DE69151A - Schaltungsweise zur Ladung von elektrischen Sammelbatterien - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Es ist nicht selten, dafs bei elektrischen Betrieben mit Sammelbatterien diese zu einer Zeit geladen werden müssen, zu welcher gleichzeitig von derselben Dynamomaschine Strom zu anderen Zwecken abgegeben werden mufs.

In diesen Fällen verfuhr man bisher je nach den Umständen z. B. wie folgt:

a) Ist nur ein gleichzeitiger Verbrauch von bis 20 pCt. des Ladestromes erforderlich, so ist es angängig, dieses Plus von der Maschine mehr geben zu lassen und durch die letzten Zellen und den Entladehebel des Zellenschalters zur Verbrauchsleitung zu führen; dadurch • werden die letzten Zellen mit 20 pCt. mehr geladen als die übrigen; sie werden also schneller geladen und übersättigt werden, wodurch , abgesehen von der ungleichen Beanspruchung der Zellen, mindestens ein Energieverlust entsteht.

Reicht aber dieser Procentsatz für den Verbrauchsstrom nicht aus, so wird

b) die Batterie in zwei Reihen geschaltet und die Spannungsdifferenz zwischen der Lichtspannung und ,der erforderlichen Ladespanhung durch vorgeschalteten Widerstand vernichtet, wodurch selbstredend ein starker Verlust entsteht.

Oder, wenn es günstiger ausfällt, wird

c) die Batterie in einer Reihe geladen und vor die Licht- bezw. Verbrauchsleitung ein Widerstand eingeschaltet, der die höhere Ladespannung in der Verbrauchsleitung herabdrückt. Auch hier ist wiederum ein grofser Verlust unvermeidlich.

Die vorliegende Schaltung hat den Zweck, die Batterie so zu zerlegen, dafs ein Theil derselben während der Ladung als Vorschaltwiderstand für das Leitungsnetz dient, und zwar derart, dafs bei zunehmender Spannung in der Batterie Zelle um Zelle von dem gröfseren Theil ab und zu dem kleineren Theil, den Vorschaltzellen zugeschaltet wird, wobei die Vorschaltzellen durch den Verbrauchsstrom gleichzeitig geladen werden.

Es wird dadurch neben'einer nahezu gleichbleibenden Spannung im Leitungsnetz und einer stets gleichen Spannung in beiden Strömkreisen erreicht:

a) dafs von dem erzeugten Strom aufser dem durch die Zellen der Stromsammeibatterie selbst bedingten Verlust kein Strom nutzlos verloren geht,

b) dafs die Anfangs- und Endspannung der Ladung in weit engeren Grenzen liegt, als bei den bisherigen Verfahren, dafs also auch die Dynamomaschine in der Spannung nicht so veränderlich zu sein braucht.

Die Schaltung ist wie folgt gedacht:
Eine der Gröfse der Batterie entsprechende Anzahl von Zellen ist unter einander nicht unmittelbar verbunden. Eine entsprechende Einrichtung, Zellentrennschalter oder dergleichen, vermittelt diese Verbindung und gestattet, dafs eine Zelle nach der anderen von der Hauptbatterie abgeschaltet und nach Bedarf in das Leitungsnetz als Vorschaltwiderstand bezw. Vorschaltzelle eingeschaltet werden kann, oder umgekehrt. Hierbei ist es auch wünschenswerth, dafs eine eben abgeschaltete Zelle zeitweilig ganz ausgeschaltet bleiben kann, bis sie nach Bedarf der anderen Gruppe zugeschaltet wird. Die Vorschaltzellen werden durch die Vorrichtung, d.i. durch den Trennschalter, unter

einander ebenso wie die Einzelzellen der Hauptbatterie mit einander verbunden.

In einer Batterie von 60 Elementen seien 49 bis 50 Zellen fest unter einander verbunden, während von den übrigen Zellen je zwei Leitungen, eine positive und eine negative, nach ' dem Trennschalter geführt und hier an je eine Stromschlufsplatte gelegt sind (vergleiche Zeichnung); aufserdem ist eine Leitung von der letzten festen . Zelle zum ersten Stromschlufsstück geführt, während das letzte Stromschlufsstück mit dem einen Pol der Maschine (hier —) in Verbindung steht. Eine entsprechende Vorrichtung, drehbare Scheibe, Schlitten oder dergleichen, oder einzeln verstellbare Verbindungsstücke, ist so eingerichtet, dafs je zwei dieser Stromschlufsstücke, — der einen Zelle mit + der anderen Zelle, verbunden werden, und dafs die letzte Zelle der festen Batterie mit der ersten Einzelzelle und die letzte Einzelzelle mit der Maschinenklemme verbunden wird.

Eines dieser·· Verbindungsstücke ist indessen in zwei nicht leitend verbundene Theile zerlegt, deren einer leitend an der Maschinenklemme liegt, während der andere das Ende des Leitungsnetzes bildet und durch dieses hindurch mit dem anderen Pol (hier +) der Maschine in leitender Verbindung steht, an welchem ebenfalls der Anfang (hier +-Pol) der festen Batterie liegt.

Angenommen, die Batterie erfordere einen Maximalladestrom von 40 Ampere, während im Leitungsnetz ebenfalls 40 Ampere erforderlich sind. Betrachtet man die Ladung zu einer Zeit, wo jede Zelle ca. 2 Volt Spannung hat, also ziemlich zu Anfang, so wird die gesammte Batterie von 60 Elementen 60 · 2 Volt = 120 Volt haben. Das Leitungsnetz soll eine nahezu gleichbleibende Spannung von iio Volt haben, so ergiebt das eine Differenz von 10 Volt. Hat man, indessen drei Zellen von der Batterie getrennt, während von diesen drei Zellen zwei dem Leitungsnetz vorgeschaltet sind, so entfallen auf die Batterie 57-2 Volt =114 Volt und auf das Netz zwei Vorschaltzellen zu je 2 Volt = 4 Volt + 110 Volt = 114 Volt.

Steigt nun die Spannung der Zelle auf 2,05VoIt₁ so ist inzwischen die dritte Zelle vorgeschaltet worden und das Verhältnifs ist nun: Batterie-. spannung 57 · 2,05 Volt = 116,85 Volt, und Netzspannung 3 · 2,05 Volt + 110,70 Volt = 116,85 Volt.

Bei weiterem Fortgange wird schliefslich die Endspannung von ca. 2,7 Volt jeder Zelle erreicht werden, wobei die Batterie 50-2,7 Volt = 135 Volt, und das Netz 10-2,7 Volt + 108 Volt = 135 Volt, oder 9 · 2,7 Volt -f- 110,7 Volt =135 Volt Spannung zeigt.

Bei diesem Beispiel ist angenommen worden, dafs beide Stromzweige gleich starken Strom empfingen, und genügt es also in diesem Falle, zehn Zellen abtrennen zu können. Sollte der Verbrauchsstrom niedriger sein als der maximale Ladestrom, so wird es in den meisten Fällen angängig sein, bei längerer Ladezeit mit niedrigerem, dem Verbrauchsstrom gleichen Strom zu laden. Wo das indessen aus Betriebsrücksichten nicht möglich ist, dürfte es sich empfehlen, noch eine weitere Zelle zum Abschalten einzurichten.

In diesem Falle werden die Vorschaltzellen nicht in gleichem Schritt mit der Batterie geladen, da erstere weniger, letztere mehr Strom erhalten, und wird dementsprechend die Spannung in den Vorschaltzellen langsamer steigen. Angenommen, die Vorschaltzellen würden nur eine Durchschnittsspannung von 2 Volt erreichen, was sehr niedrig gegriffen, so würde sich als Endspannung ergeben: für die Batterie 49 · 2,7 Volt = 132,30 Volt, für das Netz 11 · 2 Volt -f-. 110,30 Volt = 132,30 Volt. Um die Vorschaltzellen nachträglich noch voll zu laden, dürfte man nur die geladene Batterie abschalten und die Vorschaltzellen an dem Netz weiter belassen, bis ein Element nach dem anderen zur richtigen Gasentwickelung kommt, um es alsdann abzuschalten und so nach und nach mit der Maschine auf die normale Spannung von 110 Volt herabzugehen.

Ein anderer Fall könnte der sein, dafs der Verbrauchsstrom gröfser wäre, als die Vorschaltzellen es zulassen; in diesem Falle lassen sich bei der vorgesehenen Trennung der Zellen leicht je zwei der Vorschaltzellen parallel schalten, so dafs diese nunmehr den zweifachen Ladestrom der Batterie (im Nothfalle sogar noch 20 pCt. mehr) aufnehmen können.

In solchem Fall würde es allerdings nothwendig sein, die Gröfse der Batterie bis auf 47 Zellen verringern zu können, so dafs also ι 3 bezw. 12 Zellen paarweise in den Vorschaltwiderstand kämen. Die Endspannung wird dann sein: für die Batterie 47 · 2,7 Volt

12
= 126,9 Volt, für das Netz Vorschaltzellen

= 6-2,7 Volt -f- 110,7 Volt = 126,9 Volt, wobei dann Zelle 48 ausgeschaltet sein würde.

Im allgemeinen ist es nicht ausgeschlossen, dafs die Erzielung einer gewünschten Spannung durch gleichbleibende oder regulirbare Widerstände unterstützt wird.

Will man die Batterie entladen, so bedarf es. nur der Umschaltung der Netzleitung auf die Hauptbatterie-Endleitung, wie in der Zeichnung bei U angedeutet, um in der bekannten Weise entladen und Zellen zu- und abschalten zu können.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Eine Schaltungsweise zur Ladung von Sammelbatterien, bei welcher unabhängig

   von der Gesammtzahl der Zellen während der ganzen Dauer der Ladung höchstens eine Zelle zeitweise aus dem Stromkreis ausgeschaltet zu sein braucht, und bei gleichzeitiger Stromabgabe der ladenden Stromquelle an einen Verbrauchsstromkreis mit niedrigerer Spannung ein unnöthiger Arbeitsaufwand dadurch vermieden wird, dafs während des Ladens einzelne Zellen der Batterie durch einen Trennschalter der Reihe nach aus dem ausschliefslich zur Ladung dienenden Stromkreis derart in den Verbrauchskreis geschaltet werden, dafs der von der Stromquelle kommende Strom auch in den im Verbrauchskreis liegenden Zellen die Richtung eines Ladestromes hat.
   Die durch Anspruch ι. gekennzeichnete Schaltungsweise mit der besonderen Einrichtung, dafs die abgetrennten Zellen bei ihrer Einschaltung in den Verbrauchssfromkreis zu zweien oder mehreren parallel geschaltet werden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.