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Einrichtung zur Ladung von hintereinandergeschalteten Sammlerbatterien
Beim Laden von Akkumulatoren macht die Hintereinanderschaltung von Batterien besondere
Schwierigkeiten. Diese beruhen darauf, daß einerseits für den jeweiligen Ladezustand
der Batterien bestimmte Ladestromstärken vorgeschrieben sind, -andererseits der
Ladezustand der Batterien untereinander stets verschieden ist. .In der Regel erreichen
die Batterien zu verschiedenen Zeiten die Gasspannung, bei welcher die Ladestromstärke
vorgeschriebene Werte nicht überschreiten darf, damit die Batterien nicht vorzeitig-
zerstört werden. Bisher war es daher notwendig, bei der Ladung von hintereinandergeschalteten
Batterien sofort den, Ladestrom sämtlicher Batterien herabzusezen, -sobald auch
nur eine der Reihe die Gasspannung erreicht hatte. Weitere Schwierigkeiten ergaben
sich, wenn eine einzige der Batterien z. B. durch Sulfatierung einen zu hohen Widerstand
aufwies, da hierdurch der Ladestrom sämtlicher Batterien herabgesetzt wurde, was
im übrigen insofern notwendig ist, als die Sulfatierang nur bei Ladung mit schwachen
Strömen restlos beseitigt werden kann.
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Alle diese Schwierigkeiten werden bei der Einrichtung zur Ladung von
hintereinandergeschalteten Sammlerbatterien nach der Erfindung dadurch behoben,
daß jeweils derjenigen Batterie, welche die Gasspannung erreicht hat oder bei Anlegen
der Ladespannung einen über der Gasspannung liegenden Spannungsabfall zeigt, ein
Umgehungswiderstand solcher Größe quer geschaltet wird, -daß die -Ladestromstärke
für die übrigen Batterien im, wesentlichen unverändert bleibt, für. die gasende.
Batterie oder diejenige mit erhöhtem Spannungsabfall aber auf einen niedrigeren
NVert herabgesetzt wird, und daß sämtliche Umgehungswiderstände selbsttätig abgeschaltet
werden, wenn sämtliche Batterien die Gasspannung erreicht haben oder aber schon
beim Anlegen der Ladespannung einen über der Gasspannung liegenden Spannungsabfall
zeigen, und daß schließlich die jeweils vollgeladenen Batterien in an sich bekannter
Weise aus dem Ladestromkreis ausgeschaltet \verden. Die Zu- und Abschaltung der
Umgehungswiderstände erfolgt selbsttätig mittels z. B. von spannungs- oder stromempfindlichen
Relais gesteuerter Schalter. Um den Ladestrom in besonders wirkungsvoller und wirtschaftlicher
Weise in dein Augenblick herabzusetzen, wenn sämtliche Batterien die Gasspannung
erreicht haben oder aber beim Anlegen der Ladespannung einen über der Gasspannung
liegenden Spannungsabfall aufweisen, kann inan bei der Einrichtung nach der Erfindung
auch. die Spannung der Ladestromquellc selbsttätig herabsetzen. Bei
der
Einrichtung nach der Erfindung kann man ferner die jeweils vollgeladenen Batterien
selbsttätig abschalten und an ihre Stelle Widerstände entsprechender Größe einschalten.
Man kann aber auch bei Abschaltung der jeweils vollgeladenen Batterien die Spannung
der Ladestromquelle um die entsprechenden Beträge selbsttätig herabregeln. Bei der
Ladung von nur zwei hintereinandergeschalteten Sammlerbatterien kann man bei der
Einrichtung nach der Erfindung auch nur einen einzigen Umgehungswiderstand benutze,
welcher mittels eines Strom- oder spannungsempfindlichere Umschalters. jeweils derjenigen
Batterie- quer geschaltet wird, welche zuerst-die Gasspannung erreicht. Dabei versieht
man :zweckmäßig den Umschalter mit einer Differentiahvicklung, derart, daß die Querschaltung
des Umgehungswiderstandes unterbleibt, wenn beide Batterien gleichzeitig den Gaszustand
erreicht haben oder einen über der Gasspannung liegenden Spannungsabfall aufweisen
sollten.
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Sofern mit der Einrichtung nach- der Erfindung Batterien geladen werden,
welche schon zu Beginn der Ladung einen anormalen hohen inneren Widerstand z. B.
infolge ,einer Sulfatierung besitzen und daher bei Fließen des Ladestromes einen
zu hohen Spannungsabfall aufweisen, so wird solchen Batterien also sofort ein Umgehungswiderstand
quer geschaltet. Ist dann nach einiger Zeit auf Grund der Aufladung mit verhältnismäßig
niedrigerem Strom die Sulfatierung beseitigt, also der innere Widerstand wieder
normal geworden und dementsprechend auch bei Fließen des Ladestromes der Spannungsabfall
auf den vorgeschriebenen Wert gesunken, so wird der Umgehungswiderstand selbsttätig
abgeschaltet, also der Ladestrom in der schadhaften Batterie .erhöht. Ist dann die
Batterie mit dem normalen Ladestrom so weit aufgeladen, daß die Gasspannung erreicht
ist, so wird in diesem Augenblick wiederum der Umgehungswiderstand zwecks Herabsetzung
der Ladestromstärke quer geschaltet. Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird
also auf diese Weise auch eine sulfatierte Batterie mit größter Schonung der Elektroden.,
gleichzeitig aber auch mit kürzester Ladezeit zur Aufladung gebracht.
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Das Zu- und Abschalten der Widerstände kann bei der Einrichtung nach
der Erfindung auf jede an sich bekannte und in der Elektrotechnik übliche Weise
z. B. durch Relais, Schütze, Nullspannungsschalter o. dgl. erfolgen.
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In den Abb. t und 2 sind Schaltungspläne der Erfindung dargestellt.
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Das Schaltbild i zeigt beispielsweise eine Ausführung der Schaltung
gemäß der Erfindung für die Ladung von drei hintereinandergeschalteten Batterien
beim Anschluß an ein Gleichstromnetz. Der Ladestromkreis führt vom Pluspol des Netzes
über den Vorschaltwiderstand wo, das Amperemeter a, den Schalter s, die hintereinandergeschalteten
Batterien b1, b2 und b3 zum Minuspol des Netzes zurück. In Nebenstromkreisen sind
die Widerstände w1, w2, tv3 vorgesehen, die über die Schützeschl, sch2, sch3 und
den dreipoligen Nullspannungsschalter n einzeln zu den Batterien parallel geschaltet
werden können. Die Schütze werden von der Batteriespannung gesteuert, und zwar sprechen
sie bei der Gasspannung der Batterie an und schalten dann ein. Der Nullspannungsschalter
n liegt an der vollen Ladespannung, und zwar ist die Nullspannungsspule sp mit einem
Ende direkt und mit dem anderen Ende über die Nebenkontakte k1, k2 und k3 der Schütze
an das Netz angeschlossen. Diese Nebenkontakte sind geschlossen bei ausgeschalteten
Schützen. Außerdem sind diese Nebenkontakte untereinander parallel geschaltet: Infolgedessen
ist der Nullspannungsschalter n eingeschaltet, sobald ein oder mehrere Schütze ausgeschaltet
sind. Erst wenn alle Schütze eingeschaltet sind, also wenn alle Batterien den Gaszustand
.erreicht haben, ist die Spule sp vom Netzabgeschaltet; der Nullspannungsschalter
n fällt dann heraus und schaltet die Widerstände w1, w2 und w3 in ihrer Gesamtheit
von den Batterien ab.' Der Ladevorgang ist also in diesem Beispiel folgender: Durch
den Widerstand wo sei die Ladecharakteristik festgelegt. Sofern alle drei Batterien
untereinander vollkommen gleichen Ladezustand haben, ist beim Eintritt der Gasentwicklung
aller Batterien die hierfür vorschriftsmäßige Ladestromstärke erreicht. Beim Anfang
der Ladung liegt die Ladestromstärke entsprechend der gegenüber dem Gaszustand geringeren
Gegenspannung der Batterie höher. Dasselbe ist auch der Fall, wenn die Gasung der
Batterien nicht gleichzeitig eintritt. Es hießt also zunächst ein durch den Widerstand
wo begrenzter starker Ladestrom über alle drei Batterien; die Schütze schl, sch,
und sclaa sind ausgeschaltet und somit die Widerstände w1, w,> und w3 von den Batterien
abgeschaltet. Der Nullspannungsschalter n ist geschlossen, da seine Spule s>> über
die parallel geschalteten Nebenkontakte k1, k, und k3 der Schütze am Netz liegt.
Während der Ladung sinkt nun der Ladestrom entsprechend der wachsenden Gegenspannung.
Erreicht dann beispielsweise Batterie b@ zuerst den Gaszustand, so wird das Schütz
sch, eingeschaltet und der Widerstand w2 parallel zur Batterie b= gelegt. über Batterie
b2 kann also nur noch ein Teil des
Ladestroms fließen, der den vorgeschriebenen
Wert für den Gaszustand nicht überschreiten darf, für welchen der. Widerstand tv2
von vornherein bemessen wure. Durch Einschalten von sch, wird andererseits
k, unterbrochen, was jedoch auf die Spule sp- keinen Einfluß hat, da die Verbindung
für diese mit dem Netz noch über k., und k3 hergestellt ist. -Kommt dann Batterie
b3 auf Gasentwicklung, so wiederholt sich entsprechend der Vorgang für die Batterie
bs durch Einschalten des Schützes sch3. Kommt schließlich als letzte Batterie b1
auf den Gaszustand, so schaltet sich das Schütz sch., ein. Da nunmehr aber alle
Schütze eingeschaltet sind, sind auch alle Nebenkontakte derselben, k1, k2 und k3,
unterbrochen und somit die Spule sp des Nullspannungsschalters rz vom-.Netz abgeschaltet.
Der Nullspannungsschahern fällt heraus, wodurch alle- Parallelwiderstände von den
Batterien abgeschaltet sind. Es geht jetzt wieder der gesamte Ladestrom über alle
Batterien, der aber infolge der- mittels wo festgelegten Ladecharakteristik die
zulässige Ladestromstärke nicht überschreitet. Sobald die Batterien voll geladen
sind, werden 'sie in üblicher Weise aus dem Ladekreis ausgeschaltet. Da diese Schalttechnik
bekannt ist und nichts mit der Schaltung gemäß der Erfindung direkt zu tun hat,
sind die hierfür erforderlichen Schalteinrichtungen in dem Schaltbild fortgelassen.
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Im Schaltbild 2 ist noch ein Beispiel für die selbsttätige Ladung
von zwei hintereinandergeschalteten Batterien mittels selbsttätiger Ladeschalter
nach System Pöhler beim Anschluß an--ein Gleichstromnetz gegeben. Die Funktion der
Pöhlerschalter wird als bekannt vorausgesetzt (vgl. Patent 4iSlo5). Der Hauptladestromkreis
läuft vom Pluspol des Netzes über den Vorschaltwiderstand tvo, das Amperemeter a,
den Nullspannungsschaltern, Nullspannungsumschalterzal, Pöhlerschaltcr p1, die erste
Batterie b1, zweite Batterie b2, den Pöhlcrschalter p2, Nullspannungsumschalter
u_ nach dem Minuspol des Netzes. Der Widerstand iv3 kann wahlweise durch ein Quecksilberumschaltrelais
r zur Batterie b., ()der Batterie b2 parallel geschaltet werden. Dieses Relais besitzt
zwei Spulen spl und spe,
durch die es in der Ausschaltstellung gehalten wird,
sofern beide Spulen ein- oder beide ausgeschaltet sind. Bei Stromunterbrechung einer
Spule zieht die andere Spule das Relais an und schaltet es in entsprechender Richtung
ein. ivl und iv, sind Widerstände, die in bekannter Weise über die Umschalter zzl
und et., an Stelle der Batterien geschaltet werden, sobald diese voll geladen sind.
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Der selbsttätige Ladebetrieb vollzieht sich gemäß dieser Schaltung
wie folgt: Bei Beginn der I.:i,:iuig sind sämtliche Spulen der Nullspaniii"r."sschalter
und des Umschaltrelais ein-,' csrli#;;;et. Infolgedessen bleibt der Schalter u gesc:#.alssen.
Die NTullspannungsumschalter u., u., sind nach oben geschaltet und führe;; somit
den Ladestrom über die beiden hiatereinandergeschaltetcn Batterien. Das Qttccksilberümschaltrelais
r befindet sich in- Au.schaltstellung, und somit ist der Widerstand urc von den
Batterien abgeschaltet. Erreicht '.ei der Ladung beispielsweise Batterie b_ zuerst
den Gaszustand, so wird durch eine Funktion des Pöhlerschalters 172 die Spule spt
Lies Quecksüberumschaltrelais r stromlos. Intolgedessen schaltet dieses Umschaltrelais
tlrn Widerstand tvs parallel zur Batterie b_,. über diese kann also nicht mehr der
volle Ladestrom, sondern nur noch ein für den Gaszustand zulässiger Teil des Ladestroms
fließen. Sobald dann Batterie b1 auf den Gaszustand kommt, wird durch eine' Funktion
des -Pöhlerschalters p1 die Spule sp2 stromlos. das Quecksilberum--schaitrelaisir
geht wieder in Ausschaltstellung, der Widerstand 11,3 ist von den Batterien abgeschaltet.
Über beide Batterien fließt wieder der, gesamte Ladestrom. jedoch durch die von
wo gegebene Ladecharakteristik in einer für den Gaszustand ;Mässigen Stärke. Ist
Batterie b. voll geladen, so wird mittels des Föhlerschalters der Unischalter tz.,
umgeschaltet. Hierdurch ist I3:tttcrie b, von der Ladung abgeschaltet; und an Stelle
der Batterie b, ist der Widerstand iv . getreten. Ist schließlich Batterie b., voll
geladen, so wird durch Pöhlerschalter p1 die Batterie bi von der Ladung abgeschaltet,
indem der Umschalter zt., von der Batterie b, auf den Widerstand tv., umschaltet.
Gleichzeitig wird--aber auch die Spule des Nullspanntttigsschalters n, die parallel
zu beiden I'ülilerschaltern liegt, stromlos. Der Nullspaniitin#z@schalter iz schaltet
aus und unterbricht somit die @-erbindung des Ladekreises mit dein Starkstromnetz.