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Ladeeinrichtung für Batterien Es kommt vor, daß von einem Batterieladegerät
zwei lange Sammelschienen ausgehen, an welche in großen Abständen voneinander die
zu ladenden Batterien angeschlossen werden. Hierbei kann es sich z. B. darum handeln,
daß eine größere Zahl von Reisezugwagen, deren Batterien geladen werden sollen,
auf einem langen Stehgleis stehen und längs dieses Gleises die von einem Ladegerät
ausgehenden Sammelschienen verlegt sind, an welche die Batterien angeschlossen werden
sollen. Wegen der großen Länge der Schienen tritt an diesen ein entsprechender Spannungsabfall
auf. Dieser kann Schwierigkeiten bereiten, wenn in an sich bekannter Weise zur selbsttätigen
Beendigung des Ladevorganges im Ladegerät eine Steuereinrichtung vorgesehen wird,
die dadurch wirksam wird, daß beim Erreichen des Ladeendzustandes die Batteriespannung
ansteigt.
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Wenn nämlich hierbei die selbsttätige Beendigung des Ladevorganges
unter dem Einfiuß derjenigen Spannung erfolgt, welche die von dem Ladegerät am weitesten
entfernte Batterie aufweist, besteht die Gefahr, daß die in der Nähe des Ladegerätes
befindlichen Batterien auch nach dem Erreichen ihres Ladeendzustandes noch eine
Zeit lang von einem starken Strom durchflossen werden, weil die von dem Ladegerät
weiter entfernten Batterien noch nicht vollständig aufgeladen sind. Die Überladung
der ersteren Batterien hat aber deren Zerstörung zur Folge.
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Wenn hingegen die selbsttätige Beendigung des Ladevorganges unter
dem Einfiuß derjenigen Spannung erfolgt, welche die dem Ladegerät am nächsten liegende
Batterie aufweist, so wird der Ladestrom schon dann zum Verschwinden gebracht, wenn
diese Batterien ihren Endzustand erreicht haben, während die weiter entfernt angeordneten
Batterien noch nicht genügend aufgeladen sind.
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Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist vorgeschlagen worden, daß von
zwei die Speisestellen für die Batterien aufweisenden Sammelschienen eine mit einem
Ende und die andere mit dem entgegengesetzten Ende an das Ladegerät angeschlossen
ist und an den beiden übrigen Enden der Sammelschienen die Spannung zur Speisung
einer Steuerwicklung abgegriffen wird, welche die Vormagnetisierung der Drossel
beeinflußt.
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Diese Anordnung genügt in vielen Fällen, in denen die Sammelschienen
nicht zu lang sind und es auf die Einhaltung des Grenzwertes der Batteriespannung
nicht allzu genau ankommt, etwa weil nur eine Stoßladung erfolgt, wobei eine einmalige,
kurzzeitige Hberschreitung der Spannung nicht schädlich ist. Um aber auch höheren
Ansprüchen zu genügen, wird - ausgehend von einer Ladeeinrichtung für Batterien,
die an zwei Sammelschienen in weit voneinander entfernten Punkten angeschlossen
sind, zwischen denen während des Ladevorganges ein merklicher Spannungsabfall auftritt,
wobei die eine Sammelschiene mit einem Ende und die andere Schiene mit dem entgegengesetzten
Ende an ein Ladegerät angeschlossen ist, das eine vorzugsweise mit einer vormagnetisierten
Drossel versehene Steuereinrichtung aufweist, die beim Erreichen des Ladezustandes
eine Batterie unter dem Einfluß der hierbei ansteigenden Batteriespannung den Ladestrom
selbsttätig zumindest annähernd zum Verschwinden bringt - gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung des Ladegerätes an den Pluspol
und/oder an den Minuspol jeder einzelnen Batterie über je eine Sperrzelle angeschlossen
ist und die Sperrzellen so angeordnet sind, daß sie verhindern, daß von einem Plus-
oder Minuspol einer Batterie zu einem ein niedrigeres Potential aufweisenden Plus-
bzw. Minuspol einer anderen Batterie über eine Anschlußleitung der Steuereinrichtung
ein Strom abfließt.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles
des Erfindungsgegenstandes ein Schaltbild, in Fig. 2 ein abgewandeltes Schaltbild
und in Fig. 3 ein der Schaltung nach Fig.2 entsprechendes Schaubild.
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Bei der Schaltung nach Fig.1 ist mit 1 ein Ladegerät bezeichnet, das
beispielsweise an ein Wechselstromnetz angeschlossen sein und einen Gleichrichter
enthalten kann. An zwei nicht dargestellten Abstellgleisen
für
Reisezugwagen entlang sind zwei Sammelschienen 2, 3 verlegt. Sie sind U-förmig geführt,
wobei jeder U-Schenkel neben einem Abstellgleis angeordnet und an dem von dem Ladegerät
1 abgewandten Ende mit dem anderen U-Schenkel verbunden ist. An die Sammelschienen
2, 3 sind parallel zueinander Akkumulatorenbatterien 4, 5, 6, 7 der auf den Abstellgleisen
stehenden Reisezugwagen angeschlossen. Die Anschlußpunkte sind mit 9, 10;11,
12;
13, 14; 15, 16 bezeichnet. Der Pluspol 19 des Ladegerätes
1 ist durch eine Leitung 20 mit dem einen Ende 21 der Plusschiene
2 verbunden, während der Minuspol 22 des Ladegerätes durch eine Leitung
23 mit demjenigen Ende 24 der Minusschiene 3 verbunden ist, das dem Ende 21 der
Plusschiene 2 entgegengesetzt ist.
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Das Ladegerät 1 enthält eine nicht dargestellte Steuereinrichtung
zur selbsttätigen Beendigung des Ladevorganges. Diese kann z. B. in an sich bekannter
Weise eine vormagnetisierte Drossel aufweisen, die von dem das Ladegerät speisenden
Wechselstrom durchflossen wird. Der zur Vormagnetisierung dieser Drossel dienende
Gleichstrom ,%A ird über einen Gleichrichter aus dem Wechselstromnetz entnommen
und von einer Regeldrossel beeinflußt, deren Stromkreis einen beträchtlichen OhmschenWiderstand
aufweist und die durch drei Steuerwicklungen vormagnetisiert wird. Eine dieser Wicklungen
liefert eine konstante Grundvormagnetisierung, eine zweite im gleichen Sinn wirkende
Wicklung wird von dem Ladestrom durchflossen, und durch die dritte im entgegengesetzten
Sinn wirkende Wicklung fließt ein der betreffenden Batteriespannung proportionaler
Strom. Die letztere Wicklung ist in Fig. 1 dargestellt und mit 25 bezeichnet.
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Die Steuerwicklung 25 ist an jede der Batterien 4, 5, 6, 7 durch Leitungen
26, 27: 28, 29; 30, 31; 32, 33 und unter Vermittlung zweier Sammelschienen 34, 35
derart angeschlossen. daß alle Batterien parallel zueinander mit der Steuerwicklung
25 verbunden sind.
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In jede der Anschlußleitungen 26, 27; 28, 29; 30, 31; 32, 33 ist eine
Sperrzelle 36, 37; 38, 39; 40, 41; 42, 43 eingeschaltet, und zwar derart,
daß jeweils von dem Pluspol 9, 11, 13, 15 der Batterie ein Strom ausschließlich
in Richtung nach der Steuerwicklung 25 hin fließen kann und daß zu dem Minuspol
10, 12, 14, 16 jeder Batterie ausschließlich in Richtung von der Steuerwicklung
her ein Strom fließen kann. Bei dieser Anordnung verhindern die Sperrzellen, daß
von einem Plus- oder Minuspol einer Batterie zu einem ein niedrigeres Potential
aufweisenden Plus- bzw. Minuspol einer anderen Batterie über eine Anschlußleitung
der Steuerwicklung ein Strom abfließt.
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Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise ist in Fig. 2 eine Schaltung
dargestellt, die gegenüber der nach Fig. 1 insofern abgewandelt ist, als die Sammelschienen
2, 3 gerade gestreckt dargestellt und nur drei Batterien 4, 5, 6 vorgesehen sind.
Für das Ladegerät, die Steuerwicklung, die betreffenden Anschlußleitungen und die
Sperrzellen sind die gleichen Bezugsziffern gewählt wie in Fig. 1.
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In Fig. 3 sind über der Länge L der Sammelschienen 2, 3 die in diesen
Schienen auftretenden Spannungspotentiale aufgetragen. Auf der Abszissenachse sind
die Punkte 21, 24, in denen das Ladegerät an die Sammelschienen 2 bzw. 3 angeschlossen
ist, sowie die Anschlußpunkte 9, 10; 11, 12; 13, 14 der Batterien 4, 5 bzw.
6 eingetragen. Das Potential im Anschlußpunkt 21 ist mit P_,1 bezeichnet. Das zu
dem Punkt 24 gehörende Potential wird zu Null angenommen.
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Zunächst mögen die Batterien 4, 5, 6 im ungeladenen Zustand an die
Sammelschienen 2, 3 angeschlossen sein und die Spannungen P4, P5, P6 haben. Die
Batterien werden demgemäß mit einem kräftigen Ladestrom geladen. Der gesamte Ladestrom
fließt in dem zwischen den Punkten 21 und 9 befindlichen Teil der Sammelschiene
2, so daß ein verhältnismäßig großer Spannungsabfall entsteht. Der Verlauf des Potentials
in dieser Strecke der Schiene 2 ist durch die Linie 50 bezeichnet. Zwischen den
Anschlußpunkten 9 und 11 der Batterien 4 bzw. 5 fließt ein Strom, der vermindert
ist um den durch die Batterie 4 geschickten Strom. Infolgedessen hat die
Neigung der Linie 51, die den durch den Widerstand in der Schiene 2 bedingten Verlauf
des Potentials zwischen den Punkten 9 und 11 bezeichnet, eine geringere Neigung
als die Linie 50. Zwischen den Anschlußpunkten 11 und 13 der Batterie 5 bzw.
6 fließt ein Strom, der noch weiter vermindert ist um denjenigen Strom, der durch
die Batterie 5 geschickt wird. Infolgedessen hat die Linie 52, die den Verlauf des
Potentials in der Schiene 2 zwischen den Punkten 11 und 13 veranschaulicht, eine
geringere Neigung als die Linie 51. Da dieser Strom in seiner Gesamtheit durch die
Batterie 6 geschickt wird, fließt in dein sich an den Punkt 13 anschließenden Teil
der Sammelschiene 2 kein Strom. Das Potential bleibt daher in diesem Teil der Schiene
konstant entsprechend der waagerechten Linie 53.
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In dem Punkt 10 der Sammelschiene 3 herrscht ein Potential, das entsprechend
der waagerechen Linie 54 in dem nicht von Strom durchflossenen Anfangsteil der Schiene
3 konstant ist. Zwischen den Punkten 10
und 12 nimmt das Potential
entsprechend der Linie 55 ab, da der aus der Batterie 4 austretende Strom in diesem
Abschnitt der Schiene 3 entsprechend deren Widerstand einen Spannungsabfall ergibt.
In Punkt 12 kommt noch der aus der Batterie 5 heraustretende Strom hinzu, so daß
das Potential zwischen den Anschlußpunkten 12 und 14 stärker abnimmt,
also die Linie 56 eine größere Neigung hat als die Linie 55. Noch stärker ist die
Neigung der Linie 57, die den Verlauf des Potentials zwischen den Anschlußpunkten
14 und 24 kennzeichnet, da durch diesen Abschnitt der Schiene 3 auch noch der aus
der Batterie 6 austretende Strom, also der gesamte Ladestrom fließt.
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Von den Punkten 9, 11, 13, in denen die Steuerwicklung 25 an die Batterien
4, 5 bzw. 6 angeschlossen ist, hat der Punkt 9 das höchste Potential. Von diesem
Punkt kann aber durch die Anschlußleitung 34 kein Strom nach den Punkten
11 und 13 fließen, da dies durch die Sperrzellen 38, 40 verhindert
wird. Infolgedessen liegt an dem Pluspol der Steuerwicklung 25 das Potential des
Anschlußpunktes 9, was in Fig. 3 durch die waagerecht gestrichelte Linie
60 angedeutet ist.
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Von den Punkten 10, 12, 14, in denen der Minuspol der Steuerwicklung
25 an die Schiene 3 angeschlossen ist, hat der Punkt 14 das niedrigste Potential.
Es kann aber von den Punkten 10 und 12 kein Strom zu dem Punkt 14
fließen, weil dies durch die Sperrzellen 37, 39 verhindert wird. Infolgedessen hat
der Minuspol der Steuerwicklung 25 das Potential des Anschlußpunktes 14, was in
Fig. 3 durch die waagerechte Linie 61 angedeutet ist. An der Wicklung 25
liegt
sonach eine Spannung P..5, die größer ist als jede der Spannungen P4, P5, P6 der
drei Batterien.
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Wenn der Ladevorgang fortschreitet, steigen die Spannungen an den
Batterien, was in Fig. 3 durch die doppelten Pfeilspitzen angedeutet ist. Mit diesem
Ansteigen der Batteriespannung ist eine Verminderung des Ladestromes verbunden,
so daß die Linien 50',
51', 52', 55', 56', 57', die den Verlauf des
Potentials in den Sammelschienen 2, 3 veranschaulichen, entsprechend den geringeren
Werten des Spannungsabfalles geringere Neigungen haben als vorher. Wegen der erfindungsgemäß
verwendeten Sperrzellen wird auch hierbei die an der Steuerwicklung 25 auftretende
Spannung P._; gleich dem Unterschied zwischen dem Potential im Punkt 9 und
dem Potential im Punkt 14
sein, also größer als jede der Spannungen der drei
Batterien.
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Man wird nun die Steuereinrichtung so einstellen, daß bei einem vorher
bestimmten Höchstwert der an der Steuerwicklung 25 anliegenden Spannung der
Ladestrom selbsttätig praktisch zum Verschwinden gebracht wird. Hierbei kann, wie
sich aus dem Vorstehenden ergibt, die Spannung keiner der Batterien diesen Höchstwert
überschreiten, so daß ein schädliches Überladen einzelner Batterien vermieden wird.
Andererseits werden anfängliche Unterschiede zwischen den Ladungszuständen und demgemäß
den Spannungen der einzelnen Batterien während des Ladevorganges weitgehend ausgeglichen,
da durch die jeweils noch weniger stark aufgeladenen Batterien ein größerer Anteil
des Ladestromes fließen wird als durch die bereits stärker aufgeladenen Batterien,
deren Spannungen sich schon mehr dem Höchstwert angenähert haben.
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Es wird daher bei Beendigung des Ladevorganges an allen Batterien
eine nahezu gleiche Spannung und damit eine den praktischen Erfordernissen entsprechende
Volladung aller Batterien erreicht. Unter Umständen kann man sich auch damit begnügen,
jeder Batterie nur eine Sperrzelle zuzuordnen, die entweder in die vom Pluspol der
Batterie ausgehende Anschlußleitung (z. B. 26) der Steuerwicklung
25 oder in die vom Minuspol der Batterie ausgehende Anschlußleitung (z. B.
27) eingeschaltet ist.