DE2051527C3

DE2051527C3 - Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen Batterie

Info

Publication number: DE2051527C3
Application number: DE2051527A
Authority: DE
Inventors: Wilford Benson Pacific Palisades Burkett; Robert Vernon Los Angeles Jackson
Original assignee: Mcculloch Corp (ndgesd Staates Wis) Los Angeles Calif (vsta)
Current assignee: Mcculloch Corp (ndgesd Staates Wis) Los Angeles Calif (vsta)
Priority date: 1969-10-20
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1980-04-24
Also published as: CA918745A; BE757705R; FR2068760B2; SE372670B; GB1293983A; US3609503A; IT988309B; JPS5119135B1; DE2051527A1; DE2051527B2; FR2068760A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der BE-PS 7 10 108 ist eine derartige Schaltungsanordnung bekannt, bei der die Zeitdauer der Ladeintervalle als Meßgröße für die automatische Beendigung des Ladevorganges herangezogen wird. Um jedoch die beim Überladen auftretende Gasentwicklung sicher zu verhindern, ist es wünschenswert, die Beendigung des Ladevorganges von einer Meßgröße abhängig zu machen, die ein möglichst genaues Maß für den Ladezustand ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der der Ladevorgang zuverlässig und sicher bei aufgeladener Batterie vor dem Überladen der Batterie beendet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches I gelöst.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß als Meßgröße für die Beendigung des Ladevorganges derjenige Wert der Batterie-KlemmenspännUng dient, welcher ein vorgegebenes Zeitintervall nach Beendigung des Ladevorganges unter Last erfaßt wird, da dieser Wert der Batterie-Klemmspannung von dem Ladezustand der Batterie eng abhängt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Im folgenden werden Aiisführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches, teilweise in Blockform gezeichnetes Diagramm einer Anordnung zur automatisehen Beendigung des Schnelladevorganges in Abhängigkeit von der Klemmenspannung der Batterie während des Entladens;

F i g. 2 ein Schaubild, welches die Klemmenspannung einer Batterie während der Entladung bei verschiedenen Ladungszuständen zeigt;

Fig.3 und 4 schematische, teilweise in Blockform gezeichnete Diagramme abgewandelter Schaltungsanordnungen gemäß derjenigen der F i g. 1;

F i g. 5 ein schematisches Diagramm einer besonderen Anwendung der automatischen Beendigungsschallung nach F i g. 4.

In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen Batterie dargestellt, die den Schnelladevorgang automatisch beendet, wenn die Klemmenspannung der Batterie 1 eine bestimmte Zeitspanne nach Beginn des Entladestromfiusses während eines Entladeintervalles einen vorbestimmten Wert annimmt

Die Kurven in Fig.2 stellen die Klemmenspannung" der Batterie 1 als Funktion der Zeit nach Anlegen des Entladestrompfads und damit während des Entladens der Batterie im Laute des Ladevorganges dar. Der Entladeimpuls beginnt am Zeitpunkt Ti. Die Klemmenspannung fällt von ihrem Wert zum Zeitpunkt Ti mit einer Geschwindigkeit ab, welche vom Ladezustand der Batterie 1 abhängt Mit zunehmender Ladung in der Batterie 1 verringert sich die Abnahmegeschwindigkeit Daher steigt die Klemmenspannung der Batterie 1 am Zeitpunkt T₂ nach der Entladung mit der Größe der Ladungen.

Wie F i g. 1 zeigt, ist die Batterie 1 mit einer Steuerschaltung 3 über einen Kontakt 7 verbunden, während ein normalerweise offener Kontakt A₂ und eine Relaiswicklung Wb in Reihe und über einen Kontakt 8 ebenfalls an der Steuerschaltung 3 liegen. Eine Ladestromquelle 2 ist mit der Batterie 1 über die Steuerschaltung 3 und einen Unterbrecher 20 verbunden. Die Ladestromquelle 2 kann Gleichstrom oder auch Wechselstrom liefern, wobei letzterer durch die Ί5 Steuerschaltung 3 gleichgerichtet wird. Der Kontakt A₂ wird von einem Relais in der Steuerschaltung 3 gesteuert. Eine Zenerdiode 30 und ein Strombegrenzungswiderstand 31 liegen in Reihe parallel zur Batterie 1 über einen normalerweise offenen Kontakt B. Eine Wicklung 21 ein steuerbarer Halbleiterschalter 23 und ein Strombegrenzungswiderstand 24 liegen durch den Kontakt 7 ebenfalls an der Batterie 1.

Das Relais We ist ein Verzögerungsrelais. Daher wird das Schließen des Kontaktes B nach dem Schließen des Kontaktes Ai um die Zeitspanne T₂-Tt verzögert. Die Verbindungsstelle der Zenerdiode 30 und des Widerstandes 31 ist mit der Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalters 23 verbunden. Wenn die Batterie geladen wird, ist der Siliziumgleichrichter 23 nichtlei-M tend. Jedesmal, wenn der Kontakt Aj schließt während eines Entladungsintervalles, schließt der Kontakt Seine kurze Zeitspanne später, zum Zeitpunkt T₂ in F i g. 2, um die Klemmenspannung der Batterie 1 an die Zenerdiode 30 und den mit ihr in Reihe liegenden Widerstand 31 5 anzulegen. Wenn die Batterie 1 voll geladen ist oder den gewählten Ladungszustand erreicht, übersteigt ihre an die Zenerdiode 30 und den Widerstand 31 beim Schließen des Kontaktes B angelegte Klemmenspan-

nung die Zenerspannung der Zenerdiode 30, so daß Strom durch den Widerstand 31 fließt Wenn dies geschieht, wird an die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalter 23 eine positive Spannung angelegt und zündet diesen. Der hierauf von der Batterie durch die Wicklung 21 fließende Strom reicht aus, den Kontakt des Unterbrechers 20 zu öffnen und den Schnelladevorgang zu beenden. Ferner öffnet mit dem Unterbrecher 23 der Kontakt A₂ und verhindert unnötige Entladung der geladenen Batterie 1.

F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, bei der an die Stelle des Verzögerungsrelais Wb ein monostabiler Multivibrator 32 getreten ist. Die Widerstände 33 und 34 sowie der Kontakt A₂ liegen über der Batterie 1. Der Trigger-Eingang des Multivibrators ist an die Verbindung der Widerstände 33 und 34 gekoppelt, während der Ausgang des Multivibrators 32 an der Verbindungsstelle der Zenerdiode 30 mit dem Widerstand 31 liegt Die Verbindung der Wicklung 21 und der Zenerdiode 30 ist mit der Verbindungsstelle des Kontaktes A₂ und des Widerstandes 33 verbunden. Wenn der Kontakt A₂ am Beginn jedes Entladungsintervalles schließt, fließt Strom von der Batterie 1 durch die Widerstände 33 und 34, wodurch der Multivibrator 32 für die Zeitspanne T₂- Tt in seinem halbstabilen Zustand getriggert wird.

Wenn sich der Multivibrator in diesem halbstabilen Zustand befindet, liegt an seinem Ausgang negatives Potential. Aus diesem Grunde ist der steuerbare Halbleiterschalter 23 ungeachtet der Klemmenspannung der Batterie 1 nicht in der Lage zu zünden. Nach jener Zeitspanne kehrt der Multivibrator 32 in seinen stabilen Zustand zurück, in welchem an seiner Ausgangsklemme positives Potential liegt Wenn zu diesem Zeitpunkt, d. h. zum Zeitpunkt Tz in Fi g. 2, die Klemmenspannung der Batterie 1 ausreichend hoch ist zündet der steuerbare Halbleiterschalter 23 und der Kontakt des Unterbrechers 20 öffnet, so daß der Schnelladevorgang beendet wird.

Fig.4 zeigt eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, in welcher an die Stelle des Verzögerungsrelais Wb ein Verzögerungskreis 39 getreten ist. Der Verzögerungskreis 39 liegt über einem Lastwiderstand 40, welcher in den Schaltkreis über der Batterie 1 als Entladungsstrompfad eingeschaltet wird, wenn der Relaiskontakt A₂ schließt, welcher mit dem Lastwiderstand 40 über der Batterie 1 in Reihe liegt. Der Verzögerungskreis 39 schließt ferner einen Widerstand

41 ein, welcher in Serie mit der Parallelanordnung eines Kondensators 42 und eines Widerstandes 43 liegt Der Spannungs-Fühlerkreis der Zenerdiode 30 und des Widerstandes 31 liegt am Kondensator 42.

Wenn am Beginn jedes Entladungsintervalls der Kontakt A₂ schließt, fließt Strom von der Batterie 1 durch den Widerstand 41 und beginnt den Kondensator

42 zu laden.

Am Ende jedes Entladungsimpulses und beim Öffnen des Kontaktes A₂ entlädt der Kondensator 42 über den Widerstand 43 parallel zu der Reihenschaltung der Widerstände 41 und 40, Wenn die Ladung der Batterie &o zunimmt und die Klemmenspannung während der Endladungsvorgänge ansteigt, wird der Kondensator 42 auf diese höhere Spannung geladen.

Die Spannung über dem Kondensator 42 liegt an der Zenerdiode 30 und dem Widerstand 31. Wenn die hi Kondensatorspannung die Zenerspannung der Zenerdiode 30 übersteigt, fließt Strom durch den Widerstand 31 und die Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalters 23, so daß dieser zündet Demgemäß fließt Strom von der Batterie 1 durch die Wicklung 21 und öffnet den Kontakt des Unterbrechers 20, so daß der Schnelladevorgang beendet wird. Der Verzögerungskreis kann auch weggelassen werden, wenn die Ansprechzeil des Spannungs-Fühlerkreises bzw. der dazugehörenden Elemente, wie der Zenerdiode 30, hinreichend lang ist

In manchen Fällen ist es wünschenswert, am Ende des Schnelladevorganges eine Ausgleichsladung aufzubringen. In F i g. 5 ist ein Schaltkreis hierfür dargestellt, der anstelle der Ladestromquelle 2 einen Transformator 62 mit einer Primärwicklung 63 und einer ersten Sekundärwicklung 64, einer zweiten Sekundärwicklung 66 und einer dritten Sekundärwicklung 65 enthält und dessen Eingangsklemmen 60, 61 über einen Schalter 67 an die übliche Wechselspannung (50 Hz) angelegt werden. Die Steuerschaltung 3 ist ersetzt durch die Schaltungselemente 70 bis SO.

Die Reihenschaltung aus dem A/cden-Kathoden-Kreis eines zweiten steuerbaren Halbleitersehalters 70 und der zu ladenden Batterie 1 liegt über der Sekundärwicklung 64. Die Reihenschaltung eines Widerstandes 72, eines Widerstandes 73 und einer Diode 74 ist über die Sekundärwicklung 65 gelegt. Die Diode 74 ist so gepolt daß sie bei den gleichen Halbzyklen des Wechselstromes leitet wie der Halbleiterschalter 70 (dieser ist so gepolt daß er Strom von derjenigen Richtung leitet in der die Batlerie 1 geladen wird). Eine Diode 75 und ein Widerstand 76 sind in Reihe zwischen die Anode und die Steuerklemme des Halbleiterschalters 70 geschaltet Die Diode 75 ist so gepolt, daß sie bei den gleichen Halbzyklen des Wechselstromes leitet wie der Halbleiterschalter 70. Zwischen die Steuerklemme und die Kathode des Halbleiterschalters 70 ist ein Widerstand 77 geschaltet. Eine Zenerdiode 78 verbindet die Verbindungsstelle der Widerstände 72 und 73 mit der Verbindungsstelle der Widerstände 76 und 77. Die Zenerdiode 78 ist so gepolt, daß ihre Durchschlagspannung überschritten wird, sobald die Klemmenspannung der Batterie 1 über einen bestimmten Wert ansteigt. Die Sekundärwicklung 66, ein zweiter Strombegrenzungswiderstand 50 und der Anoden-Kathoden-Kreis eines dritten steuerbaren Halbleiterschalters 80 sind über den Klemmen der Batterie 1 in Reihe geschaltet und nehmen die Stelle des Relaiskontakts A₂ und des Lastwiderstands 40 der F i g. 4 ein. Der Halbleiterschalter 80 ist so gepolt, daß er den von der Batterie 1 gelieferten Strom leitet. Zwischen der Steuerklemme und der Kathode des Halbleiterschalters 80 liegt der Widerstand 72.

Parallel zum zweiten Strombegrenzungswiderstand 50 lir^t die aus Fig.4 bekannte Schaltung aus Verzögerungskreis 39 und Spannungsfühler 30, 31. Um die Beendigung des Schnelladevorgangs zu steuern, liegt eine Serienschaltung aus dem steuerbaren Halbleiterschalter 23, dem ersten Strombegrenzungswiderstand 24 und einer Relaiswicklung Wc parallel zu der Reihenschaltung aus zweiter Sekundärwicklung 66 und dem zweiten Strombegrenzungswiderstand 50, wobei die Steuerelektrode des Halbleiterschalt^rs 23 vom Spannungsfühler 30,31 Steuerspannung erhält.

Wenn der Schalter 67 geschlossen wird, zündet eine kurze Zeit nach dem Einsatz der positiven Halbperiode der zweite Halbleiterschalter 70 und stellt den Ladestrompfad zur Batterie 1 so lange her, wie die Sekundärspannung über der Batteriespannung liegt. Der während der positiven Halbperioden von der

Sekundärwicklung 65 erzeugte, durch den Widerstand 72 fließende Strom /Ί bewirkt am Widerstand 72 einen Spannungsabfall, der zusammen mit der Klemmenspannung der Batterie 1 die an der Zenerdiode 78 Hegende Vorspannung darstellt. Die Durchschlagspannung der Zenerdiode 78 wird erst überschritten, wenn die Klemmenspannung der Batterie 1 den gewählten Wert erreicht, bei dem der Endladestrompfad zur Endladung anzulegen ist. Wenn die Sekundärspannung an der Wicklung 65 dann im Verlauf der positiven Halbperi öden unter die von der Batterie 1 mittels des Stromanteils /2 am Widerstand 72 erzeugte Spannung abfällt, wird die Steuerklemme des dritten Halbleiterschallers 80 wegen der von der Batterie 1 gelieferten Anoden-Kathoden-Vorspannung in den leitenden Zustand getriggert, und die Batterie 1 beginnt sich dann durch die Sekundärwicklung 66, den Strombegren-

/weiten steuerbaren Halbleiterschalters 70. Sobald dieser Kontakt schließt, ist der steuerbare Halbleiterschalter 70 daran gehindert, durch Zünden einen Strompfad geringen Widerslandes für den Durchgang von Ladestrom zur Verfügung zu stellen. Es fließt jedoch ein geringer Ladestrom durch den Strompfad der Diode 75 und des Widerstandes 76 mit hohem Widerstandswert, so daß der Batterie 1 nach Beendigung des Schnelladevorganges noch eine Ausgleichsladung zugeführt wird. Das Schließen des Relaiskontaktes C? erfolgt folgendermaßen: Heim Zünden des steuerbaren Haibleiterschalters 80 wird die Klemmenspannung der Batterie 1 an den Spannungs-1 ühler gelegt, um in Abhängigkeit vom Erreichen einer bestimmten Klemmenspannung, welcher ein gewählter Ladezustand der Batterie 1 entspricht, den steuerbaren Halbleiterschalter 23 zu betätigen. Dessen Zündung läßt ausreichenden

/.UllgÄWlUCl atdllU JV UIIU UCII UIItICII I IdILfICItCI 311IUIlCI 80 zu entladen. Die Sekundärwicklung 65 dient also dazu, am Widerstand 72 eine Spannung zu erzeugen, die den Punkt des Durchschlagens der Zenerdiode 78 steuert, nachdem die Klemmenspannung der Batterie I den gewählten Wert erreicht hat, sie dient ferner zur Steuerung des Anlegens des Elndladestrompfades nach dem Durchschlagen der Zenerdiode 78.

Ein normalerweise offener Relaiskontakt C; liegt zwischen der Steuerelektrode und der Kathode des

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fließen, so daß der Kontakt Ci viii ißt. Damit öffnet gleichzeitig der Kontakt C\ und schaltet die Sekundärwicklung 66 aus dem Schaltkreis heraus, so daß die steuerbaren Halbleiterschalter 23 und 80 durch die Batterie 1 positiv vorgespannt bleiben. Auf diese Weise bleibt auch die Wicklung W< erregt und hält den 2) Relaiskontakt C2 für die Zuführung v/eiterer Ausgleichsladung geschlossen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen Batterie mittels eines in Ladeintervallen zugeführten Ladestromes mit einer Steuerschaltung, die in den Ladepausen jeweils eine Last an die Batterie schaltet (Entladeintervalle) und mit einem zwischen der Batterie und einer Ladespannungsquelle angeordneten Ladeschalter, der von einem Spannungsfühler bei Erreichen einer vorbestimmten, unter Last erfaßten Batterie-Klemmenspannung zur Beendigung des Ladevorganges geöffnet wird, nach Patent 1638085, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung (Wb; 32; 39), welche das Anlegen des Spannungsfühlers (30) an die Klemmenspannung der Batterie (1) gegenüber dem Beginn eines Entladeintervalls verzögert

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zu der Verzögerungsschaltung ein Verzögerungsrelais (Wb) gehört, dessen Erregerwicklung Lei Beginn eines Entladeintervalls durch die Steuerschaltung (3) mit der Batterie (1) verbunden wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zu der Verzögerungsschaltung ein monostabiler Multivibrator {32) gehört, der bei Beginn eines Entladeintervalls von der Steuerschaltung (3) angesteuert wird und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums ein Ausgangssignal abgibt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzöt-ningsschaltung von der Steuerschaltung (3) bei Beginn eines Entladeintervalls eingeschaltete RC-G "eder (39) mit einer vorbestimmten Zeitkonstante enthält