DE4336033C2 - Schaltungsanordnung zur Ladung von Batterien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ladung von Batterien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, zur Ladung von Bleibatterien Ladegeräte zu verwenden, welche aus ei­ nem sogenannten Streufeldtransformator, einem Gleichrichter, einer Steuerelektronik und einer Schalteinrichtung besteht. Die Schalteinrichtung unterbricht den Energiefluß zum Transformator. Ein derartiges Ladeverfahren ist unter der Kennlinienbezeichnung WA bekannt. Eine Schaltungsanordnung für das beschriebene Ladegerät ist aus der DE-PS 937 066 bekanntgeworden. Zur Abschaltung der Primärwicklung von der Netzspannung dient ein Schütz, das durch eine Relaisspule geöffnet wird, die durch einen elektromagnetischen Quecksilberschalter über eine Relaisstromleitung gesteuert ist. Der Quecksilber­ schalter ist seinerseits von der elektromotorischen Kraft der zu ladenden Batterie gesteuert. Der Aufwand für das Schalten der Primärwicklung des Ladetransformators ist re­ lativ hoch.

Unter der Kennlinienbezeichnung WoWa ist ein Schnellade­ verfahren mit den angegebenen Komponenten bekanntgeworden. Zur Verkürzung der Ladezeit wird die Batterie zu Beginn der Ladung mit einem erhöhten Strom geladen. Dieser wird bei Erreichen der Gasungsspannung der Batterie auf den üblichen Wert reduziert, um Schäden an der Batterie zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird die Primärwicklung des Transformators umgeschaltet, wofür eine zweite Schaltein­ richtung erforderlich wird. Eine derartige Schaltungsan­ ordnung ist aus der DE 34 29 673 A1 bekanntgeworden. Ein der­ artiges Schnelladeverfahren wird in der Regel nur bei großen Traktionsbatterien eingesetzt, also bei Ladegeräten mit einer Leistung von über 1,5 kW.

Es ist also bekannt, als Schalteinrichtung ein Schütz oder ein Relais im Primäranschluß des Transformators zu verwen­ den. Die einwandfreie Funktion der Schalteinrichtung zur Beendigung der Ladung ist von großer Bedeutung, weil jede weitere Ladung nach Erreichen des Volladezustands der Bat­ terie zur Schädigung führt bis hin zur Zerstörung. Bei der technischen Auslegung der Schalteinrichtung muß daher ins­ besondere darauf geachtet werden, daß während der üblichen Gebrauchsdauer des Ladegeräts keine Fehlfunktion und ins­ besondere keine Verschleißerscheinungen zu einem Versagen der Abschaltung führen.

Die Kontakte der üblicherweise verwendeten Schütze werden durch das Ein- und Ausschaltverhalten des Transformators extrem belastet. Dies führt zu einem starken Kontaktverschleiß bis zu einem "Kleben" der Kontakte. Um ein Kleben der Kontakte innerhalb der üblichen Gerätelebensdauer mit hoher Sicherheit auszuschließen, ist eine Überdimensionierung erforderlich. Eine Überdimensionierung führt naturgemäß zu einem erhöhten Aufwand.

Wird als Schalteinrichtung ein Halbleiter verwendet, muß durch eine entsprechende Auslegung und Kühlung sichergestellt werden, daß keine Kristalltemperaturen auftre­ ten, die zu Diffusionseffekten im Kristall und damit langfristig zum Verlust der Sperr­ fähigkeit führen.

Aus Knutsson, U., Öhrn, L.-E.: Schnelle Lichtbogenwächter mit faseroptischer Si­ gnalübertragung in: elektro-Anzeiger 43. Jg., Nr. 11, 15.11. 1990, S. 46-52 ist für Energieverteilanlagen bekannt, eine Lichtbogenüberwachung vorzunehmen. Der Schalter, der die Energiezufuhr vom Verteiler abschaltet, wird betätigt, wenn der Lichtbogenwächter einen Lichtbogen ermittelt. Eine zweite Steuervorrichtung betätigt einen in Reihe mit dem ersten Schalter liegenden zweiten Schalter, wenn festgestellt wird, daß der erste Schalter durch die entsprechende Steuervorrichtung nicht betätigt worden ist. Diese Nichtbetätigung kann unter anderem in einem Fehler bei der Erzeu­ gung eines Stellsignals für den ersten Schalter liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur La­ dung von Batterien zu entwickeln, bei welcher ein verringerter Gestehungsaufwand er­ forderlich und die gleichwohl einen verbesserten Schutz bei Ausfällen des Ausschalt­ kontakt gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der Erfindung weist die Schalteinrichtung zwei in Reihe liegende unabhängige Schaltkontakte auf. Das eine wird als üblicher Einschalt- und Ausschaltkontakt für den Ladebetrieb verwendet, während der zweite ständig geschlossen bleibt. Ermittelt die Steuervorrichtung hingegen über Strom- und/oder Spannungsmessung, insbesondere an der Primärseite des Transformators oder mit Hilfe eines Schaltsensors, insbeson­ dere am ersten Schaltkontakt, daß trotz eines Ausschaltbefehls für den ersten Schalt­ kontakt weiterhin Strom fließt, wird der zweite Schaltkontakt geöffnet. Dadurch wird die Batterieladung mit Sicherheit beendet. Vorzugsweise ist außerdem eine Fehleran­ zeige vorgesehen, die den fehlerhaften ersten Schaltkontakt meldet.

Der zweite Schaltkontakt unterliegt keinem Verschleiß und muß lediglich für die auf­ tretenden Dauerströme dimensioniert werden. Die Steuereinrichtung enthält vorzugs­ weise ein Kontrollprogramm zur Überprüfung der Funktion bzw. der Schaltzustände der beiden Schaltkontakte vor jedem Ladevorgang. Vor einer Betätigung des zweiten Schaltkontakts kann dafür gesorgt werden, daß es stromlos geschaltet wird.

Die Schaltkontakte können Halbleiterelemente sein. Praktisch werden Relais bevor­ zugt. Ein Ausfall der ersten Relais bzw. seiner Kontakte kann innerhalb der üblichen Gebrauchsdauer zugelassen werden, da keine Folgeschäden an der Batterie entstehen. Die Schalteinrichtung muß lediglich für die vom Ladegeräthersteller vorgesehene Lebensdauer ausgelegt werden. Bei Ladegeräten in einem bestimmten Leistungsbereich brauchen keine Schütze eingesetzt zu werden, was den Aufwand er­ heblich reduziert. Der Mehraufwand für das zweite Relais ist relativ gering, da ein Kleinleistungsrelais verwendet werden kann. Der Herstellungsaufwand für die erfin­ dungsgemäße Schaltungsanordnung ist daher deutlich verringert bei gleichzeitiger Er­ höhung der Sicherheit für die Batterie.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Programmablauf des Kontrollprogramms der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Ein Streufeldtransformator 10 liegt über Leitungen 12, 14 am Netz und versorgt über eine Gleichrichterbrückenschaltung 16 eine Batterie 18. An den Klemmen der Batterie 18 liegt eine Steuereinrichtung 20, welche außerdem mit den Leitungen 12, 14 ver­ bunden ist.

In der Leitung 14 liegen zwei Schaltkontakte 22, 24 von Relais 26, 28, die von der Steuereinrichtung 20 betätigt werden. Der Schaltkontakt 24 ist ständig geschlossen, während der Schaltkontakt 22 wahlweise geöffnet und geschlossen ist. Bei Beginn des Ladebetriebs wird der Schaltung 22 geschlossen und geöffnet, wenn die Steuerein­ richtung 20, die den Strom und/oder Spannung an den Battrieklemmen mißt, die Volladung der Batterie 18 ermittelt.

Aufgrund der starken Beanspruchung des Schaltkontakts 22 kann es zu einem "Kle­ ben" kommen, so daß er nicht öffnet trotz eines entsprechenden Steuerbefehls von der Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 mißt daher nach wie vor einen Strom bzw. eine Ladespannung am Ausgang des Transformators trotz des Ausschaltbefehls für den Schaltkontakt 22. Daraufhin wird ein Schaltbefehl für den Schaltkontakt 24 erzeugt und dieser entsprechend geöffnet, um den Ladevorgang zu unterbrechen. Da der zweite Schaltkontakt 24 ständig geschlossen ist, braucht er nur für den auftreten­ den Dauerstrom ausgelegt zu sein.

Die Steuereinrichtung 20 enthält u. a. ein Kontrollprogramm. um sicherzustellen, daß die Funktionssicherheit des Ladegerätes gegeben ist. Dies wird anhand von Fig. 2 kurz erläutert.

Befindet sich zu Beginn des Ladebetriebs vor dem Anklemmen der Batterie bei offe­ nem Kontakt 22 und geschlossenem Kontakt 24 am Ausgang des Ladegeräts eine Spannung, liegt zweifellos ein Fehler vor, und des wird zunächst Befehl gegeben, den normalerweise geschlossenen Relaiskontakt 24 zu öffnen. Gleichzeitig wird parallel eine Fehleranzeige vorgenommen. Sie kann auf bekannte vielfältige Weise im Ladege­ rät stattfinden. Liegt keine Spannung am Ausgang, wird von der Steuereinrichtung 20 Befehl gegeben, den Schaltkontakt 24 zu öffnen und den Schaltkontakt 22 zu schlie­ ßen. In diesem Fall dürfte ebenfalls keine Spannung am Ausgang des Ladegeräts vor­ handen sein. Falls doch, wird ein Fehler gemeldet und beide Relais 26, 28 werden in­ aktiviert. Falls keine Spannung am Ausgang liegt, wird zunächst der Relaiskontakt 24 geschlossen. In diesen Falle müßte Spannung am Ausgang vorhanden sein, so daß dann auch der Ladebetrieb beginnen kann. Falls keine Spannung am Ausgang vorliegt, wird wiederum ein Fehler gemeldet. Nun wird der Relaiskontakt 22 geöffnet, die Batterie angeklemmt und der Relaiskontakt 22 wieder geschlossen. Damit beginnt die Aufladung der Batterie.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Ladung von Batterien mit einem an das Netz ange­ schlossenen Transformator, einer Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses im Primärkreis des Transformators und einer Steuereinrichtung, die den Strom und/oder die Spannung an den Batterieklemmen mißt und u. a. ein Steuersignal für die Schalteinrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung zwei in Reihe liegende von getrennten Betätigungsein­ richtungen betätigte Schaltkontakte (22, 24) aufweist, von denen im Ladebe­ trieb ein erster von der Steuereinrichtung (20) als Ein- und Ausschaltkontakt betätigt wird, während der zweite, welcher nur für den auftretenden Dauerstrom ausgelegt ist, geschlossen ist und die Steuereinrichtung (20) ein Ausschaltsignal auch zum Öffnen des zweiten Schaltkontakts (24) gibt, wenn sie trotz Erzeu­ gung eines Ausschaltsignals für den ersten Schaltkontakt ermittelt, daß dieser nicht ausschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (22, 24) Relaiskontakte sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) aufgrund einer Messung des Stromes und/oder der Spannung an den Batterieklemmen des Nichtausschalten des ersten Schaltele­ ments (22) ermittelt.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) einen Schaltsensor am ersten Schaltelement (22) auf­ weist, um dessen Nichtausschalten zu ermitteln.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung (20) ein Kontrollprogramm (Fig. 2) enthält zur Überprüfung der Schaltzustände der beiden Schaltkontakte (22, 24).