich dem vorher beschriebenen Ladegerät. Es umfaßt drei parallel geschaltete Transformatoren 9, 10 und 11, drei Sekundär-Gleichrichterbrücken 12, 13 und 14, deren jede mit dem Sekundärkreis eines Transformators in Reihe geschaltet und an seinem Ausgang an die Anschlußklemmen eines der Akkumulatoren der Batterie angeschlossen ist, ferner eine Hauptgleichrichterbrücke 15, die in den gemeinsamen Primärspeisekreis der drei Transformatoren geschaltet ist, um einen Teil des zugeführten Wechselstromes abzunehmen, gleichzurichten und an den Anschlußklemmen der Batterie einzuspeisen.
Jede Sekundärbrücke 12, 13 und 14 ist an die Anschlußklemmen eines Akkumulators angeschlossen, um ihn einer Ladespannung zu unterwerfen, die seiner eigenen Spannung entgegengerichtet ist. Die Gleichstromdiagonale der Gleichstrombrücke 15 ist an die Anschlußklemmen der beiden äußersten Akkumulatoren der Batterie angeschlossen, entgegen deren Eigenspannung.
Ein derartiges Ladegerät hat die oben genannten Vorteile. Außerdem vermag es eine Ladung zu erzeugen, die jedem Akkumulator der Batterie genau angepaßt ist. Die Akkumulatoren können somit ohne Schaden zu nehmen in unterschiedlicher Weise entladen werden, wobei die Kompensation beim Wiederaufladen eine automatische ist.
Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt thermische oder ähnliche Relais 16, 17, 18. Diese können in den Speise-Primärkreis in Reihe eingeschaltet werden. Sie können ferner auf den Leistungspegel eines jeden Sekundärkreises eingerichtet werden (insbesondere auf den Leistungspegel der Sekundörbrücken 12, 13 und 14), um die Erwärmung an diesen Punkten zu ermitteln und in Abhängigkeit von dieser Erwärmung die Intensitdt des Stromes zu begrenzen, der in den Primdrkreisen fließt.
Figur 3 veranschaulicht eine Variante ganz ähnlicher Art, Hierbei ist jedoch die Hauptbrücke des Halbleiters 19 eine gesteuerte Brücke, deren Dioden gleichzeitig durch Steuerung in den leitenden oder nichtleitenden Zustand gebracht werden können. Man erkennt ferner Thermistoren oder Spannungsermittler 20, 21 und 22, die auf dem Leistungspegel eines jeden Sekundärkreises liegen (insbesondere auf dem Pegel der Sekundärbrücken) und die an elektronische Elemente 23 zum Steuern von Brücken 19 angeschlossen sind, um das Einspeisen des Stromes in Abhängigkeit von der Erwärmung und/oder von den in den Sekundärkreisen ermittelten Spannungen zu steuern.
Es versteht sich, daß Abweichungen jeglicher Art möglich sind, ohne daß das Prinzip der Erfindung verlassen wird. Insbesondere lassen sich statt der genannten Dioden gleichwertige Elemente einsetzen, beispielsweise Thyristoren0

Claims

Patentansprüche ~~===o==== a orrichtung zum Transformieren eines Speise-Wechselstromes gegebener Spannung in einen Gleichstrom gewünschter Spannung, mit wenigstens einem Transformator mit einer Primärspule, die in einem Primärkreis angeordnet ist und einer Sekundärspule, die in einem Sekundärkreis angeordnet ist, und mit wenigstens einer Gleichrichterschaltung, die in dem Sekundärkreis in Reihe mit der Sekundärspule eines jeden Transformators geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum direkten Einspeisen und Gleichrichten des Stromes vorgesehen sind, die in Reihe mit der Primärspule des Transformators bzw. der Transformatoren geschaltet sind und die an den Ausgang der Gleichrichterschaltung (en) des Sekunddrkreises angeschlossen sind, und die schließlich derart beschaffen sind, daß sie einen Teil des Speise-Wechselstromes vom Primärkreis abzweigen und gleichrichten und dem Sekundärkreis am Ausgang der Gleichrichterschaltung (en) im selben Sinne einspeisen, wie den Sekundärstrom, der von dieser Gleichrichterschaltung (diesen Gleichrichterschaltungen) herkommt.

2o Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum direkten Einspeisen und Gleichrichten eine Gleichrichterbrücke aus Halbleitern umfassen, mit einer Wechselstromdiagonale, die mit der Primärspule des einzelnen Transformators in Reihe geschaltet ist, und eine Gleichstromdiagonale, die an den Ausgang der einzelnen Gleichrichterschaltungen der Sekundärspule angeschlossen ist, um eine Gleichstromkomponente im selben Sinne wie den Sekundärstrom einzuspeisen, der aus der einzelnen Gleichrichteranlage kommt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücke aus Halbleitern eine nichtgesteuerte Diodenbrücke ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß ein thermisches Relais in den Primärkreis oberhalb der Gleichrichterbrücke aus Halbleitern eingebaut ist, um die Erwärmung an einem Punkt des genannten Kreises zu erfassen und die Stärke des Stromes im Primärkreis in Abhängigkeit von dieser Erwärmung zu begrenzen0 5o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein thermisches Relais in den Primdrkreis des Transformators geschaltet ist, und daß das thermische Relais auf dem Niveau einer Gleichrichterschaltung der Sekunddrspule angeordnet ist, um die Erwärmung dieser Schaltung zu erfassen und die Stärke des Stromes zu begrenzen, der im Primdrkreis in Abhdngigkeit von dieser Erwdrmung fließt, 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücke aus Halbleitern eine gesteuerte Brücke ist, die in leitenden oder nichtleitenden Zustand versetzt werden kann, daß wenigstens ein Spannungserfassungsgerät vorgesehen ist oder ein Thermistor, der auf dem Niveau eines jeden Sekunddrkreises angeordnet ist und der durch elektrische Steuermittel an die genannte Brücke angeschlossen ist, um das Einspeisen des Stromes in Abhdngigkeit von der Erwärmung oder von der Spannung des einzelnen Sekundärkreises zu steuern.

7. Transformatoreinrichtung, die das Laden einer Batterie mit n in Reihe geschalteten Akkumulatoren erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß sie n parallel geschaltete Transformatoren umfasst, n Gleichrichterschaltungen, die jeweils in Reihe mit einer Sekundärspule des Transformators geschaltet und an seinem Ausgang an die Klemmen eines Akkumulators geschaltet sind, um ihn einer Spannung zu unterwerfen, die seiner eigenen Spannung entgegen gerichtet ist, daß ferner gemeinsame Mittel zum direkten Einspeisen und Gleichrichten den n Transformatoren zugeordnet sind, um einen Teil des Speise-Wechselstromes abzuzweigen und gleichzurichten und ihn an den Klemmen der beiden äußeren Akkumulatoren der Batterie entgegen der Eigenspannung der genannten Akkumulatorbatterie einzuspeisen0