-
Selbsttätige Ladestation für eine oder zwei Akkumulatorenbatterien
Die Verwendung von Elektrofahrzeugen mit Akkumulatorenbatterien hat im Laufe der
letzten Jahre eine steigende Verbreitung erfahren. Das hat der einschlägigen Industrie
Veranlassung gegeben, mannigfaltige Einrichtungen zum Laden von Fahrzeugakkumulatorenbatterien
zu schaffen.
-
Um den Betrieb von Elektrofahrzeugen möglichst wirtschaftlich zu gestalten,
wird die Wiederaufladung der Akkumulatorenbatterien, deren Kapazität vorzugsweise
so bemessen ist, daß für die Dauer eines Tages mit 8 Arbeitsstunden eine Rufladung
ausreicht, hauptsächlich nachts vorgenommen. Auf diese Weise wird einmal vermieden,
daß während des Ladens Arbeitszeit verlorengeht, und außerdem steht dann meistens
verbilligter Nachtstrom zur Verfügung.
-
Wenn die auf diese Weise erreichte größere Wirtschaftlichkeit nicht
wieder verlorengehen soll, so ist es erforderlich, daß die Ladeeinrichtung so gestaltet
ist, daß nach erfolgtem Anschließen der Batterien die eigentliche Ladung selbsttätig,
also ohne Wartepersonal, erfolgt.
-
Es sind selbsttätige Ladestationen zum Betrieb an einem Motorgenerator
bekannt. Diese arbeiten in der Weise, daß an denKlemmen desLadegenerators, der eine
zweckentsprechende Stromspannungscharakteristik besitzt, die Magnetwicklung eines
Spannungsrelais liegt, welches ein Kontaktpaar schließt, sobald an den Generatorklemmen
mindestens die gleiche Spannung herrscht, wie sie die entladene Batterie aufweist.
Sobald das Kontaktpaar dieses Spannungsrelais geschlossen ist, fließt aus dem Netz
ein Strom über die Magnetwicklung eines Schützes, welches die zu ladende Batterie
an den Ladegenerator legt. Mit dem Schütz ist ein Hilfsschalter gekoppelt, welcher
die Magnetwicklung
eines zweiten Spannungsrelais an den Generator
legt. Dieses Relais spricht erst an, wenn Batterie und Generator die Gasungsspannung
der Batterie erreicht haben. Dieser Zeitpunkt bedeutet den Beginn der Nachladung
der Batterie. Über das jetzt geschlossene Kontaktpaar des Relais wird nun das Laufwerk
einer Synchronuhr eingeschaltet. Die Uhr öffnet nach einer vorher eingestellten
Zeitspanne einen Schalter, der den Magnetstromkreis des Motorschützes unterbricht
und dadurch die Ladung beendet. Dabei werden in an sich bekannter Weise alle Schaltelemente
wieder in ihre Bereitschaftsstellung gebracht und die Batterie vom Ladegenerator
getrennt.
-
Da die Auf ladung einer Fahrzeugbatterie bei Anwendung der zulässigen
Ladestromstärke mit einer solchen Ladestation nicht die ganze Zeit in Anspruch nimmt,
während welcher billiger Nachtstrom zur Verfügung steht, und in den meisten Betrieben
für die Aufladung der Fahrzeugbatterien mehr Zeit zur Verfügung steht, als erforderlich
ist, könnten mit einer Ladestation auch zwei Batterien geladen werden, wenn dadurch
nicht das Abschalten der einen und das Anschließen der anderen Batterie erforderlich
wäre. Das würde aber einen zusätzlichen Personaleinsatz erfordern. Es lag deshalb
nahe, nach einer Möglichkeit zu suchen, die einen selbsttätigen Wechsel der Batterien
gestattet.
-
Diese Aufgabe wurde mit der den Gegenstand der Erfindung bildenden
Schaltung unter Benutzung an sich bekannter Schaltelemente nicht nur gelöst, sondern
es wurde darüber hinaus eine Herabsetzung der Gesamtladezeit für jede Batterie ermöglicht,
indem die zeitgebundene Nachladung mit herabgesetzter Stromstärke für beide Batterien
gleichzeitig vorgenommen wird. Dabei wurde durch zweckmäßige Anordnung eines Spezialschalters
die Möglichkeit geschaffen, die Ladestation wahlweise für eine oder zwei Akkumulatorenbatterien
benutzen zu können.
-
Die denGegenstand derErfindung bildendeSchaltung ist in der Figur
dargestellt. Als Beispiel wird eine Ladestation für eine oder zwei Batterien von
je 40 Zellen beschrieben. Bei diesen Batterien beträgt die Zellenspannung im entladenen
Zustand etwa 2,o V, die Batteriespannung also 8o V. Die Gasungsspannung beträgt
2,4 V pro Zelle, also 96 V für die Batterie. Bei anderen Zellenzahlen ändern sich
lediglich die Zahlenwerte, während die Schaltung als solche die gleiche bleibt.
-
Die Ladestation besteht bis zu einem gewissen Grade aus den gleichen
Schaltelementen wie eine Ladestation für nur eine Batterie, nämlich einem Motorgenerator
mit dem Antriebsmotor i und dem Spezialladegenerator 2, einem Motorschütz 3, welches
hier beispielsweise ein Drehstromschütz ist, mit thermischer Auslösung 4, einem
Hilfsschalter 5 und dem thermisch beeinflußten Auslösekontakt 6; ferner aus der
Schaltuhr 7 mit Synchronlaufwerk und einem Schalter 8, der sowohl von Hand ein-
und ausgeschaltet als auch durch die Schaltuhr ausgeschaltet werden kann, dem Spannungsrelais
oder Kontaktvoltmeter 25, dessen Magnetwicklung bei der Gasungsspannung der Batterie
von 96 V anspricht und einem weiteren Spannungsrelais 26, dessen Magnetwicklung
bei einer Generatorspannung von mindestens 8o V anspricht. Ferner ist ein Gleichstromschütz
27 mit einem Hilfsschalter 28 und für den Ladegenerator 2 ein Nebenschlußwiderstand
29/3o vorhanden.
-
Gegenüber der bekannten Einstellenladestation sind zusätzlich bei
der erfindungsgemäß ausgeführten Schaltung einer Zweistellenladestation folgende
an sich bekannte Schaltelemente vorhanden. Ein weiteres Gleichstromschütz 31 mit
dem Hilfsschalter 32, ein Umschaltspannungsrelais 33, dessen Magnetwicklung bei
einer gleichen Spannung anspricht wie die Magnetwicklung des Spannungsrelais 25
und ein dreipoliger Wahlschalter 37, der gleichzeitig den bei der Einstellenladestation
üblichen Schalter zum Kurzschließen eines Teiles des Nebehschlußwiderstandes im
Erregungskreis des Ladegenerators ersetzt. Dazu kommen die erforderlichen Meß-,
Kontroll- und Sicherungsapparate, die nach Anwendung und Bauart bekannt sind.
-
Beim Schließen des Schalters 8 fließt über die Magnetwicklung des
Drehstromschützes 3 ein Wechselstrom und schließt das Schütz, so daß der Drehstrommotor
i anläuft. Sobald die Spannung des mit dem Drehstrommotor gekuppelten Ladegenerators
2 den Wert der Spannung der entladenen Batterie, also So V, erreicht hat, spricht
die Magnetwicklung des Spannungsrelais 26 an, welche mit einem Ende direkt an der
einen Klemme 17 des Ladegenerators 2 und mit dem anderen Ende über die Sicherung
41, den Strommesser 40 und die Sicherung 39 an der anderen Klemme des Ladegenerators
2 liegt. Nun ist das Kontaktpaar des Relais 26 geschlossen, und es fließt ein Wechselstrom
von der Netzklemme 12 über den Hilfsschalter 5 des Drehstromschützes 3, über das
Kontaktpaar des Spannungsrelais 26, das geschlossene Kontaktpaar So des Umschaltspannungsrelais
33, den Schaltkontakt 49 des Wahlschalters 37 und die Magnetwicklung des Gleichstromschützes
31 zur Netzklemme 9. Dadurch wird das Schütz 31 geschlossen, und die Batterie 54
liegt nun mit der Klemme i9 über Schütz 31, Strommesser 4o und Sicherung 39 an der
Plusklemme 18 des Ladegenerators 2, während die Minusklemme 17 des Ladegenerators
direkt mit dem Minuspol der Batterie über Klemme 20 verbunden ist. Der Hilfsschalter
32 schaltet gleichzeitig die Anzeigelampe 43 ein. DieBatterie 54 wird nun geladen.
Sobald die Gasungsspannung der Batterie von 96 V. erreicht ist, spricht das Umschaltspannungsrelais
33 an, dessen Magnetwicklung über die Sicherung 41, den Strommesser 40 und die Sicherung
39 an der einen Ladegeneratorklemme 18 und mit dem anderen Ende direkt an der Ladegeneratorklemme
17 hängt. Dadurch wird der Schalter So geöffnet, und das Schütz 31 öffnet den Ladestromkreis
zur Batterie 54. Gleichzeitig erlischt durch das Öffnen des mit dem Schütz 31 gekoppelten
Hilfsschalters 32 die Anzeigelampe 43.
-
Mit dem Ansprechen des UmschaltspannungsreIais 33 hat@sich aber das
Kontaktpaar 42 des Relais
geschlossen, und es fließt nun ein Wechselstrom
von der Netzklemme 1 2 über die Sicherung 45, den Hilfsschalter 5, das Spannungsrelais
26, das Kontaktpaar 42 und über die Magnetwicklung des Gleichstromschützes 27 zur
Netzklemme g. Das Gleichstromschütz 27 schließt dadurch den Ladestromkreis zur Batterie
53 von der Plusklemme 18 des Ladegenerators 2 über die Sicherung 39, den Strommesser
4o und das Gleichstromschütz 27 zur Batterieplusklemcne 22. Da dabei auch der mit
dem Gleichstromschütz 27 gekoppelte Hilfschalter 28 geschlossen ist, liegt die Anzeigelampe
44 über diesen Hilfsschalter, die Sicherung 41, den Strommesser 40 und die Sicherung
39 ebenfalls an der Plusklemme des Ladegenerators 2. Die Anzeigelampe 44 leuchtet
auf, weil sie mit ihrem zweiten Pol direkt an der Minusklemme der Batterie 53 und
damit auch an der Minusklemme des Ladegenerators hängt. Das Umschaltspannungsrelais
33 bleibt in seiner Stellung, da die Lösespannung des Magneten wesentlich unter
der Einschaltspannung liegt und die Spannung der entladenen Batterie 53 deshalb
zum Festhalten völlig ausreicht.
-
Da aber beim Schließen des Gleichstromschützes 27, wie erwähnt, gleichzeitig
der Hilfsschalter 28 geschlossen wird, liegt nun auch das Spannungsrelais 25 mit
seiner Magnetwicklung an der Generatorspannung, die zuletzt einen Wert hatte, welcher
das Spannungsrelais 25 zum Ansprechen gebracht hätte, wenn es mit dem Ladegenerator
verbunden gewesen wäre. Da beim Anschließen der entladenen Batterie 53 die Generatorspannung
nicht momentan abfällt, besteht die Gefahr, daß das Spannungsrelais 25 jetzt schon
anspricht und damit das Laufwerk der Schaltuhr in Gang setzt und die Batterie 54
erneut an den Ladegenerator anschließt. Falls es aus diesen Gründen erforderlich
ist, kann das Ansprechen des Spannungsrelais 25 durch an sich bekannte Mittel, beispielsweise
ein zwischen die :Magnetwicklung des Spannungsrelais 25 und den Hilfsschalter 28
gelegtes Verzögerungsrelais bekannter Bauart genügend verzögert werden. Dieses Verzögerungsrelais
ist in der Figur lediglich schematisch durch einen mit der Bezugsziffer 58 gekennzeichneten
Kreis angedeutet.
-
Wenn die Spannung der Batterie 53 nach längerer Ladezeit auf die Gasungsspannung
der Batterie, im gewählten Beispiel auf 96 V, angestiegen ist, so spricht das Spannungsrelais
25 an, welches mit seiner Magnetwicklung einerseits über den Justierwiderstand 46
direkt an der Minusklemme 17 des Ladegenerators 2 und der Batterien und andererseits
über den Hilfsschalter 28, die Sicherung 41, den Strommesser 4o und die Sicherung
39 an der Plusklemme 18 des mit der Batterie 53 verbundenen Ladegenerators 2 liegt.
L`ber das geschlossene Kontaktpaar des Relais 25 Hießt nun Wechselstrom von der
Netzklemme 12 über die Sicherung 45 und den Hilfschalter 5 einmal über die Wicklung
der Synehronschaltuhr 7 zur Netzklemme 9 und außerdem über das Kontaktpaar 49 des
Wahlschalters 37 und die :Magnetwicklung des Schutzes 31 zur Netzklemme g. Das Gleichstromschütz
31 wird also wieder geschlossen, so daß nunmehr beide Batterien am Ladegenerator
liegen und beide Anzeigelanlpell43 und :44 aufleuchten.
-
Beide Batterien, die ja bereits bis zur Gasungsspannung aufgeladen
sind, «-erden jetzt parallel am Ladegenerator liegend nachgeladen. Dabei ist der
Ladestrom infolge der dem Ladegenerator eigenen Stromspannungscharakteristik auf
den für die Nachladung zulässigen Wert abgesunken. Bei zwei parallel geschalteten
Batterien ist aber auch die erforderliche gesamte Ladestromstärke höher als bei
einer Batterie, deshalb kann beim Zweistelletlladebetrieb stets der Nebenschlußwiderstand
3o kurzgeschlossen sein. Diese Herabsetzung des Nebenschlußwiderstandes geschieht
durch den Kontakt 48 des Wahlschalters 37. Die Nachladung der beiden Akkumulatorenbatterien
53 und 54 ist nun allein von der vorher eingestellten Laufzeit der Schaltuhr 7 abhängig,
welche nach Ablauf der gewählten Zeitspanne mechanisch den Schalter 8 öffnet.
-
Hierdurch fällt das Motorschütz 3 aus und öffnet dabei auch den Hilfsschalter
5. Durch das öffnen des Hilfsschalters werden alle Wechselstromkreise der Anlage
geöffnet mit Ausnahme des Magnetkreises für das Motorschütz 3, der bereits durch
den Schalter 8 geöffnet ist. Auch der Uhrwerkstrom wird unterbrochen, so daß die
Synchronuhr 7 zum Stillstand kommt. Da die Magnetwicklung beider Gleichstromschütze
stromlos wird, werden beide Batterien 53 und 54 durch die Schütze 27 und 31 vom
Ladegenerator 2 einpolig getrennt, der gleichzeitig zum Stillstand kommt, da der
.Motor 1 nicht mehr an der Netzspannung liegt. Die Trennung der Batterien vom Ladegenerator
wird nach außen hin durch das Erlöschen der Anzeigelampen 43 und 44 erkennbar, welche
durch die mit den Gleichstromschützen 31 und 27 gekoppelten Hilfsschalter 32 und
28 einpolig von den Batterien getrennt werden. Die durch Gleichstrom gesteuerten
Relais werden bei stillstehendem Ladegenerator ohnehin stromlos, sobald die Batterien
mit ihren Pluspolen von der Plusklemme 18 des Ladegenerators getrennt sind. Die
Anlage ist damit wieder betriebsbereit, sobald zwei ungeladene Batterien an die
Klemmen 1g, 2o und 22, 23 angeschlossen sind.
-
Wird der Wahlschalter 37 aus der in der Figur gezeichneten Stellung
nach links bewegt, so schließt sich der Schaltkontakt 47, während sich die bisher
geschlossenen Kontakte 48 und 49 öffnen. Durch das öffnen von 48 wird die Ladestromstärke
auf den für Einstellenladebetrieb zulässigen Wert herabgesetzt, da nun ein zusätzlicher
Widerstand 30 im Erregerkreis des Ladegenerators 2 liegt. Der Schaltstrom für das
Gleichstromschütz 27 umgeht auf dem Wege über den Wahlschalterkontakt 47 das Kontaktpaar
42 des Umschaltspannungsrelais 33. Das Gleichstromschütz 31 ist außer Betrieb, da
sein Magnetstromkreis durch den nun offenen Wahlschalterkontakt 49 unterbrochen
ist. Dadurch ist die Einrichtung zum Laden nur einer Akkumulatorenhatterie, und
zwar der Batterie 53 geeignet, weil sofort nach dem Ansprechen des Spannungsrelais
20, also beim Erreichen der Mindestspannung desLadegenerators
2
das Gleichstromschütz 27 eingeschaltet wird und die Batterie 53 an den Ladegenerator
gelegt wird. Nachdem die Zellen dieser Batterie die Gasungsspannung von je 2,4 V
erreicht haben, spricht sofort das Spannungsrelais 25 an und schaltet die Synchronuhr
7 ein, so daß jetzt nach Ablauf der an der Uhr eingestellten Nachladezeit alles
weitere erfolgt wie vorher beschrieben, und die Anlage wieder einsatzbereit ist.