DE968054C

DE968054C - Battery charger

Info

Publication number: DE968054C
Application number: DES1759A
Authority: DE
Inventors: Otto Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-02-15
Filing date: 1950-02-15
Publication date: 1958-01-09
Also published as: JPS32120B1

Description

Batterieladegerät Es ist für Ladegeräte bekanntgeworden, vor dem Ladegleichrichter gleichstromvormagnetisierte Regeldrosseln zu benutzen und dem oder den Ladesitromkre,isen Relaiseinrichtungen zuzuordnen. welche abhängig von dem Strom in dem einzelnen Ladestromkreis und abhängig von der Erreichung einer oberen Ladespannung bzw. eines oberen Ladezustandes durch das Zusammenwirken mehrerer Relais die Gleichstromvormagnetisierung der Regeldrosseln durch Schalten von Reihenwiderständen auf .der Wechsel.stromseite der Gleichstromvormagnetisierungseinrichtungen der Regeldrosseln verändern.Battery charger It has become known for chargers, before the charging rectifier to use direct current biased regulating chokes and the charging circuit (s) Assign relay devices. which depends on the current in the individual charging circuit and depending on the achievement of an upper charge voltage or an upper state of charge the direct current bias of the regulating chokes through the interaction of several relays by switching series resistors on the AC side of the DC bias devices of the regulating throttles.

Die Erfindung bezieht sich auf Batberieiladegeräte für Anlagen mit Pufferbatteriebetrieb. Sie hat für eine solche Anlage eine neue Schaltungsanordnung zum Gegenstand, welche sich durch einen geringen Aufwand an Schaltmitteln nach Zahl und Aufbau sowie auf diese Weise durch eine hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer auszeichnet.The invention relates to battery chargers for systems with Backup battery operation. It has a new circuit arrangement for such a system to the subject, which is characterized by a small amount of switching means according to number and structure and in this way through a high level of operational reliability and a long service life excels.

Erfindungsg-emäB wird in einer solchen Artlage mit Regeltung der Speisung des Gleichrichters über gleichstromvormagnetisierte Drosseln ein einziges Reliais vorgesehen als Steuerorgan für den Vormagnetisierungsstrom der Regeldrossel, das beim Überschreiten der unteren Grenze des zulässigen Batteriespannungsbereiches den Vornnagnetisiierungsstro:m vermindert bzw. erhöht und wobei gleichzeitig die Regeldrossel eine dein Lasttrom der Anlage proportionale Gru:ndvormagnetisierung besitzt. Abgesehen von. dem geringen Aufwand an Scha,ltmitteln durch die direkte A'bhän(gigkeit des Relais von .der Batteriespannung für seine Funktion al,s Schaltorgan an der oberen und der unteren Grenze des Batteriespannlungsbereiches wird durch die Grundvormagnetisierun,g ein wesentlicher Teil der Vormagnetisierung der Regeldrossel unmittelbar zugeführt, und das Relais braucht daher nur für eine wesentlich geringere Schaltleistung bemessen zu werden., als wenn es den gesamten oder den wesentlichen Teil des Vormagnetisierungsstromes schalten müßte.In accordance with the invention, such a situation involves regulating the supply of the rectifier via direct current bias chokes a single relay intended as a control element for the bias current of the regulating throttle, the when the lower limit of the permissible battery voltage range is exceeded the Vornagnetisiierungsstro: m decreased or increased and at the same time the Regulating choke a basic pre-magnetization proportional to the load current of the system owns. Apart from. the low expenditure on switchgear due to the direct Dependence of the relay on the battery voltage for its function as a switching element at the upper and lower limits of the battery voltage range is through the basic premagnetization is an essential part the bias the control throttle is fed directly, and the relay therefore only needs for one much lower switching capacity to be rated than if it were the entire or would have to switch the major part of the bias current.

Es eist an sich bekannt gewesen, Regeldrosseln eine lastabhängige Gleichstromvormagnetisierung zu geben, jedoch noch nicht in Verbindung mit der gleichzeitigen Anwendung von Schaltmitteln für die Steuerung der Gleichstromvormagnetisierung der Regeldrosseln.It has been known per se that control throttles are load-dependent To give direct current bias, but not yet in connection with the simultaneous Use of switching means for controlling the direct current bias of the Control throttles.

Zur belastungsstromabhängigen Vormagnetisierun@g der Regeldrosseln für die Zwecke der Erfindung können dabei verschiedene Anordnungen. benutzt werden. So kann dlie Regeldrossel als Ventildrossel ausgebildet werden, wobei also in Reihe mit jeder Drosselwicklung ein Ventil liegt, so daß die eine Wicklung nur von der einen Stromhalbwelle und die andere Wicklung von der anderen Stromhalbwelle des Wechselstromes durchflossen wird. Die be astungsistromabhän gige Vorm.agnetisierung kann jedoch auch in der Weise erfolgen, daß :der Belastungsstrom oder ein diesem Propo:rtionaler Teil über eine besondere Steuerwicklung der Re:gelidrossel geführt wird.For load current-dependent premagnetization of the regulating chokes Various arrangements can be used for the purposes of the invention. to be used. The regulating throttle can thus be designed as a valve throttle, i.e. in series with each inductor winding there is a valve, so that only one winding of the one current half-wave and the other winding from the other current half-wave of the AC current is flowing through. The load current-dependent premagnetization however, it can also be done in such a way that: the load current or a load current Propo: rtionaler part via a special control winding of the Re: gelidrossel will.

Eine weitere Herabsetzung der Schaltleistung des Relais läßt sich erreichen, indem der Regeldrossel zusätzlich eine positive oder eine negative Vormagnetisierungs:leistung je nach der Stellung des Relaiskontaktes zugeführt wird. Zu diesem Zweck werden in dem Vormagnetisierungsstromkreiis zwei Spannungen benutzt, deren Differenz durch Zu- oder Abschalten des Relaiskontaktes über einen Widerstand verändert wird. Ferner kann zur weiteren Herabsetzung der vom Relais zu schaltenden Leistung die Rebielldrossel in Abhängigkeit von der an der Regeldrossel auftretenden Wechsdlspannung zusätzlich vormagnetisiert werden, z. B. :dadurch, @daß eine der beiden an. der Differenz für die Lieferung der zusätzlichen Vormagnetisierung beteiligten Spannungen abhängig ist von der Wechselspannung an der Regeldrossel.A further reduction in the switching capacity of the relay can be can also achieve a positive or negative premagnetization power by the regulating throttle depending on the position of the relay contact. Be for this purpose two voltages are used in the bias circuit, the difference between them being Switching the relay contact on or off is changed via a resistor. Further The rebial throttle can be used to further reduce the power to be switched by the relay in addition, depending on the alternating voltage occurring at the regulating throttle be pre-magnetized, e.g. B.: by @ that one of the two. the difference for the supply of the additional premagnetization involved voltages depends depends on the AC voltage at the regulating throttle.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. i wird die Pufferbatterie 7 über einen Gleichrichter 5 und den Transformator i aus einem Wechselstromnetz RS geladen. Eine Drossel 6 zwischen Batterie und Ladegleichrichter dient zur Glättung des Ladestromes. Der Primärwicklung a des Gleichrichter-Transformators sind die beiden Regeldrosseln 8 und 9 vorgeschaltet; sie liegen in parallelen Zweigen -des Primärkreises des Transformators i und sind je mixt einem Ventil io bzw. ii so hintereinanderges:chaltet, daß .die Drossel 8 beispielsweise nur von den positiven, die Drossel 9 nur von den negativen Halbwellen dies Primärstromes des Transformators durchflossen wird. Die beiden Drosseln erfahren dadurch bereits eine Vormagnetisierung durch einen b eiehgerichteten Strom, der dem Ladestrom verhältnisgleich ist. Durch den ohmschen Spannungsabfall, den diese Ströme in den Drosseln 8 und 9 hervorrufen, entsteht an den ventilseitigen AnsChlüs.sen der beiden Drosseln, d. h. zwischen den Punkten A und B, eine Gleichspannurng mit solchem Vorzeichen, daß A positiv gegenüber B ist. Legt man an d'ie Klemmen A, B eine äußere Gleichspannung, die die gleiche Größe wie die erwähnte Spannung zwischen A und B besitzt, so ändert sich in den Stromverhältnissen der Drosseln nichts. Ist die äußere angelegte Spannung größer, so fließt über die Drosselwicklung ein zusätzlicher Vormagnetisierungsstrom, so daß denen Induktivität weiter herabgesetzt wird. Ist die äußere Spannung dagegen kleiner, so fließt unter dem Einfluß der zwischen A und B auftretenden Gegenspannung ein Strom in entgegengesetzter Richtung durch den Stromkreis der zusätzlichen Gleichspannung, und die Vormagnetisierung der Drosseln wird vermindert. Sie kann gegebenenfalls sogar bis auf Null herabgesetzt werden, wenn die zusätzliche Spannung verschwindet und ihr Stromkreis leinen Widerstand besitzt. Diese Drosselanordnung hat den Vorteil, daß die Leistung der zusätzlichen Stromquelle für den Vormagnetisierungsstrom wesentlich geringer sein kann, als es der Fall wäre, wenn sie die ganze Vormagneti.s.ierung aufbringen müßte.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. In Fig. I, the backup battery 7 is via a rectifier 5 and the transformer i loaded from an alternating current network RS. A choke 6 between the battery and the charging rectifier serves to smooth the charging current. The primary winding a of the rectifier transformer the two regulating throttles 8 and 9 are connected upstream; they lie in parallel branches -the primary circuit of the transformer i and are each mixes a valve io or ii so one behind the other that .the throttle 8, for example, only from the positive, the choke 9 only from the negative half-waves of this primary current of the transformer is traversed. As a result, the two chokes are already premagnetized by a direct current that is proportional to the charging current. By the ohmic voltage drop that these currents cause in chokes 8 and 9, arises at the valve-side connections of the two throttles, i. H. between points A and B, a DC voltage with such a sign that A is positive opposite B is. If you apply an external direct voltage to the terminals A, B, the has the same size as the aforementioned voltage between A and B, then changes nothing in the current ratios of the chokes. Is the external applied voltage larger, an additional bias current flows through the inductor winding, so that those inductance is further reduced. If the external tension is against it smaller, then flows under the influence of the counter-voltage occurring between A and B. a current in the opposite direction through the circuit of the additional direct voltage, and the bias of the chokes is reduced. You can if necessary can even be reduced to zero when the additional voltage disappears and their circuit has no resistance. This throttle arrangement has the advantage that the performance of the additional current source is essential for the bias current can be less than it would be if they had all the pre-magnetization would have to raise.

An die Klemmen der Batterie 7 ist nun über einen einstellbaren Widerstand 13 die Erregerwicklung eines einfachen Relais 1a gelegt, dessen Ruhekontakt den zusätzlichen Vormagnetis:ierungsstrom für dieDrosseln 8und9 steuert. Wenn die Batteriespannung ihre untere Grenze erreicht hat, so ist das Relais 1a abgefallen und sein Ruhekontakt geschlossen. Damit ist ein nunmehr als Spannungsteiler wirkender Widerstand 16 angeschlossen, der von -der Hilfswicklung 4 des Transformators über den Gleichrichter 15 gespeist wird. Die Klemme A der Drosselanordnung 8 und 9 liegt an dem Mittelpunkt dieserTransformatorwicklung 4, dieKlemmeB an dem verstellbaren Kontakt des Spannungsteilers 16. Ist der verstellbare Kontakt des Spannungsteilers 16, wie in Fig. i dargestellt, von dem Mittelpunkt -des Spannungsteilers aus nach rechts verschoben, so hat der Mittelpunkt der Transformatorwicklung 4 positives Potential gegenüber dem verstellbaren Kontakt dies Spannungsteilers 16. Es wird dann also ein zusätzlicher Vormagneti@sierungsstrom über die Drosseln 8 und 9 geführt, so daß der Ladestrom für die Batterie 7 groß ist.An adjustable resistor is now connected to the terminals of the battery 7 13 placed the excitation winding of a simple relay 1a, the normally closed contact of the controls additional bias current for chokes 8 and 9. When the battery voltage has reached its lower limit, the relay 1a has dropped out and its normally closed contact closed. A resistor 16, which now acts as a voltage divider, is connected, fed by the auxiliary winding 4 of the transformer via the rectifier 15 will. The terminal A of the choke arrangement 8 and 9 is at the midpoint of this transformer winding 4, the terminal B on the adjustable contact of the voltage divider 16. Is the adjustable Contact of the voltage divider 16, as shown in Fig. I, from the midpoint - Shifted the voltage divider off to the right so that the center of the transformer winding has 4 positive potential compared to the adjustable contact of this voltage divider 16. There is then an additional bias current through the chokes 8 and 9 out, so that the charging current for the battery 7 is large.

Erreicht jetzt die Batterie 7 ihre obere Spannungsgrenze, so zieht das Relais ia an und unterbricht dabei seinen Kontakt. Der Widerstand 16 arbeitet,dann nicht mehr als Spannungsteiler, sondern nur noch als Vorschaltwiderstand, über deal die Drosselklemme B an dem Pluspol des Hilfsgleichrichters 15 angeschlossen ist. Die Klemme B ist infolgedessen jetzt positiv gegenüber dem Mittelpunkt der Transformatorwicklung 4, und es fließt den Drosseln 8 und 9 ein Vormagnetisierungsstrom zu, der der von dem Ladestrom abhängigen Vormagnetisierung entgegenwirkt, die Vormagnetisierung der Drosseln also schwächt. Damit wird der Ladestrom auf einen so kleinen Wert herabgesetzt, diaß er für eine weitere Steigerung der Batteriespannung nicht mehr ausreicht. Sinkt dann die Batteriespannung wieder, so fällt das Relais i2 erneut ab, der Ladestrom steigt, und das Spiel wiederholt sich. Auf diese Weise wird die Batteriespannung in den vorgeschriebenen Grenzen konstant gehalten, und zwar unabhängig von Änderungen der Netzspannung und der Netzfrequenz, da die Herab- bzw. Heraufsetzung des Vormagnetisierungsstromcs nur von den 21,nsprechgrenzen des Relais 12 abhängig ist.If the battery 7 now reaches its upper voltage limit, it pulls the relay ia on and interrupts its contact. Resistor 16 works then no longer as a voltage divider, but only as a series resistor, over deal the choke terminal B is connected to the positive pole of the auxiliary rectifier 15. As a result, terminal B is now positive with respect to the center point of the transformer winding 4, and the chokes 8 and 9 are fed with a bias current that is equal to that of the charging current-dependent premagnetization counteracts the premagnetization so the chokes weakens. This reduces the charging current to such a small value that diaß he for a further increase in Battery voltage no longer sufficient. If the battery voltage then drops again, relay i2 drops again the charging current increases and the game repeats itself. In this way, the Battery voltage kept constant within the prescribed limits, independently of changes in the grid voltage and the grid frequency, as the decrease or increase of the bias current depends only on the 21 response limits of relay 12 is.

Um eine Beeinflussung der Größe des Ladestromes durch Schwankungen der Netzspannung herabzusetzen, kann es unter Umständen zweckmäßig sein, den Hilfsgleichrichter 15 aus einem besonderen Transformator zu speisen. Um zu vermeiden, daß das Relais 12, während es seinen Kontakt öffnet und dadurch den Ladestrom herabsetzt, infolge der damit verbundenen Verminderung der Batteriespannung sofort wieder abfällt und dadurch ständig in Bewegung bleibt, ist seiner Erregerspule noch ein Kondensator 14 parallel geschaltet, der rasche Spannungsänderungen von ihr fernh:ält.To influence the size of the charging current through fluctuations the mains voltage, it may be useful to use the auxiliary rectifier 15 to feed from a special transformer. To avoid the relay 12, while it opens its contact and thereby reduces the charging current, as a result the associated reduction in battery voltage drops again immediately and because it is constantly in motion, its excitation coil is still a capacitor 14 connected in parallel, keeping away from rapid voltage changes.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht die Drosselanordnung ebenfalls aus zwei in Parallelzweigen liegenden Teildrosseln 21, die jedoch in diesem Falle getrennte Vormagnetisierungswicklungen besitzen. Ihre Arbeitswicklungen sind mit 22 bezeichnet und liegen in der einen I@Tetzzuleit.ung zu dem Gleichrichtertransformator 33, der wiederum über den Ladegleichrichter 5 die Batterie 7 speist. Die Drosseln besitzen außerdem Sekundärwicklungen 23, an die über einen Hilfsgleichrichter 26 ein Spannungsteiler 27 angeschlossen ist. An diesem entsteht somit eine Gleichspannung, die der Drosselspannung verhältnisgleich isst. Der den Hauptsteuerwicklungen 25 zugeführte Vormagnetisierungsstrom wird von der Differenz einer der Batteriespannung verhältnisgleichen und einer an dem Spannungsteiler 27 abge- griffenen und somit der Drosselspannung verhältnisgleichen Spannung getrieben. Die erstgenannte Spannungskomponente wird an einem der Batterie parallel geschalteten Spannungsteiler 28 abgegriffen. In dem so gebildeten Vormagnetisierungsstromkreis liegt ein Widerstandl 29, der kurzgeschlossen ist, wenn das an der Batteriespannung liegende Relais 12 abgefallen ist, wenn die Batteriespannung also ihre untere Grenze erreicht hat. Dadurch entsteht ein verhältnismäßig hoher Vorrnagneti:sierungsstrom, und der Ladestrom wird erhöht. Zieht das Relais i2 bei Erreichen der oberen Batteriespannungsgrenze an, so kommt der Widerstand 29 zur Wirkung, der Vormagneti.sieruogsstron i wird herabgesetzt, und damit auch der Ladestrom vermindert. Dadurch, daß die eine Spannu.ng#komponente in dem 'Tormagnetisierungsstromkreis der Drosselspannung verhältnisgleich ist, wird erreicht, daß der Ladestrom, der sich bei einer gegebenen Stellung des Relais 1 2 einstellt, von Spannungsschwankungen des Wech,sels:tromiietzes RS praktisch unabhängig bleibt.In the embodiment according to FIG. 2, the choke arrangement also consists of two partial chokes 21 located in parallel branches, which, however, in this case have separate bias windings. Their working windings are denoted by 22 and lie in one of the I@Tetzzuleit.ung to the rectifier transformer 33, which in turn feeds the battery 7 via the charging rectifier 5. The chokes also have secondary windings 23 to which a voltage divider 27 is connected via an auxiliary rectifier 26. This creates a DC voltage that is proportional to the inductor voltage. The bias current fed to the main control windings 25 is driven by the difference between a voltage that is proportional to the battery voltage and a voltage tapped at the voltage divider 27 and thus a voltage that is proportional to the inductor voltage. The first-mentioned voltage component is tapped off at a voltage divider 28 connected in parallel to the battery. In the bias circuit thus formed there is a resistor 29 which is short-circuited when the relay 12 connected to the battery voltage has dropped out, ie when the battery voltage has reached its lower limit. This creates a relatively high pre-magnetization current, and the charging current is increased. If the relay i2 picks up when the upper battery voltage limit is reached, the resistor 29 comes into effect, the Vormagneti.sieruogsstron i is reduced, and thus the charging current is also reduced. The fact that one voltage component in the gate magnetization circuit is proportional to the inductor voltage means that the charging current that is established at a given position of the relay 1 2 remains practically independent of voltage fluctuations in the alternating current circuit RS .

Soll die Batterie gelegentlich im Schnelladeverfahren aufgeladen werden, so wird durch Öffnen des Schalters 2o ein im Pufferbetrieb kurzgeschlossener Teil eines Widerstandes 13 zur Wirkung gebracht, so daß das Relais 12 erst bei einem höheren Wert der Batteriespannung anzieht und den Ladestrom auf dien zur Restladung erforderlichen Wert herabsetzt. Um den der Batterie 7 zugeführten. Strom,dem je-#vei@l,s aus der Batterie über die Klemmen 30 und 3i entnommenen Strom anzupassen, sind die Drosseln 21 noch mit weiteren Vormagnetisierungswicklungen 2.4 ausgerüstet, die von dem Verbraucherstrom durchflossen werden. Steigt der Verbraucherstrom, so steigt damit auch die Vormagnefis.ierun@g der Drosseln und damit der Strom, den die Batterie über den Gleichrichter 5 erhält. Der Widerstand 32, der parallel zu den Vormagnetisierungswickl-ungen 2.4 liegt, bewirkt, daß nur ein Teil ,des gesamten Belastungsstromes diese Vormagnetisierungswicklungen durchfließt, und kann zur Justierung benutzt werden.If the battery is to be charged occasionally in the rapid charging process, a short-circuited part of a resistor 13 in buffer mode is brought into effect by opening the switch 2o, so that the relay 12 only picks up at a higher value of the battery voltage and the charging current to the value required for the remaining charge degrades. To the battery 7 supplied. Current to be adapted to the current drawn from the battery via terminals 30 and 3i, the chokes 21 are also equipped with further bias windings 2.4 through which the consumer current flows. If the consumer current increases, so does the Vormagnefis.ierun@g of the chokes and thus the current that the battery receives via the rectifier 5. The resistor 32, which is parallel to the bias windings 2.4, has the effect that only part of the total load current flows through these bias windings and can be used for adjustment.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Battery charger with a relay device for controlling the DC pre-magnetization of the charging rectifier upstream Control throttle, characterized in that it is in a system with buffer operation only relay the bias current with a basic bias proportional to the load current provided control throttle when the upper limit is exceeded and when falling below the lower limit of the permissible battery voltage range decreased or increased.

2. Charger according to claim i, dk characterized by, d: ate through the relay a resistor in the bias circuit or is switched off.

3. Charger according to claim i, characterized in that through the relay an additional voltage in the Vo.rm: agnetisierungsstromkreis their size or their sign is changed. d ..

Charger according to claim i and 3, characterized in that dia.ß the contact of the relay in one connecting line between a direct current source, preferably an auxiliary rectifier, and a Voltage divider and that the additional voltage between the midpoint the direct current source and the tap of the voltage divider is removed.

5. Charger after, Claim i and 2, characterized in that the voltage in the bias circuit by the difference between an approximately constant voltage, e.g. B. the battery voltage, and a voltage that rises and falls with the choke voltage is formed.

6. Charger according to claim 5, characterized in that d @ aß with the throttle voltage variable voltage component at one of secondary windings via an auxiliary rectifier The voltage divider fed by the premagnetized chokes is removed.

7. Charger according to claim i to 6, characterized in that the relay winding is preceded by a resistor which is partially short-circuited during the transition from rapid charging to buffer mode. B. charger according to claim i to 7, characterized in that the relay winding is connected in parallel with a capacitor. G. Charger according to claim 1, its 8, characterized by such a design of the throttle elanordnunig that its working windings also lead the Vomm @ agn @ etisierungs: strom at the same time. ok Charger according to claims 1 and 9, characterized in that two chokes are connected in parallel branches of the alternating current circuit each in series with a valve in such a way that one choke is only positive from the other, the other only from. the negative half-waves of the alternating current are traversed, and that the circuit controlled by the relay is connected to the terminals of the Dros-sieln facing these valves. i i. Charger according to Claims 1 to 10, characterized in that the chokes are additionally premagnetized by the consumer current drawn from the battery during buffer operation. Considered publications: German Patent Nos. 622,082, 672 562, 735 786, 748 986; U.S. Patent Nos. 1,710,755, 2,114,827, 2,179: 299, 23o6998, 2373383, 2423 134-2 431 311; F. Hahn, circuit book of telecommunications, z. Volume, 1942, pp. 2o6, 207; U. Lamm, The Transductor, Dissertation, Stockholm, 1943, p.20.