Ladeeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladeeinrichtung,
insbesondere im Anschluß an Wechselstromnetze, zur Ladung elektrischer Akkumulatorenbatterien
in verkürzter Ladezeit. Derartige Ladeeinrichtungen, insbesondere für Elektrofahrzeuge,
werden üblicherweise so ausgelegt, daß der Ladestrom von einem Höchstwert zu Beginn
der Ladung allmählich mit ansteigender Batteriespannung auf einen für die Batterie
vorgeschriebenen Endwert abfällt. Um eine Überlastung der Ladeeinrichtung zu Beginn
der Ladung, insbesondere in den Fällen, in welchen die Batterien sehr tief enthalten
sind, zu vermeiden, ist es erforderlich, den für die Ladeeinrichtung höchstzulässigen
Ladestrom bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannung der Batterie, z. B. einer
Zellenspannung von 2,o Volt bei Bleiakkumulatoren festzulegen. Das hat zur Folge,
daß der Ladestrom bei dem schon nach kurzer Zeit auftretenden Anstieg der Batteriespannung,
z. B. auf 2,1 bis 2,2 Volt/Zelle bei Bleiakkumulatoren auf geringere Werte absinkt,
welche unterhalb der höchstzulässigen Belastung des Gleichrichters liegen. Die Ladeeinrichtung
wird daher nicht in der gewünschten höchstzulässigen Weise ausgenutzt und die Ladezeit
auf diese Weise verlängert.Charging device The invention relates to a charging device,
especially in connection with alternating current networks, for charging electrical accumulator batteries
in reduced loading time. Such charging devices, especially for electric vehicles,
are usually designed so that the charging current from a maximum value at the beginning
the charge gradually increases with the battery voltage increasing to one for the battery
prescribed final value drops. To avoid overloading the charger at the beginning
the charge, especially in those cases in which the batteries are very low
are to be avoided, it is necessary to use the maximum permissible for the loading device
Charging current at a relatively low voltage of the battery, e.g. B. one
Determine cell voltage of 2.0 volts for lead-acid batteries. This has the consequence
that the charging current increases with the rise of the battery voltage, which occurs after a short time,
z. B. to 2.1 to 2.2 volts / cell with lead-acid batteries drops to lower values,
which are below the maximum permissible load of the rectifier. The charging device
is therefore not used in the desired maximum permissible way and the loading time
extended in this way.
Dieser Nachteil wird bei der Ladeeinrichtung nach der Erfindung dadurch
vermieden, daß .diese erst nach einem gewissen Spannungsanstieg, z. B. nachdem eine
Zellenspannung von 2,1 bis 2,2 Volt
bei Bleizellen erreicht ist,
den ihrer höchstzulässigen Belastung entsprechenden Ladestrom abgibt und zusätzliche
Widerstände, z. B. Drosselspulen, in die wechselstromführenden Leitungen oder Vorwiderstände
in der Gleichstromleitung zur Herabsetzung des Ladestromes zu Beginn der Ladung
eingeschaltet sind, welche vorzugsweise von Hand kurzgeschlossen werden, sobald
der Spannungsanstieg der Batterie erfolgt ist. Die Widerstände besitzen erfindungsgemäß
eine solche Größe, daß sie am Ende der Ladung, insbesondere bei Beginn der Gasentwicklung
bei Bleibatterien, zur stufenweisen Herabsetzung des Ladestromes wieder eingeschaltet
werden können. Auf Grund der Erfindung liegt also der Ladestrom im Mittel erheblich
höher als bei der bisher üblichen Auslegung, so daß die Ladezeit verkürzt wird.
Anstatt Widerstände vorzuschalten, können zu Beginn der Ladung auch einzelne Anoden
der Gleichrichterkolben abgeschaltet werden.This disadvantage becomes in the charging device according to the invention
avoided that .this only after a certain increase in voltage, z. B. after a
Cell voltage from 2.1 to 2.2 volts
is reached in lead cells,
delivers the charging current corresponding to its maximum permissible load and additional
Resistors, e.g. B. reactors, in the AC lines or series resistors
in the direct current line to reduce the charging current at the beginning of charging
are switched on, which are preferably short-circuited by hand as soon as
the battery voltage has risen. According to the invention, the resistors have
a size such that it is at the end of the charge, especially at the start of gas evolution
with lead-acid batteries, switched on again to gradually reduce the charging current
can be. On the basis of the invention, the charging current is therefore considerable on average
higher than in the previous design, so that the charging time is shortened.
Instead of connecting resistors upstream, individual anodes can also be used at the beginning of the charge
the rectifier piston are switched off.
Um im einzelnen klar erkennen zu können, in welcher Weise die Kennlinie
der Ladeeinrichtung nach der Erfindung gegenüber den bisher bekannten verbessert
'ist, zeigt Abb. i in .der Kurve a die Kennlinie einer Ladeeinrichtung bisheriger
Ausführung. Die Kurve b gibt die Kennlinie der Ladeeinrichtung nach der Erfindung
wieder, für welche diese ohne Vorwiderstän@de ausgelegt ist.In order to be able to clearly see in detail in which way the characteristic curve
the charging device according to the invention compared to the previously known improved
', Fig. i shows in curve a the characteristic curve of a previous charging device
Execution. The curve b gives the characteristic of the charging device according to the invention
again, for which this is designed without pre-resistance.
Die Kurve c stellt die Kennlinie der Ladeeinrichtung nach der Erfindung
dar, und zwar bei Einschaltung der Vorwiderstände. Die Kurve d gibt die Klemmenspannung
der Batterie in Abhängigkeit von der Ladestromstärke wieder, und zwar zu Beginn
der Ladung. Wie der Schnittpunkt .der Kennlinie d mit der Charakteristik c der Ladeeinrichtung
zeigt, beginnt die Ladung bei eingeschaltetem Vorwiderstand mit einer Ladestromstärke
von etwa i9 A. Sobald die Batteriespannung auf beispielsweise 2,1 Volt gestiegen
ist, erfolgt erfindungsgemäß eine Ausschaltung des Vorwiderstandes, so daß nunmehr
die Charakteristik b .der Ladeeinrichtung gilt, d: h. der Ladestrom auf einen Wert
von etwa 3o A steigt. Mit dieser Charakteristik erfolgt nunmehr die Ladung, bis
eine Zellenspannung von 2,4 Volt erreicht ist. Dann wird erfindungsgemäß der Vorwiderstand
wieder eingeschaltet, also der Ladestrom, wie an Hand der Charakteristik c zu erkennen
ist, auf etwa 13 A herabgesetzt. Bis zur Beendigung der Ladung gilt dann
die Charakteristik c. Dabei ist es von ibesonderem Vorteil, daß, wie die Abb. i
zeigt, von diesem Punkt an die Charakteristiken a und c praktisch übereinstimmen,
der vorgeschriebenie Ladestrom also nach Beginn der Gasentwicklung bei der Ladeeinrichtung
nach der Erfindung genau eingehalten wird. Wie aus der Abb. i hervorgeht, beträgt
der mittlere Ladestrom bei der Ladeeinrichtung nach der Erfindung gemäß der Charakteristik
b etwa 24 A, derjenige der Charakteristik a etwa 17 A. Hieraus folgt, daß bis zu
Beginn der Gasentwicklung mit der Ladeeinrichtung nach der Erfindung eine Zeitersparnis
von etwa 30% erzielt wird. Dabei sei nochmals betont, daß trotz der Verkürzung der
Ladezeit weder die Ladeeinrichtung überlastet, noch die Batterie mit unzulässig
hohen Ladeströmen beansprucht wird.The curve c represents the characteristic of the charging device according to the invention, specifically when the series resistors are switched on. Curve d shows the terminal voltage of the battery as a function of the charging current, namely at the start of charging. As the intersection of the characteristic curve d with the characteristic c of the charging device shows, when the series resistor is switched on, charging begins with a charging current of about 19 A. As soon as the battery voltage has risen to 2.1 volts, for example, the series resistor is switched off according to the invention so that Characteristic b. of the charging device now applies, i.e. the charging current rises to a value of around 3o A. Charging now takes place with this characteristic until a cell voltage of 2.4 volts is reached. Then, according to the invention, the series resistor is switched on again, that is to say the charging current, as can be seen from characteristic c, is reduced to approximately 13 A. Characteristic c then applies until the end of the charge. It is of particular advantage that, as Fig. I shows, from this point on the characteristics a and c practically coincide, that is, the prescribed charging current is precisely adhered to after the start of gas evolution in the charging device according to the invention. As can be seen from Fig. I, the average charging current in the charging device according to the invention according to the characteristic b is about 24 A, that of the characteristic a about 17 A. It follows that up to the start of gas evolution with the charging device according to the invention a Time saving of about 30% is achieved. It should be emphasized again that, despite the shortening of the charging time, neither the charging device is overloaded nor the battery is subjected to impermissibly high charging currents.
In den Abb. 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der Ladeeinrichtung
nach der Erfindung dargestellt, und zwar bei Verwendung von Strom-bzw.Spannungsrelais
zur selbsttätigen Zuschaltung .der Vorwiderstände. -Wie aus Abb.2 ersichtlich, wird
die Batterie b mittels eines am Wechselstromnetz liegenden Glühkathodengleichrichters
geladen, welcher aus einem Transformator t und einer Glühkathodengleichrichterröhre
g besteht, -vor deren Anoden die Drosselspulen d vorgeschaltet sind. Im Ladestromkreis
befindet sich der Vorwiderstand w, welcher mittels des Stromrelais s von Hand kurzgeschlossen
wird, sobald der Ladestrom auf einen vorher bestimmten Wert gesunken ist. Hieraus
folgt, daß bei Einschaltung des Gleichrichters der Widerstand- zunächst so lange
vorgeschaltet bleibt, als der Ladestrom entsprechend der niedrigen Klemmenspannung
der Batterie unzulässig hohe Werte annehmen würde. Erst nachdem durch Spannungsanstieg
der Batterie der Ladestrom abgesunken ist, wird der Widerstand w kurzgeschlossen
und damit der Gleichrichter auf seine höchstzulässige Belastung gesetzt. An Stelle
eines in dem Gleichrichterstromkreis angeordneten Widerstandes könnte man einen
solchen auch im Primärstromkreis des Transformators t vorsehen. Ebenso könnte man
auch an Stelle eines Ohmschen Widerstandes eine Drosselspule im Primärstromkreis
des Transformators benutzen und in der angegebenen Weise zu- bzw. abschalten. Nachdem
.der Ladestrom nach Ansteigen der Batteriespannung auf a1,4 Volt/Zelle auf einen
entsprechenden Wert abgesunken ist, vermag das Stromrelais s seinen Anker nicht
mehr zu halten und fällt ab. Hierdurch wird der Widerstand wieder zugeschaltet und
der Strom auf den bei Beginn der Gasung zulässigen Wert vermindert. Da der erforderliche
Vorwiderstand nur eine sehr geringe Größe zu besitzen braucht und die Einschaltung
auf längere Zeit erst nach Beginn der Gasentwicklung erforderlich ist, ist der Energieverlust
sehr gering, so daß man zweckmäßig im Interesse einer Materialersparnis keine Drosselspulen,
sondern Ohmsche Widerstände benutzt.In Figs. 2 and 3 are exemplary embodiments of the charging device
shown according to the invention, namely when using current or voltage relays
for automatic connection of the series resistors. -As can be seen from Fig.2, will
the battery b by means of a hot cathode rectifier connected to the alternating current network
loaded, which consists of a transformer t and a hot cathode rectifier tube
g exists, -before the anodes of which the choke coils d are connected upstream. In the charging circuit
there is the series resistor w, which is short-circuited by hand using the current relay
as soon as the charging current has dropped to a predetermined value. From this
it follows that when the rectifier is switched on, the resistance is initially so long
remains connected upstream than the charging current corresponding to the low terminal voltage
the battery would assume impermissibly high values. Only afterwards due to an increase in voltage
the charging current of the battery has dropped, the resistor w is short-circuited
and thus the rectifier is set to its maximum permissible load. Instead of
a resistor arranged in the rectifier circuit could be one
provide such in the primary circuit of the transformer t. Likewise one could
also a choke coil in the primary circuit instead of an ohmic resistance
of the transformer and switch it on and off in the specified manner. After this
.the charging current after the battery voltage rises to 1.4 volts / cell to one
corresponding value has fallen, the current relay s is not able to its armature
hold more and fall off. As a result, the resistor is switched on again and
the current is reduced to the value permissible at the start of gassing. Since the required
Series resistor only needs to have a very small size and the switching on
is only required for a long time after the start of gas evolution, is the loss of energy
very low, so that it is expedient to use no choke coils in the interest of saving material,
but ohmic resistors are used.
Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem an Stelle eines
Stromrelais ein Spannungsrelais r in Verbindung mit einem Nullspannungsschalter
n benutzt wird. 'Die Spule des Spannungsrelais r liegt an den Klemmen der Batterie
b. Bei Einschaltung der Ladung ist der von der Relaisspule r gesteuerte Schalter
geschlossen, so daß die Spule des Nullspannungsschalters n unter Spannung steht.
Sobald der Nullspannungsschalter nach Ansteigen der Spannung auf 2,1 Volt/Zelle
von Hand eingelegt ist, wird er in der Einschaltung mittels der Spule n festgehalten.
Der Widerstand w
ist dann also kurzgeschlossen. Nachdem die Spannung der Batterie
auf 2,¢ Volt/Zelle angestiegen ist, zieht das Spannungsrelais r seinen
Anker
an und öffnet den Stromkreis der Haltespule des Nullspannungsschalters, so daß dieser
seinen Schalter öffnet und damit den Kurzschluß des Widerstandes w aufhebt. Bei
Verwendung eines Ladeschalters System Pöhler zum Abschalten der Ladung erübrigt
sich ein besonderes Relais r. In diesem Fall wird der Haltestrom des Nullspannungsschalters
über einen Nebenkontakt des Pöhlerschalters geleitet. Dieser Nebenkontakt wird geöffnet,
sobald das Relais des Pöhlerschalters zum Anziehen gelangt. Um ein zu frühes Einlegen
des Nullspannungsschalters zu verhindern, kann dieser nötigenfalls noch so ausgelegt
werden, daß er seinen Anker erst zu halten vermag, wenn die Batteriespannung auf
denjenigen Wert angestiegen ist, bei welchem das Kurzschließen des Widerstandes
w erfolgen soll.Fig. 3 shows an embodiment in which, instead of a current relay, a voltage relay r is used in conjunction with a zero voltage switch n. 'The coil of the voltage relay r is connected to the terminals of the battery b. When the charge is switched on, the switch controlled by the relay coil r is closed, so that the coil of the zero-voltage switch n is live. As soon as the zero-voltage switch is inserted by hand after the voltage has risen to 2.1 volts / cell, it is held in the switch-on by means of the coil n. The resistor w is then short-circuited. After the voltage of the battery has risen to 2. [volts / cell], the voltage relay r picks up its armature and opens the circuit of the holding coil of the zero-voltage switch, so that it opens its switch and thus cancels the short circuit of the resistor w. When using a Pöhler system charging switch to switch off the charge, a special relay r is not required. In this case, the holding current of the zero voltage switch is conducted via a secondary contact of the Pöhl switch. This secondary contact is opened as soon as the relay of the Pöhl switch is activated. In order to prevent the zero voltage switch from engaging too early, it can, if necessary, be designed so that it is only able to hold its armature when the battery voltage has risen to the value at which the resistor w is to be short-circuited.