DE1933884A1

DE1933884A1 - Batterieladegeraet

Info

Publication number: DE1933884A1
Application number: DE19691933884
Authority: DE
Inventors: Singh William Kartar
Original assignee: NV Tools Ltd
Current assignee: NV Tools Ltd
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1969-07-03
Publication date: 1970-12-10
Also published as: GB1274756A

Description

Patentanwalt·
DlpJ.-lng. R. Beetz u.
Dipl.-Ing. Lamprecht ⁶T"¹⁴-73OP 3-7· 1969

München 22, Steinsdorfstr. 10

N. V. TOOLS LIMITED, Brentwood (Essex), Großbritannien

Batterieladegerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Batterieladegerät.

Für die Aufladung von Batterien ist es erforderlich, einerseits eine Gleichspannung an deren Klemmen anzulegen, die höher ist als die Klemmenspannung der zu ladenden Batterie in aufgeladenem Zustand, und andererseits sicherzustellen, daß in jedem Zustand der Batterie der die Batterie durchfließende Strom durch außerhalb der Batterie liegende Schaltungsteile begrenzt wird. Üblicherweise werden Vorkehrungen getroffen, daß der die Batterie durchfließende Ladestrom während der Ladezeit sich in seiner Größe nicht stark ändert. Nach einer vorgegebenen Zeit wird der Ladevorgang abgebrochen und die Batterie als vollgeladen betrachtet.

Die Klemmenspannung einer geladenen Batterie, der ein Ladestrom zugeführt wird, liegt ein wenig höher als die

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Klemmenspannung der gleichen Batterie kurz bevor sie voll aufgeladen ist. Diese Eigenschaft von aufladbaren Batterien wird bei der vorliegenden Anmeldung dazu benutzt, um eine automatische Einrichtung zur Überwachung des der Batterie zugeführten Ladestromes zu schaffen, und außerdem dazu, die an die Batterie angelegte Ladespannung zu überwachen und so sicherzustellen, daß die Batterie eine angemessene Ladung zugeführt erhält, ohne daß zu irgendeinem Zeitpunkt der für die Batterie maximal zulässige Ladestrom überschritten wird.

Dabei verkörpert sich die Erfindung in einem Batterieladegerät, bei dem eine variable Induktivität für die Überwachung der Ausgangsleistung eines damit verbundenen Transformators benutzt wird und die Änderung der Größe dieser Induktivität durch magnetische Einrichtungen in Abhängigkeit von dem durch einen Thyristor fließenden und einer unabhängigen, magnetisch angekoppelten Wicklung zugeführten Gleichstrom gesteuert wird, welche Wicklung mechanisch oder sonst mit der Hauptspeisequelle verbunden ist, elektrisch jedoch nicht damit in Verbindung steht.

Dabei können zwei oder mehr Thyristoren verwendet werden, die mit zwei oder mehr Wicklungen gekoppelt sind, um die Permeabilität des Materials des Kernes zu variieren, der magnetisch mit all den Wicklungen gekoppelt ist, die mechanisch nicht miteinander verbunden sind« Außerdem können elektronische Vorkehrungen getroffen sein, um den oder die Thyristoren vom leitenden in den nichtleitenden Zustand und umgekehrt zu überführen, und außerdem kann eine Anzeigelampe angebracht sein, die den jeweiligen Betriebszustand des oder der Thyristoren anzeigt«

Gemäß der vorliegenden Anmeldung wird der einen Thyristor durchfließende Strom dazu benutzt, die Größe einer

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variablen Induktivität zu ändern, die mit der Primärwicklung eines Transformators in Serie geschaltet ist, dessen Sekundärwicklung als Wechselspannungsquelle für eine Gleichrxchterbrückenschaltung oder sonst eine Gleichrichterschaltung dient, deren Ausgangsleistung zur Ladung der Batterie benutzt wird. Dabei wird die Größe der in Reihe liegenden Induktivität durch Veränderung der Permeabilität des magnetischen Materials variiert, das den Kern der Induktivität bildet. Dabei führt eine verminderte Permeabilität zu einer Verkleinerung der Größe der in Reihe geschalteten Induktivität, woraus sich eine erhöhte Spannung auf der Sekundärseite des Transformators ergibt, der die Gleichrichter speist; die als Gleichspannungsquelle für die Ladung der zu ladenden Batterie dienen.

Wenn eine Batterie Ladung zugeführt erhält, steigt ihre Klemmenspannung an, und dieser Spannungsanstieg wird erfindungsgemäß nach entsprechender Verstärkung für die Steuerung des Betriebszustandes eines Thyristors herangezogen. Dabei wird der Thyristor in leitenden Zustand versetzt, wenn die Klemmenspannung der zu ladenden Batterie niedrig ist und in den nichtleitenden Zustand überführt, wenn die Klemmenspannung der zu ladenden Batterie hoch ist. Mit Zuführung von Ladung zu der Batterie steigt deren Klemmenspannung an, und der Thyristor wird ausgeschaltet, wodurch sich der Ladestrom vermindert. Als Folge davon vermindert sich die Batteriespannung mit dem Absetzen des aktiven Materials in den Platten. Dies führt dazu, daß der Thyristor wieder eingeschaltet wird und der Ladestrom zunimmt. Dieser Zyklus für den Ladestrom läuft so lange weiter, bis die Batterie voll aufgeladen ist und der Ladestrom auf einen sehr kleinen Wert absinkt.

Um eine·Isolierung der an den Thyristor angeschlossenen Schaltung von der Hauptspeisequelle zu erreichen, ist

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die in Serie geschaltete Induktivität mit zwei sehr eng gekoppelten Wicklungen versehen, die elektrisch voneinander isoliert sind, und sind die Thyristorschaltungen mit der von der Hauptwicklung isolierten Wicklung verbunden. Für die Anzeige des Betriebszustandes des Thyristors sind optische Schauzeichen vorgesehen. Der den Thyristor durchfließende Strom wird zur gleichspannungsmäßigen Sättigung des Kernmaterials für die in Serie liegende Induktivität herangezogen.

Zur Veranschaulichung des Aufbaus und der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Batterieladegeräts ist in der Zeichnung ein mögliches Ausführungsbeispiel dafür in Form eines Schaltbildes dargestellt· Bei diesem Ausführungsbeispiel dient ein Transformator T1 als Speisespannungsquelle für die Aufladung einer Batterie B und wird zur Gleichrichtung der von dem Transformator T1 gelieferten Wechselspannung eine Gleiehrichtorschaltung GL1 benutzt.

In Serie zu der Primärwicklung des Transformators T1 ist die Primärwicklung eines Transformators T2 geschaltet, der als variable Induktivität dient. Ein Ende S1 der Sekundärwicklung des Transformators T2 ist über eine Lampe L 1 mit der Anode A eines Thyristors Th verbunden. Das andere Ende S2 der Sekundärwicklung des Transformators T2 ist mit der. Kathode C des Thyristors Th verbunden. Zwischen einer -Anzapfung der Sekundärwicklung des Transformators T2 und dem zweiten Ende S2 dieser Wicklung ist eine Anzeigelampe L2 eingefügt. Die Kathode C des Thyristors Th ist über einen Widerstand R6 an den Verbindungspunkt J1 zweier Widerstand· R1 und R2 angeschlossen. Die Widerstände R1 und R2 liegen in Serie zueinander und überbrücken den Gleichspannungsauegang der Gleichrichterschaltung GL1. Das dem Verbindungspunkt JT abgewandte Ende des Widerstandes R1 ist mit der von der Gleichrichterschaltung GL1 aus-

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gehenden negativen Ladeleitung verbunden, während das dem Verbindungspunkt J1 abgewandte Ende des Widerstandes R2 an die von der Gleichrichterschaltung GL1 ausgehende positive Ladeleitung angeschlossen ist. Die Torelektrode G des Thyristors Th ist über einen Widerstand R5 zu dem Verbindungspunkt J2 zweier Widerstände R3 und R4 geführt. Auch die Widerstände R3 und Rk liegen in Serie zueinander und überbrücken den Gleichspannungsausgang des Gleichrichters GL1.

Das Widers tands verhäl tni s ist zahlenmäßig

R3 + R4 kleiner als das Widers tands verhältnis ° Dadurch

ist sichergestellt, daß die Spannung zwischen dem Verbindungspunkt J1 und der positiven Ladeleitung ohne Zuführung eines eingangsseitigen Steuersignals stets negativer liegt als die Spannung des Verbindungspunktes J2 gegenüber der positiven Ladeleitung. Dies ermöglicht einen leitenden Zustand des Thyristors Th. Bei dieser Betriebsweise läßt der Thyristor Th Strom nur in einer Richtung durch. Dieser Strom durchfließt die Sekundärwicklung des Tranffotmof- *£-4tors T2 und bringt dessen Kern gleichstrommäßig zur Sättigung. Dadurch vermindert sich die magnetische Permeabilität des Kernes und führt zu einem Abfall der Induktivität für die Primärwicklung des Transformators T2. Dadurch wird die Anlage einer höheren Wechselspannung an die Primärseite des Transformators T1 möglich, was wiederum eine Ladungszuführung an die Batterie B über eine isolierende Diode DI möglich macht.

Sobald infolge des ihr zugeführten Ladestromes die Klemmenspannung der Batterie B einen vorgegebenen Wert überschreitet, machen Zenerdioden ZDt und ZD2 die Anlage einer erhöhten negativen Spannung an die Basis eines Transistors TR1 über ein Potentiometer VR1 möglich. Dadurch wird der Traneistor TRl leitend, und der Widerstand R2

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wird durch einen niedrigen Widerstand überbrückt. Dies wiederum führt dazu, daß die Spannung an dem mit der Kathode C des Thyristors Th verbundenen Verbindungspunkte J1 weniger stark negativ wird als die Spannung an dem mit der Torelektrode G des Thyristors Th verbundenen Verbindungspunkt J2. Damit ist aber die notwendige Bedingung für die Überführung des Thyristors Th in den nichtleitenden Zustand geschaffen, sobald die seiner Anode A zugeführte Wechselspannung während der nächsten wenigen Millisekunden durch Null gehtο

Bei diesem Betriebszustand ist überhaupt kein Stromfluß durch den Thyristor Th und damit durch die Sekundärwicklung des Transformators T2 mehr möglich. Damit fallen die gleichspannungsmäßigen Amperewindungen für den Kern des Transformators T2 aus, und dementsprechend gibt es auch keine Sättigung mehr dafür. Dadurch gewinnt die Induktivität der Primärwicklung des Transformators T2 ihre normale erhöhte Größe wieder, und als" Folge davon steigt der WechselSpannungsabfall über die Primärwicklung des Transformators T2 an, und dadurch wieder vermindert sich die für die Primärwicklung des Transformators T1 zur Verfügung stehende Wechselspannungo Dies wiederum vermindert die an der Sekundärwicklung des Transformators T1 auftretende Spannung, und dementsprechend nimmt auch der Ladestrom für die Batterie B ab.

Diese Verminderung des Ladestromes aber, gibt dem aktiven Material in der Batterie die Möglichkeit zum Absetzen. Die unter diesen Umständen auftretende geringfügige Absenkung der Klemmenspannung der Batterie B befreit die Basis des Transistors TR1 von ihrer negativen Spannung, wodurch der Thyristor Th erneut leitend wird und der gesamte Zyklus mit erhöhtem Ladestrom und anschließendem vermindertem Ladestrom sich von neuem und automatisch

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wiederholt, bis die Batterie B voll aufgeladen ist und die für ihren vollgeladenen Betriebszustand charakteristische Klemmenspannung zeigt. In diesem Augenblick vermindert sich der Ladestrom automatisch auf einen sehr kleinen Wert, bis die Klemmenspannung der Batterie erneut durch Stromentnahme abgesenkt wird und der Ladezyklus automatisch von neuem in Gang kommt* Ein Aufleuchten der Lampe L1 zeigt an, daß die Batterie B nicht voll aufgeladen ist und der Thyristor Th leitet. Ein Aufleuchten der Lampe L2 dagegen bedeutet, daß die Batterie B voll aufgeladen ist und der Thyristor Th nicht leitete

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Claims

Patentansprüche

π .J Batterieladegerät, gekennzeichnet durch eine Induktivität variabler Größe, die zur Steuerung der Ausgangsleistung eines angekoppelten Transformators dient und sich ihrerseits durch magnetische Einrichtungen in Abhängigkeit von einem durch einen Thyristor fließenden und einer unabhängigen magnetisch angekoppelten und mechanisch, aber nicht auch elektrisch mit der Hauptspeisequelle verbundenen Wicklung zugeführten Gleichstrom variieren läßt.
2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Thyristoren mit zwei oder mehr Wicklungen für die Änderung der Permeabilität des magnetisch mit allen mechanisch nicht miteinander verbundenen Wicklungen gekoppelten Kernmaterials zusammengeschaltet sind.
3. Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch elektronische Einrichtungen zum Umschalten des oder der Thyristoren vom leitenden in den nichtleitenden Zustand und umgekehrt.

k. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Thyristor eine Lampe vorgesehen ist, die seinen jeweiligen Betriebszustand anzeigt.

5· Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thyristor für die Änderung der Größe einer variablen Induktivität vorgesehen ist, die in Serie zu der Primärwicklung eines Transformators liegt, dessen Sekundärwicklung die Wechselspannungsquelle für eine Gleichrichterschaltung bildet, die den Ladestrom für die zu ladende Batterie liefert.

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L e e r s e i t e