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Einrichtung zum selbsttätigen Laden elektrischer Akkumulatorenbatterien
Bereits in einer früheren Patentschrift hat der Erfinder ein Verfahren zur selbsttätigen
Ladung von Akkumulatoren beschrieben, welches gestattete, die ganze zur Verfügung
stehende Zeit zur Durchführung der Ladung auszunutzen, und sich dadurch kennzeichnete,
daß lediglich die Ladestromstärke bei Beginn der Ladung eingestellt wird, und zwar
als Funktion der Charakteristik des Ladestromerzeugers, der für die Ladung zur Verfügung
stehenden Zeit und des von der Batterie abgegebenen Teils der Kapazität.
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Dieses Verfahren erfordert, zum mindesten angenähert, die Kenntnis
des Entladungszustandes der Batterie.
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Die Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht eine Ladung in
der gesamten zur Verfügung stehenden Zeit, ohne daß die Kenntnis des von der Batterie
abgegebenen Teiles der Kapazität erforderlich wäre. Es ist im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß die Spannung des Ladestromerzeugers selbsttätig durch Änderung
des Erregerfeldes nach einem Gesetz geregelt wird, welches durch ein Zcitschaltwerk
bestimmt ist.
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Es beruht auf der neuen Erkenntnis, daß die Kurven, welche die Änderung
der Spannung an den Klemmen einer Batterie während einer Ladung mit abnehmender
Stromstärke bei konstanter Ladezeit wiedergeben, einander sehr nahe kommen, gleichgültig,
wie groß der Teil der Kapazität ist, der von der Batterie abgegeben worden ist.
Diese Kurven sind angenähert Gerade gleicher Neigung und laufen bei beendeter Ladung
in eine horizontale Linie aus.
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Wenn man die Gesamtladezeit verändert, so findet man auch genau die
gleichen Kurven ,wie groß auch immer diese Zeit sei, vorausgesetzt, daß man als
Abszissen nicht die absolute Zeit, sondern die relative aufträgt, wobei man als
Einheit die Gesamtladezeit einzusetzen hat. Die Temperatur beeinflußt ziemlich erheblich
die Spannungswerte, welche um so niedriger liegen, je höher die Temperatur ist.
Aber in Fällen, in welchen die Temperaturabweichungen erheblich sind, kann man leicht
eine Korrektur vornehmen, indem man die Geraden für je io° C Abweichung um etwa
0,03 Volt pro Element höher oder tiefer stellt. Um in einer vorher bestimmten
Höchstzeit mehr oder weniger entladene Batterien aufzuladen, genügt es, die Spannung
des Ladestromes derart zu regeln, daß die Spannungszeitkurve eine Gerade ist, wobei
man also bei abfallender Stromstärke
die gewünschte Ladung erhält.
Wenn man beispielsweise für die Ladung eine Zeit t zur Verfügung hat, so regelt
man die Spannung des Ladestromes derart, daß man für eine Anzahl n von Bleiakkumulatoren
die folgenden Spannungen erhält, für den Fall, daß die Temperatur in den Elementen
eine normale ist (2o bis 30° C)
| 2, 15 - n Volt bei Beginn der Ladung, |
| 2,22 - n - nach einer Zeit von -o,2 t, |
| 2,29 - n - - - - - 0,4 t, |
| 2,36 - n - - - - - 0,6 t, |
| 2q-3 - n - - - - - o,g t' |
| 2,q.6 - n - - - - - 0,9 t, |
| 2,46 - n - - - - - t. |
Zu bemerken ist, daß die kleinen Abweichungen bei den Spannungskurven auf Grund
der verschiedenen Bedingungen der Ladezeit und des Entladungszustandes der Batterie
sich immer zu Ende der Ladung einstellen werden. Da aber zu dieser Zeit die Ladestromstärken
sehr gering geworden sind, so riskiert man bei Annahme eines mittleren Wertes in
einigen Fällen nur eine geringe Überladung mit einer ungefährlichen Stromstärke
oder in extrem liegenden Fällen eine unbedeutende Unterladung.
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Das beschriebene Ladeverfahren kann sehr leicht selbsttätig durchgeführt
werden, weil es nämlich dabei genügt, durch bekannte Mittel ein für eine bestimmte
Zeit einzustellendes und regelndes Uhrwerk auf einen Rheostaten im Erregerkreis
der Ladestromquelle einwirken zu lassen. Die Durchführung ist um so leichter, als
die Veränderung hier eine lineare ist.
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Wenn der Ladestromerzeuger dazu dient, gleichzeitig mehrere Batterien
von gleicher Elementezahl, jedoch von verschiedenen Kapazitäten und von verschiedenen
Entladungszuständen zu laden, so muß er eine Verbundreglung aufweisen, die bewirkt,
daß die Spannung unabhängig von der Stromstärke lediglich als Funktion der Zeit
sich ändert.
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An Stelle eines Uhrwerks, welches direkt auf die Erregung des Ladestromerzeugers
einwirkt, kann man auch einen selbsttätigen Spannungsregler verwenden, bei welchem
die Regelspannung in Abhängigkeit von einem Zeitschaltwerk geändert wird.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung
zur Herbeiführung der Spannungsänderung einer Dynamomaschine dargestellt.
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Die Dynamo D, die zum Laden der Batterien B, B',
B" dient, wobei die Batterien sich in einem sehr verschiedenen Entladungszustand
befinden können, ist eine Verbunddynamo, deren in Reihe liegende Erregungswicklung
bei s dargestellt ist. Diese Verbundanordnung ist notwendig, damit die Spannung
der Dynamo unabhängig bleibt von der in der Zeit veränderlichen und mit dem Zustand
der Batterien veränderlichen Ladestromstärke.
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In dem abgezweigten Erregungsstromkreis d befindet sich ein Regelwiderstand,
dessen verschiedene Stufen r, r1, r2, r3 . . . so berechnet
sind, daß sie der Dynamo die verschiedenen Klemmenspannungen erteilen, welche man
nacheinander anzuwenden wünscht, also bei dem gewählten Beispiel: 2,15 -n, 2,22-11,
2,29 - n, 2,36 # n, 2,43 - n, 2,q.6 - n Volt, wobei n die Elementezahl der Batterien
bezeichnet.
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Das Ende jedes der Widerstände ist an einem der Leitsegmente, b, b1,
b2, b3, b4, b5 einer festen Scheibe A angeschlossen. Auf diesen Segmenten
gleitet der Kontaktarm a, der an einem Pol der Dynamo angeschlossen ist. Die Bewegung
dieser Kurbel hängt von einer Uhrwerksbewegung ab, die in bekannter Weise so geregelt
ist, daß die ganze Kreisbahn, beginnend beim Segment b und schließend beim Segment
b5, in der für das Laden zur Verfügung stehenden Gesamtzeit durchlaufen wird. Dasselbe
Zeitschaltwerk bewirkt auch durch bekannte Mittel die Unterbrechung des Ladestromes
und das Anhalten der Dynamo nach Ablauf der in Frage kommenden Ladezeit. Die Segmente
b1 .... b5 haben eine Längsausdehnung, die proportional der Zeitdauer ist,
während welcher man die verschiedenen Spannungen aufrechterhalten will. Bei dem
gewählten Ausführungsbeispiel haben die Segmente b1, b2; b3 die gleiche Länge, während
b4 und b5 nur halb so lang sind. Natürlich könnte auch der Kontaktarm A fest sein
und die Scheibe sich während der für die Ladung verfügbaren Zeit drehen.
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Der Widerstand der zu den Batterien von der Dynamo führenden Leitung
muß ziemlich gering sein, damit die Spannung an den Klemmen der Batterien
B, B', B" nicht von der Stärke des durch diese Leitung hindurchgehenden Ladestromes
abhängt und praktisch gleich der Spannung an den Klemmen der Dynamo bleibt.