SE419147B - Anordning for laddning av torrbaterier eller ackumulatorbatterier med hjelp av vexelstrom - Google Patents

Description

1909623-6 Den sålunda kända anordningen ger ett.mycket gott resultat I och är väl lämpad för återuppladdning av torrbatterier och vissa mindre ackumulatorbatterier. Den kända anordningen kan däremot inte utnyttjas för större batterier som kräver högre laddnings- strämmar beroende pä att de på marknaden för närvarande förekom- mande PTC-motstånden endast tål så'små strömstyrkor som maximalt upp till 1 amp. A m A W Andra kända batteriladdare har i sin tur begränsad möjlighet att ladda batterier till över 70 X av deras kapacitet, och för att sådan laddning skall vara möjlig måste strömstyrkor utnyttjas, vil- * ka är väsentligt högre än vad de nämnda PTC-motstånden tål. ' _ g_Många batteriladdare har även förhållandevis låg verkningsgrad och är utformade så att värme utvecklas i battericellen, vilket kan leda till att cellen skadas och att skadliga ångar eller explo- siv knallgas utvecklas. _ Kg . I J .

Till grund för uppfinningen har därför legat problemet att åstad- komma en anordning för laddning av torrbatterier och speciellt ackumulatorbatterier med växelström, där batterierna laddas med intermittenta växelströmspulser, medan de tillåts urladda något under de perioder, som ligger mellan laddningspulserna, och där höga strömstyrkor kan utnyttjas utan att skada vare sig ackumulator- 'batterierna eller de i laddaren ingående komponenterna. Till grund för uppfinningen har även legat problemet att åstadkomma en bat- teriladdare med hög verkningsgrad och som arbetar väsentligen helt utan värmeutveckling i battericellerna och där risken för uppkomst I .av skadliga ångar och knallgas kunnat elimineras eller åtminstone "starkt nedbringas. Uppfinníngen avser även att åstadkomma en sådan batteriladdare, vilken är utformad helt säker genom att de utgående fladdningspolerna är strömlösa innan det batteri som ska laddas kopplas in, och som blir strömlösa så snart batteriet är full- laddat. Till grund för uppfinningen har även legat problemet att åstadkomma ett växelströmsladdníngsaggregat, vid vilket laddnings- strömstyrkan kan regleras inom vida gränser, t ex från 2 ampêre och _nära nog obegränsat uppät{ I ' " I I _ Énligt uppfinningen innehåller anordningen ett styrbart ström- riktande organ och en reglerbar triggkrets som styr det strömrik- ftande organet, så att detta tänder och släpper from den ena pulsen *_av värelström för laddning av ett eller flera batterier eller ackumu- latorer. Triggkretsen innehåller en likriktarbrygga och en över bryg- rgans plus- och minuspoler inkopplade zenerdiod, som lämnar_en kon- '7909623-6 stant drivspänning till'ett tidsreglerande organ, vilket reglerar tidpunkten för det strömriktande organets tändning. Anordningen innehåller även organ för att medge en viss urladdning under de perioder som ligger mellan laddningspulserna; Genom att utnyttja ett strömriktande organ, som styrs av triggkretsen har man kunnat tillse att endast de önskade perioderna av växelströmen släpps fram för laddning av batteriet, och genom att utnyttja ett tids- reglerande organ, som reglerar den tidpunkt, vid vilken det ström- riktande organet tänder, kan man reglera tändningsögonblicket under 0 ~ 180° av perioden och på så sätt variera laddningsströmstyrkan från maximal laddningsström ned till praktiskt taget ingen ladd: ningsström alls. Närmare kännetecken på uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen, i vilken kommer att hänvisas till bifogade ritningar.

Figur 1 visar ett blockschema över en utföringsform av en anord- ning enligt uppfinningen och figur 2 visar ett kopplingsschema över en sådan anordning. Figur 3 visar schematiskt laddningsfunktionen hos anordningen i figur 2, och figur 4 visar på motsvarande sött sche- matiskt laddningsfunktionen hos en modifierad utföringsform av anord- ningen.

Den i figur 1 schematiskt illustrerade anordningen består av en nätanslutníng A till vilken en laddningskrets B med utgående anslut- ningar för det batteri som ska laddas. Laddningskretsen B styrs av en styrkrets C, och den är anordnad att slås till för laddning un- der medverkan av en tíllslagskrets D. För att hålla en stabil och exakt önskad spänning är laddningskretsen ansluten till en spännings- stabilisatorkrets E, och för frånslagníng vid fulladdat batteri är laddningskretsen ansluten till en frånslagskrets F.

Nätanslutningen A innehåller på vanligt sätt en säkring 1, en huvudströmbrytare 2 och en transformator 3 för nedtransformering av nätets växelspänning till lämplig laddningsspänning. Parallellt över transformatorn är en kondensator 4 och ett transientskydd i form av en variistor 5 inkopplade. Från nätanslutningens ena polklämma 6 utgår en huvudledning 7 till laddningskretsen, vilken i serie efter varandra innehåller en diod 8, ett styrbart strömriktarorgan i form av en tyristor 9, on säkring 10 och ett roglerbart motstånd 11. Från detta motstånd 11 är den ena polklämman 12 för det batteri eller don ackumulator 13 som skall laddas ansluten. Den andra polklämman 14 7909623-sit, för batteriet eller ackumulatorn går som returledning 15 tillbaka *till nätanslutningens andra polkläma 16. Såväl dioden 8 som tyris- torn 9 är med anoden riktat mot nätanslutningens polklämma 6 och med katoden riktad mot batteriets ingående polklämma 12. I returledningen från batteriets utgående polklämma 1fi är en ampêremeter 17 inkopplad.

Från en punkt i huvudledningen 7 mellan säkringen 10 och det regler- bara motståndet 11 och till en punkt efter ampêremetern 17 i retur- ledningen 15 ör en kylfläkt 18 inkopplad. Parallellt över tyristorn 9_ör i serie en diod 19 och ett motstånd 20 inkopplade. Denna krets är avsedd att slussa en liten ström över tyristorn 9, så att kyl- fläkten 18 får sträm även när tyristorna 9 är inaktiv. Mellan det reglerbara motståndet 11 och den ingående batterípolklämman 12 är* en brytare 21 från tillslagskretsen inkopplad såsom kommer att be- skrivas närmare nedan. 7 _ 1 Styrkretsen C är ansluten till laddningskretsen B genom en lik- riktarbrygga 22, som är ansluten parallellt över tyristorn 9. Från likriktarbryggans positiva pol utgår en ledning 23 innehållande ett anpassningsmotstånd 24. Ledningen 23 grenar sig i en första gren 25 innehållande ett motstånd 26, och grenen 25 delar sig i sin tur i två grenledningar 27, 28, av vilka den ena är ansluten till anoden ooh den andra till gaten på en PUT-transistor(Programmable Unijection Transistor) 29. Ledningen 27 till PUT-transistorn innehåller i serie efter varandra ett_motstånd 30 samt ett reglerbart huvudmotstånd 31, med vars hjälp laddningsströmmen kan reglernas. Motståndet 30 har till ändamål att förhindra strömrusníng eller kortslutning av PUT- transistorn i det Fall att huvudmotståndet 31 är nedvridet till sitt 0-läge. Den andra ledningsgrenen 28 innehåller ett reglerbart balan- , seringsmotstånd 32, vilket regleras för anpassning av PUT-transistorn 29, så att denna ger önskad laddningsströmstyrka. Parallellt över 1 PUT-transistorns grind och katod är ett andra balanseringsmotstånd- 33 anslutet i serie med ett reglerbart trimmotstånd 34. Från en _ punkt mellan balanseringsmotståndet 33 och trimmotståndet 34 går en ledning 35 till likriktarbryggans 22 negativa pol. Parallellt över trimmotståndet 34 och PUT-transistorns anod är en triggkondensator 7 36 ansluten, vilken bestämmer den punkt, vid vilken PUT-transistorn tänder tyristorn 9, kondensatorn 36 bestämmer därigenom laddnings- pulsens längd, bredd och höjd. Från en punkt på ledningen 23 mellan ' motstånden 24 och 26 till en punkt på ledningen 35 efter anslutningen 7909623-6 av triggkondensatorn 31 ör en zenerdiod 37 ansluten. Det till ka- toden på PUT-transistorn anslutna reglerbara motståndet 34 är med sin utgång 38 anslutet till grinden 39 på tyristorn 9 via en diod 40 med anoden ansluten till utgången på trimmotståndet 34 och ka- toden ansluten till tyristorns grind 39. Mellan dioden 40 och grin- den 39 ör en brytare 41 till frånslagningsanordningen F inkopplad såsom kommer att beskrivas närmare nedan.

Tillslagsanordningen D är ansluten direkt över batteriets pol- klömmor 12 och 14 och den består av en ledning 42 innehållande två st strömriktande dioder 43 och 44 med anoden vänd mot batteriets polklümma 12 och katoden på den senare dioden 44 ansluten till ett tillslagsrelü 45, Den motsatta polen på relüet 45 år via en diod 46 och ett motstånd 47 ansluten till batteriets andra polklümma 14. Relöet 45_ör utformat med en brytare 21, som år ansluten mellan motståndet 11 och polklämman 12 i huvudledningen 7. I oaktiverat tillstånd på relüet 45 är brytaren 26 frånslagen, och laddnings- strömmen till batteriet är därigenom bruten.

Parallellt över relöet 45 ör den spönningsstabiliserande kret- sen E ansluten, Denna består av en likriktarbrygga 48, vilken med sina vöxelströmspoler ör anslutna till transformatorutgången via en första ledning 49 innehållande en brytarkontakt 50 och ett mot- stånd 51 och en andra ledning 52 innehållande ett motstånd 53. Den negativa polen 54 på likríktarbryggan 48 ör ansluten till utgången på relöet 45 via en ledning 55. En kondensator 56 är ansluten paral- lellt över den negativa polen 54 och den positiva polen 57. Från en punkt mellan kondensatorn 56 och den positiva polen går en led- ning 58, vilken innehåller ett motstånd 59 och en spönningsstabili- sator 60, som ger en stabil glüttod likspönning. Ledningen 58 är ansluten parallellt över bryggans 48 negativa och positiva poler 54, 57. Från spönningsstabilisatorn 60 går en ledning 61 tillbaka till relöets 45 positiva pol via en säkring 62 och en diod 63. Från en punkt mellan spünningsstabilisotorn 60 och säkringen 62 till led- ningen 55 ör en kondensator 64 inkopplad. Mellan ledningarna 42 och 15 ör ett transientskydd i form av en diod 65 inkopplad.

Frånslagskretsen F är ansluten parallellt över tillslagskretsen D mellan ledningarna 42 och 15. I ledningen 42 ör ett reglerbart mot- stånd 66 inkopplat och från detta till ledningen 15 ör ett dubbelrelü 67 anslutet. Relüet innehåller en första brytare 41, vilken normalt 7909623-6 är sluten, och som är inkopplad mellan reläet 40 och tyristorns 9 grind 39 och en andra brytarkontakt 68, vilken ör inkopplad i en ledning 69 tvärs över huvudledningen 7 och returledningen 15, och vilken innehåller en signallampa 70. Från reläets 67 positiva pol går en ledning 71 innehållande en normalt sluten kontakt 72 och en diod 73, vilken med sin anod'ör ansluten mellan sökringen _62 och dioden 63 i ledningen 61 från spänningsstabilisatorn.

Den beskrivna anordningen fungerar på följande sött: För till- slag av anordningen sluts strömbrytaren 2,_varvid en ström från trans- Fonmfiorns 3 sekundärsida går dels genom ledningen 69 med signal- lampan 70 och över en förbikopplingsledning 79 med.motstånd_80[ som överbrygga: relöets 67 brytarkontakt 68, dels även förbi tyristorn 9 genom förbikopplinsledningen med dioden 19 och motståndet 20 och vidare genom kylflökten 18. Signallampan 70 och kylfläkten_18 kam- mer sålunda ständigt att vara påverkade när strömbrytaren 2 är till- slagen. Vidare går en ström från diodens 8 katod till likriktarbryg- gan 22 och därifrån till zenerdioden 37 och den tidsreglerande kret- esen med PUT-transistorn 29. Zenerdíoden_37 lämnar en konstant driv- spänning till denna krets, Huvudmotståndet 31 bestämmer i samverkan med triggkondensotorn 31 den tidpunkt, vid vilken PUT-transistorn- 29 tänder tyristorn 9 via dess grind 39. Eftersom brytaren 41 nor- malt ör tillslagen kan laddningspulser ledas fram till denna grind 39 så länge inte brytaren 41 är frånslagen, vilket sker med hjälp av frånslagsreläet 67. Eftersom emellertid brytaren 21 normalt ör frånslagen kan någon laddning av batteriet 13 inte förekomma förrän reläet 45 blir aktiverat. 0 inte batteriet 13 är helt urladdat kan den kvarvarande strömmen räcka till att aktivera tillslagsrelöet 45 genom att en ström passerar i en krets från batteriets pol 12 genom dioderna 43 och 44, reläet 45, dioden 46, motståndet 47 och tillbaka 1 till batteriets andra pol l4. I och med att relöet sålunda är till- slaget sluts brytaren 21, och laddningsströmpulser kan passera från f transformatorns ena utgång 6, genom huvudledningen 7, dicden 8, tyristorn 9, säkringen 10, motståndet 11 och genom batteriet 13 samt _ tillbaka genom returledníngen 15 till transformatorns andra utgång 16. Laddníngsströmpulser leds till batteriet under de ögonblick då tyristorn 9 är tänd, vilket sker genom styrkretsen över grinden 39.

Under de perioder som ligger mellan laddningsströmpulser tillåts batteriet urladda något genom att en ström går från batteriets ena pol 12, genom motståndet 11 och genom ledningen med kylfläkten 18 7909623~6 och tillbaka till batteriets andra pol 14. Dessa urladdningar är av väsentlig betydelse för batteriets laddning.

Om batteriet skulle vara mycket starkt urladdat, så att dess kvarvarande ström inte är tillräcklig för att aktivera tillslage- reläet 45 kan ladddningen påbörjas genom att brytarkontakten 50 i ledningen 49 sluts, varvid en primärström går genom motståndet 51, ledningen 49, likriktarbryggan 48 och tillbaka genom motståndet 53 och ledningen 52. En likriktad sekundörström kommer därvid att gå från tíllslagsreläets 45 negativa pol genom ledningen 55, över likriktarbryggans poler 54 och 57, genom motståndet 59, spännings- stabilisatorn 60, kondensatorn 64, säkringen 62 och dioden 63 ' tillbaka till reläets 45 positiva pol, varvid reläet 45 aktiveras och kontakten 21 sluts. När batteriet 13 är fullcddat och dess mot-emk uppnått en viss nivå kommer en ström genom ledningen 42, dioden 43 och motståndet 66 att gå genom frånslagsreläet 67 och tillbaka till returledningen 15 via motståndet 47. Frånslags- reläet 67 blir därvid aktiverat, och kontakten 41 i ledningen från tidsregulatorn bryts, medan kontakten 68 i ledningen med kontroll- lampan 70 sluts. Detta leder dels till att pulserna till tyristorns 9 grind 39 upphör, och ingen laddningsström kan längre passera ge- nom batteriet 13, dels även till att signallampan 70 kommer att lysa med större effekt.

Om batteriet 13 är starkt urladdat kan det inträffa att även frånslagsreläet 67 blir aktiverat och drar, vilket leder till att kontakten 41 bryts, För att undvika detta öppnas kontakten 72, så att strömmen över reläet 67 från spänningsstabilisatorkretsen bryts.

I figur 3 illustreras schematiskt laddningen av batteriet 13.

Det förutsätts att laddningen sker med de positiva pulserna 73 av en periodisk växelström, och att en viss urloddning tillåts ske under de negativa pulserna 74 av samma periodiska växelström.

Genom reglering av huvudmotståndet 31 kan den punkt 75, vid vilken tyristorn 9 triggas förflyttas till ett valfritt läge mellan O° och 1800 av den positiva pulsen, och tyristorn tänds och laddningen påbörjas först när den triggas. Den del 76 av pulsen 73, som ligger före triggningspunkten 75 medger urladdning, och endast den del 77 av pulsen, som är belägen efter triggningspunkten 75 medger ladd- ning. Genom att urladdning i detta fall sker genom kylfläkten 18, vilken har relativt högt motstånd, kommer urladdningen 78 att ske 7909623-6 V med endast en liten bråkdel, t ex 10 d 20 X av laddningsströmmen.

Genom att förflytta triggningspunkten 75 genom påverkan av huvud- motståndet 31 kan laddning åstadkommas med vilken som helst önskad strömstyrka från maximal laddning med triggníngspunkten på O°'till ingen lrndaning nns vid 1so°. i i I Genom att utnyttja en transformator med mittuttag och använda två stycken tyristorer av väsentligen samma koppling som i figur 2 eller genom att utnyttja en så kallad triak-koppling kan man vända den negativa pulsen 74 såsom illustreras i figur 4 till en positiv laddningspuls 74', medan man fortfarande medger urloddning vid de delar 76, 76' vilka faller före triggningspunkten 75, 75'.

Det ör underförstått att den ovanstående beskrivningen och de på ritningarna visade utföríngsexempleníendast utgör Valda ut- föringsformer, och att allehanda modifikationer kan förekomma inom 'ramen av följande patentkrav.

Claims (7)

7909623-6 P a t e n t k r a v

1. Anordning för laddning av torrbatterier eller ackumulator- batterier med hjälp av växelström bestående av en nötanslutnings- krets (A) och en därtill ansluten laddningskrets (B) med anslut- ningar för ett eller flera batterier (13), som ska laddas, k ö n n e t e c k n a d av att laddningskretsen (B) innehåller ett styrbart strömriktande organ (9), vilket styrs av en reglerbar trig- gerkrets (C), som tänder och släpper fram den ena pulsen (73) av vöxelströmmen, och som innehåller en líkriktarbrygga (22), en över bryggans positiva och negativa poler inkopplad zenerdiod (37), som lämnar en konstant drivspünníng till ett tidsreglerande organ (27- 36), som reglerar tidpunkten för det strömriktande arganets (9) tündning, och laddníngskretsen (B) innehåller även organ (18), som medger en viss urladdning under de perioder (76, 78), som ligger mellan laddningspulsperioderna (77).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ö n n e t e c k n a d av att det strömriktande organet utgörs av en tyristor (9), som med anoden ör ansluten till nötkretsen (Å) och med katoden till den ena polklömman (12) för det batteri eller den ackumulator som ska laddas, och som med sin grind (39) är ansluten till styrkretsen (C) vilken bestämmer den tidpunkt av laddningspulsen (73), då tyristorn tänds.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ö n n e t e c k- n a d av att det tidsreglerande organet utgörs av en PUT-transis- tor (29) en över PUT-transistorns (29) anod och katod inkopplad triggkondensator (36) en över PUT-transistorns (29) grind och ka- tod kopplad första trimkrets (33, 34) och en mellan transistorns (29) grind och anod kopplad andra trimkrets (30 - 32) vilken möj- _ g79o9623-en 10 liggör en reglering av den punkt, vid vilken PUT-transistorn tänder tyrístorn (9 ) .

4. *Anordning enligt patentkrav 3, k Ö n n e t e c k n a'd av att den andra trimkretsen innehåller ett reglerbart huvudmot- stånd (31), vilket utgör det huvudsakliga regleringsorganet, med vars hjälp tyristorns tündningspunkt regleras och vilket bestämmer 7 laddningsströmstyrkan. I

5. Anordning enligt patentkrav 2, 3 eller 4, k ö n n e- t e c k_n n d av att styrkretsen (C) innehåller en diod (40) för att förhindra en backström i tyristorns (9) grind (39).

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, ik ö n n ev , t e c k n a d- av att ett tillslogsrelö och en vid opåverkat relä (45) öppen brytare (21) mellan tyrístorn (9) och den ena polklömman '(12) för det batteri (13) som ska laddas och dör relüet (45) för _ begynnande laddning är anordnat att aktiveras antingen genom en restladdning i batteriet (13) eller genom en sekundürkrets (F) från nötkretsen (A). 7 I

7. Anordning enligt något av Föregående patentkrav, k ü n n e- t e c k n a d av att den innehåller ett frånslagsrelö (67) med en i reläets (67) opåverkade tillstånd sluten brytare (4l)_i led? ningen mellan styrkretsen (C) och tyristorn (9), och där Från- slagsrelöet (67) är anordnat att påverkas vid fulladdat batteri,e 7 varvid den nämnda brytaren (41) öppnas och bryter styrpulserna till tyristorn, varvid laddning upphör. I