DE977029C

DE977029C - Battery charger for two-stage charging

Info

Publication number: DE977029C
Application number: DES5587D
Authority: DE
Inventors: Otto Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-10-31
Filing date: 1941-10-31
Publication date: 1964-11-19

Description

Batterieladegerät für Zweistufenladung Gleichrichtergeräte für Aufladung von Batterien sind im allgemeinen mit Einrichtungen versehen, durch die der Ladestrom zunächst auf einen für die Batterie wie für den Gleichrichter zulässigen Wert begrenzt wird. Man hatte jedoch schon frühzeitig erkannt, daB es für die Lebensdauer einer Batterie vorteilhaft ist, den Ladestrom auf einen geringeren Wert herabzusetzen, sobald die sogenannte Gasungsspannung der Batterie erreicht ist, die beispielsweise bei Bleibatterien 2,q. V pro Zelle beträgt.Battery charger for two-stage charging Rectifier devices for charging of batteries are generally provided with devices through which the charging current initially limited to a value that is permissible for both the battery and the rectifier will. However, it was recognized early on that it would last for the life of a Battery it is advantageous to reduce the charging current to a lower value, as soon as the so-called gassing voltage of the battery is reached, for example for lead batteries 2, q. V per cell is.

Es sind bereits für die Zwecke selbsttätig arbeitende Ladeeinrichtungen entwickelt worden. So ist z. B. bereits eine Anordnung bekannt, die den Ladestrom zunächst konstant hält. Bei Erreichen der Gasungsspannung wird dann dem Ladegleichrichter eine Drossel vorgeschaltet, wodurch der Ladestrom herabgesetzt wird. Hierbei findet jedoch nach der sprunghaften Herabsetzung des Ladestromes wiederum eine Ladung der Batterie mit konstantem Strom statt. Wird dieser Strom wesentlich niedriger gewählt als der maximale Ladestrom, dann ist für die vollständige Aufladung einer Batterie eine verhältnismäßig lange Zeitspanne erforderlich. Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn man den Ladestrom nach Erreichen der Gasungsspannung nicht sprunghaft, sondern stetig vermindert. Diese läßt sich z. B. durch Regelung der Ladespannung auf einen konstanten Wert erreichen.There are already automatic charging devices for this purpose has been developed. So is z. B. already known an arrangement that the charging current initially holds constant. When the gassing voltage is reached, the charging rectifier a choke is connected upstream, whereby the charging current is reduced. Here finds however, after the sudden reduction in the charging current, a charge of the Constant current battery instead. If this current is chosen to be much lower than the maximum charge current, then it is necessary to fully charge a battery a relatively long period of time is required. This disadvantage can be avoided if the charging current is not used after the gassing voltage has been reached by leaps and bounds, but steadily diminished. This can be z. B. by regulating the Reach the charging voltage to a constant value.

Eine nach diesem Prinzip arbeitende bekannte Anlage enthält als Stellglied Regeldrosseln. Zur Erzielung der gewünschten Ladekennlinie sind dort jedoch zwei Regelkreise ausgebildet. In dem einen wird der Ladestrom in eine proportionale Spannung umgesetzt, mit einer konstanten Spannung verglichen und die Differenz über eine elektrische Weiche und einen Vorverstärker der Steuerwicklung der Regeldrosseln zugeführt. Die Weiche wird außerdem mit der Differenz zwischen der Batteriespannung und einer konstanten Vergleichsspannung beaufschlagt. Die Weiche ist dabei so ausgebildet, daß die Regeldrossel zunächst abhängig vom Ladestrom und dann abhängig von der Batteriespannung gesteuert wird.A known system that works according to this principle contains an actuator Control throttles. However, there are two there to achieve the desired charging profile Control loops trained. In one, the charging current turns into a proportional voltage implemented, compared with a constant voltage and the difference over a electrical crossover and a preamplifier for the control winding of the regulating chokes fed. The switch will also use the difference between the battery voltage and a constant reference voltage applied. The switch is designed in such a way that that the control throttle is initially dependent on the charging current and then dependent on the battery voltage is controlled.

Die Erfindung besteht in einer vorteilhaften Weiterbildung eines Ladegerätes dieser Art und zeichnet sich durch besonders geringen Aufwand und robusten Aufbau aus. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklung der Drossel über einen Hilfsgleichrichter an eine Hilfsspannungsquelle mit annähernd konstanter, einstellbarer Spannung angeschlossen ist, so daß sich in der ersten Stufe ohne zusätzlichen Regelkreis eineLadung mit annähernd konstantem Strom abgibt, und daß ein an sich bekanntes Regelorgan vorgesehen ist, welches bei Erreichen einer vorbestimmten Ladespannung, z. B. der Gasungsspannung der Batterie, durch Verändern der Vormagnetisierung der Drossel die Ladespannung auf einen konstanten Wert regelt.The invention consists in an advantageous development of a charger of this type and is characterized by particularly low effort and robust construction the end. It is characterized in that the control winding of the choke has a Auxiliary rectifier to an auxiliary voltage source with an approximately constant, adjustable Voltage is connected so that in the first stage without an additional control loop delivers a charge with an approximately constant current, and that a known one Control element is provided which, when a predetermined charging voltage is reached, z. B. the gassing voltage of the battery, by changing the bias of the Choke regulates the charging voltage to a constant value.

Ein besonders vorteilhaftes und einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich bei Verwendung eines Magnetverstärkers als Regelorgan. Die Arbeitswicklung des Magnetverstärkers wird in, diesem Fall zwischen die Hilfsspannungsquelle und den Hilfsgleichrichter geschaltet und einer Steuerwicklung dieses Magnetverstärkers die Differenz zwischen der Batteriespannung und einer konstanten Vergleichsspannung über ein Ventil zugeführt, das so gepolt ist, daß über die Steuerwicklung nur Strom fließen kann, wenn die Batteriespannung größer als die Vergleichsspannung wird. Der Magnetverstärker, ist darüber hinaus mit einer zweiten, Steuerwicklung versehen, die mit der Vormagnetisierungswicklung der Regeldrossel so in Serie geschaltet wird, daß die von den beiden Steuerwicklungen erzeugten Durchflutungen einander entgegengerichtet sind.A particularly advantageous and simple embodiment of the The invention arises when a magnetic amplifier is used as a control element. the The working winding of the magnetic amplifier is, in this case, between the auxiliary voltage source and connected to the auxiliary rectifier and a control winding of this magnetic amplifier the difference between the battery voltage and a constant reference voltage fed through a valve, which is polarized so that only current through the control winding can flow when the battery voltage is greater than the comparison voltage. The magnetic amplifier is also provided with a second, control winding, which is connected in series with the pre-magnetization winding of the regulating choke, that the fluxes generated by the two control windings are directed opposite to each other are.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.Further details of the invention are based on the in the drawing illustrated embodiment explained.

Der die Batterie speisende Hauptgleichrichter 8 ist über einen Transformator i an ein nicht näher bezeichnetes Wechselstromnetz angeschlossen. Dazwischen liegen die Wechselstromwicklungen 2 a der Drosselgruppe 2. Die Drosselgruppe besteht in an sich bekannter Weise aus zwei Einzeldrosseln, deren Wechselstromwicklungen 2 a parallel und deren Vormagnetisierungswicklungen :2b gegensinnig in Reihe geschaltet sind.The main rectifier 8 feeding the battery is connected via a transformer i to an alternating current network (not shown). In between are the alternating current windings 2a of the throttle group 2. The choke group consists in a known manner of two individual chokes whose alternating current windings 2a are connected in parallel and whose bias windings 2b are connected in series in opposite directions.

Der Vormagnetisierungsstrom wird über einen Hilfsgleichrichter 4 von einem Teil der Sekundärwicklung des Transformators i geliefert. Seine Größe kann mit Hilfe des verstellbaren Widerstandes 3 eingestellt werden. Zur Beeinflussung des Vormagnetisierungsstromes nach Überschreitung der Gasungsgrenze dient ein aus einer weiteren vormagnetisierten Drossel 5 bestehender magnetischer Verstärker. Die Wechselstromwicklungen 5 a dieser Drossel sind dem Hilfsgleichrichter 4 wechselstromseitig vorgeschaltet. Ihnen sind zwei Gruppen von Vormagnetisierungswicklungen 5 b und 5 c zugeordnet. Die Vormagnetisierungswicklungen 5 b liegen in dem Gleichstromkreis des Hilfsgleichrichters 4, werden also von einem dem Vormagnetisierungsstrom für die Drossel :2 proportionalen Gleichstrom durchflossen. Dagegen stehen die Vormagnetisierungswicklungen 5 c unter dem Einfluß der Ausgangsgleichspannung des Hauptgleichrichters 8, die ja mit der Spannung an der Batterie praktisch identisch ist.The bias current is via an auxiliary rectifier 4 of part of the secondary winding of the transformer i supplied. Its size can can be set using the adjustable resistor 3. To influence of the bias current after exceeding the gassing limit is used on off another pre-magnetized choke 5 existing magnetic amplifier. The AC windings 5 a of this choke are the auxiliary rectifier 4 on the AC side upstream. You are two groups of bias windings 5 b and Assigned to 5 c. The bias windings 5 b are in the direct current circuit of the auxiliary rectifier 4, are therefore of the bias current for the choke: 2 proportional direct current flowing through it. In contrast, there are the bias windings 5 c under the influence of the DC output voltage of the main rectifier 8, the yes is practically identical to the voltage on the battery.

Ein an die Wechselspannung angeschlossener Hilfsgleichrichter 6 erzeugt in dem Widerstand 7 einen konstanten Spannungsabfall. Der Spannung an diesem Widerstand 7 ist die Batteriespannung entgegengeschaltet, und zwar liegt in diesem Stromkreis außer den Vormagnetisierungswicklungen 5 c des magnetischen Verstärkers noch das. Ventil 9, welches dafür sorgt, daß ein Strom nur dann fließen kann, wenn die Batteriespannung die an dem Widerstand 7 auftretende Vergleichsspannung überschreitet. Tritt das ein, so schwächt der in den Wicklungen 5 c fließende Strom die vorher allein von den Wicklungen 5 b herrührende Vormagnetisierung der Drosselgruppe 5. Damit steigt aber die Induktivität ihrer Wechselstromwicklungen 5 a, was eine Herabsetzung des Vormagnetisierungsstromes in den Wicklungen 2 b der Hauptdrossel 2 zur Folge hat. Diese Wirkung wird noch dadurch verstärkt, daß die Vormagnetisierungswicklungen 5 b nicht konstant erregt sind, sondern, wie vorher heschrieben, von einem dem Strom in den Wicklungen 2 b proportionalen Strom durchflossen werden. Es ist also zwischen den Wicklungen 2 b und der Vormagnetisierung der Drosselgruppe 5 eine Rückkopplung vorhanden, die sich so auswirkt, daß jede Stromänderung in den Wicklungen 2 b sich durch zusätzliche Beeinflussung der Induktivität der Wicklungen 5 a selbst verstärkt. Ein ganz geringfügiges. Überschreiten der Gasungsspannung würde bereits genügen, um eine Induktivitätsänderung an der Drossel 2 und damit eine Herabsetzung des Ladestromes, den die Batterie empfängt, zu bewirken. Die Einstellung des Ladestromes vor Erreichen, der Gasungsspannung erfolgt an dem den Wicklungen 2 b parallel geschalteten Widerstand 3.An auxiliary rectifier 6 connected to the AC voltage is generated in the resistor 7 a constant voltage drop. The voltage across this resistor 7 the battery voltage is switched in the opposite direction, namely in this circuit except for the bias windings 5 c of the magnetic amplifier nor that. Valve 9, which ensures that a current can only flow when the battery voltage the comparison voltage occurring at the resistor 7 exceeds. Kick that a, the current flowing in the windings 5 c weakens the previously alone from the windings 5 b originating premagnetization of the throttle group 5. This increases but the inductance of their AC windings 5 a, which reduces the Bias current in the windings 2 b of the main choke 2 results. This effect is reinforced by the fact that the bias windings 5 b are not constantly excited, but, as previously described, by one of the current proportional current flows through the windings 2 b. So it's between the windings 2 b and the premagnetization of the choke group 5 a feedback present, which has the effect that any change in current in the windings 2 b itself reinforced by additional influencing of the inductance of the windings 5 a itself. A very minor one. Exceeding the gassing voltage would already be sufficient a change in inductance at choke 2 and thus a reduction in the charging current, that the battery receives. The setting of the charging current before reaching the gassing voltage takes place across the resistor connected in parallel to the windings 2 b 3.

Die Erfindung ist auch zur Ladung von Pufferbatterien, geeignet, wobei im Normalbetrieb mit konstanter Spannung gearbeitet wird, während nach einer stärkeren Entladung der Batterie, etwa infolge vorübergehenden Ausfalls des Netzes, eine rasche Wiederaufladung erfolgt.The invention is also suitable for charging backup batteries, wherein in normal operation with constant voltage is worked, while after a stronger one Battery discharge, for example as a result of the temporary failure of the Network, rapid recharging takes place.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Battery charger for two-stage charging with a rectifier, which is fed from an alternating current network via a regulating throttle with a bias winding, the charging current of which is limited to a maximum value in the first stage (rapid charging) and the charging voltage of which is kept constant in the second stage (recharging) at lower current values, characterized in that the control winding (2b) of the chokes (2) is connected via an auxiliary rectifier (4) to an auxiliary voltage source with an approximately constant, adjustable voltage, so that in the first stage without an additional control loop there is a charge with an approximately constant current , and that a known control element is provided, which when reaching a certain charging voltage, z. B. the gassing voltage of the battery, the premagnetization of the choke is influenced in such a way that the charging voltage is then regulated to a constant value. z. Battery charger according to Claim i, characterized in that a dither relay is provided as the regulating element, which. when the gassing voltage is exceeded, the premagnetization circuit is periodically interrupted depending on the battery voltage. 3. Battery charger according to claim i, characterized in that a magnetic amplifier (5) is provided as a regulating element, the working windings (5a) of which lie between the auxiliary voltage source and the auxiliary rectifier (4) and that the difference between the battery voltage and a constant reference voltage via a valve ( 9) is fed to a control winding (5c) of the magnetic amplifier, the valve being polarized so that a current can only flow in the control circuit when the battery voltage exceeds the value of the reference voltage. 4. Battery charger according to claim 3, characterized in that the magnetic amplifier is provided with a second control winding (5 b) which is connected in series with the bias winding (2 b) of the regulating throttle (2) so that the two control windings ( 5 b, 5 c) of the magnetic amplifier (5) caused magnetizations counteract each other. Considered publications: German Patent Nos. 488 534, 638 271, 644 134, 672 oi 1, 685 951, 735 786, 755 023; USA.-Patent `Tr. 2,179,299; "ETZ" magazine, 1937, pp. 937 to 940, 1940, p. 37; "Electrical World", 1935 p.27; Book "dry rectifier" 1938 by K. M aier, p. 242, 243.