DE1952042B2

DE1952042B2 - Verfahren zum selbsttaetigen laden einer akkumulatorenbatterie in zwei stufen sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE1952042B2
Application number: DE19691952042
Authority: DE
Inventors: Robert Henri Enghien; Godard Pierre Livry-Gargan; Lapuyade (Frankreich)
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1968-10-15
Filing date: 1969-10-15
Publication date: 1973-06-28
Also published as: GB1285068A; LU59585A1; NL6915646A; BE739949A; DE1952042A1; SE353195B; DE1952042C3; GB1285069A; ES372517A1; CH515644A; US3599071A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selbsttätigen Laden einer Akkumulatorenbatterie in zwei Stufen, bei dem ein Ladegerät in Abhängigkeit

ao von einem vorgegebenen Wert der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Batterietemperatur zwischen einer ersten Ladestufe, in der stark geladen wird, und einer zweiten Stufe, in der schwach oder nicht geladen wird, von einer Steuerschaltung umgeschaltet wird. Ferner ist die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gerichtet.

Es sind bereits Vorrichtungen zum selbsttätigen zweistufigen Laden einer Akkumulatorenbatterie be-

kannt, bei welcher der Übergang von Starkladun·: auf Langsamladung in Abhängigkeit der Batterietemperatur durchgeführt wird. Zu diesem Zweck sind in der Regel Thermostaten vorgesehen, vor welchen aus eine Steuerung der Ladevorrichtung vorgenommen wird. Es zeigt sich jedoch, daß die Batterietemperatur als Kriterium zum Umschalten von Stark- auf Langsamladebetrieb und umgekehrt nur beschränkt geeignet ist, weil die Batterietemperatur zum Teil auch von der Umgebungstemperatur abhängt.

Es ist auch bereits eine Ladevorrichtung zum zweistufigen Laden einer Akkumulatorenbatterie bekannt (deutsche Patentschrift 868 466), bei welcher die Umschaltung von Starkladung auf Langsamladung und zurück in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Betriebstemperatur durchgeführt wird. Es zeigt sich jedoch, daß bei Verwendung einer derartigen Ladevorrichtung eine häufige Umschaltung von Starkladung auf Langsamladung und zurück auf Starkladung stattfindet. Dies kann unter Umständen dazu führen, daß instabile Zustände auftreten, in welchen eine kontinuierliche Umschaltung von Starkladung auf Langsamladung vorgenommen wird.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ladevorrichtung besteht darin, daß in manchen Fällen, beispielsweise bei einem starken Ansteigen der Umgebungstemperatur, der vorgegebene Temperaturdifferenzwert erst zu einem relativ spaten Zeitpunkt erreicht wird, so daß eine zu starke Ladung der Akkumulatorenbatterie stattfindet, das wiederum zu einer Schädigung derselben führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum selbsttätigen zweistufigen Laden einer Akkumulatorenbatterie zu schaffen, bei welchem auf einfache Weise sowohl ein häufiges Umschalten zwischen den beiden Ladestufen als auch ein Überladen der Batterie vermieden wird.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß von der zweiten zur ersten Ladestufe bei :inem anderen Differenzwert umgeschaltet wird als von der ersten zur zweiten Ladestufe und daß nach :iner vorbestimmten Ladedauer von der ersten zur zweiten Ladestufe zurückgeschaltet und die zweite Ladestufe beibehalten wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, welche einerseits mit einem Verzögerungskreis und andererseits mit zwei Temperatursonden verbunden ist, von welchen mit einer die Temperatur der zu ladenden Akkumulatorenbatterie abtastbar ist.

Um durch Temperaturschwankungen der Umgebungstemperatur bedingte Fehler soweit wie möglich zu eliminieren, erweist es sich als zweckmäßig, wenn mit der anderen Temperatursonde die Temperatur eine?- Massestückes abtastbar ist. dessen thermische Trägheit im wesentlichen der der Akkumulatorenbatterie entspricht.

Da eine starke Entladung einer Akkumulatorenbatterie ebenfalls eine Erwärmung derselben zur Folge hat, erweist es sich im Hinblick auf eine Steuerung der Ladevorrichtung als zweckmäßig, wenn das Massestück mit einem Widerstand verbunden ist, welcher zwischen der Akkumulatorenbatterie und einem Verbraucher angeordnet ist.

Eine relativ einfache Bauweise der Ladevorrichtung ergibt sich dadurch, daß die beiden Temperatursonden Transistoren sind, deren Widerstand im Emitter-Basis-Übergang eine Funktion der Temperatur ist.

Um zu erreichen, daß die Umschaltung von Starkladung auf Langsamladung und von Langsamladung auf Starkladung bei verschiedenen Temperaturdifferenzwerten vorgenommen wird, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die beiden Transistoren, nämlich der (.."ste und der zweite, und ein dritter Transistor emitterseitig mit einer Spannungsquelle und kollektorseitig mit drei verschiedenen Kreisen verbunden sind, während die Basen des ersten und zweiten Transistors mit dem Ausgangskreis des ersten Transistors und die Basis des dritten Transistors mit dem Ausgangskreis des zweiten Transistors verbunden sind.

Bei einer derartigen Anordnung kann dann eine Steueiung der Schaltvorrichtung derart durchgeführt werden, daß im Ausgangskreis des dritten Transistors die Wicklung eines Steuerrelais angeordnet ist, während in den Ausgangskreisen des ersten und zweiten Transistors Widerstände vorgesehen sind, von !•■'eichen ein im Ausgangskreis des ersten Transistors liegender Widerstand durch einen Ruhekontakt des Steuerrelais überbrückt ist.

Eine weitere Möglichkeit der Steuerung der Schaltvorrichtung ergibt sich dadurch, daß der Ausgangskreis des dritten Transistors über einen Widerstand mit der Basis eines vierten Transistors verbunden ist und daß der mit Widerständen versehene Ausgangskreis des ersten Transistors über einen Widerstand und eine Diode mit dem Ausgangskreis des dritten Transistors verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 ein Pririzipschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die für eine Hilfsbatterie anwendbar ist,

Fig. 3 ein Schaltbild gemäß einer anderen Ausführungsform, in der die wärmeempfindlichen Organe Transistoren sind,

Fig. 4 eine Variante zu Fig. 3,
F i g. 5 ein Schaltbild, welches die Anwendung der Vorrichtung mit einer Aufwärmung der Umgebungssonde bei dem Wiederaufladen einer Batterie in einem Hilfsversorgungsblock zeigt, und

Fig. 6 ein Schaltbild einer praktischen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die zur Steuerung eines Ladegerätes mit konstantem Strom verwendet wird.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer als Notstromversorgung bei Netzausfall gedachten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfaßt eine erste

ao Temperatursonde S₁. die der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist. und eine zweite Temperatursonde S.>. die die Temperatur der batterie B abtasten kann; sie umfaßt weiter elektronische Detektor-. Verstärkerund Steuerschaltungen DAC, welche in Abhängigkeit von dem durch die thermischen Sonden gemessenen Temperaturunterschied die Umschaltung des Ladegerätes Ch entweder auf seine Stufe eines Starkladungsbetriebes oder auf seine Stufe eines Langsamladungsbetriebes sicherstellen; und schließlich umfaßt sie einen Verzögerungskreis Te. welcher auf die Schaltungen DAC einwirkt, um zwangläunü bei Fälligkeit einer Zeitverzögerung, die von der Rückkehr des Netzes nach einer Störung an zu laufen beginnt, die Umschaltung des Ladegerätes auf die Stufe einer Langsamladung (Unterhaltungsladung) zu veranlassen.

Die zwei Stufen des Ladegerätes können sein entweder zwei Ladungsstufen bei konstanter Spannung oder zwei Ladungsstufen bei konstanter Stromstärke oder zwei Ladungsstufen bei abnehmender Stromstärke oder nuchmals einer Stufe bei konstanter Spannung, welchem eine Stufe bei konstanter Stromstärke folgt. Mit anderen Worten kann die Beschaffenheit des Ladegerätes gemäß den Erfordernissen gewählt werden, die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht nur darin, die Steuerung des Ladegerätes, d. h. des Ladungsbetriebes der Batterie sicherzustellen.

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer ersten Ausfühnmgsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfaßt zwei Temperatursonden 5, und S., zur Temperaturmessung, von denen jede durch einen metallischen Widerstandsdraht mit positiven Temperaturkoeffizienten gebildet ist. Die Sonde 5, mißt die Umgebungstemperatur und ist vorteilhafterweise an einem (nicht gezeigten) Stück Masse befestigt, welche eine thermische Trägheit vergleichbT der der Batterie aufweist. Die Sonde S₂ mißt die Temperatur der Batterie B und ist in engem

thermischen Kontakt mit dieser angeordnet, beispielsweise über eine Schaltung, welche zwei im Zentrum der Batterie gelegene Elemente verbindet. Die zwei Sonden sind elektrisch gleichwertig und stehen, wie gesagt, in Berührung mit Massen der gleichen Größenordnung.

Der Unterschied zwischen der Umgebungs- und der Betriebstemperatur wird, auf einen Widerstandsunterschied übertragen, gemessen und verstärkt

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durch eine bekannte elektronische Differenzverstär- und auf Grund dessen nimmt die Polarisation des ker-Schaltung, die eine Ausgangsstufe steuert, welche Transistors T₂ ab. Der Kollektorstrom des Transiauf die Regelung des Ladegerätes einwirken oder ein stors T₂ nimmt in gleicher Weise ab und 'die Span-Relais erregen kann, das auf das Ladegerät einwirkt, nung an den Klemmen des Widerstandes R₁₈ neigt Eine Verzögerungseinrichtung bestimmt nach Ablauf 5 dazu, zu fallen, wobei sie eine Verstärkung der PoIaeiner Zeit /, die bei Wiedereinsetzen des Wechsel- risation und des Kollektorstromes des Transistors T₁ Stromnetzes nach einer Störung zu zählen beginnt. veranlaßt. Wenn der Kollektorstrom des Transidie Funktion der Ausgangsstufe in der Weise, daß stors T₂ abnimmt, steigt die Polarisation und in gleidiese zwangläufig das Ladegerät auf seine Stufe einer eher Weise der Kollektorstrom des Transistors; T₃ an. Langsamladung einstellt. io Der Transistor T₄, der durch die von den Wider-Genauer dargestellt umfaßt die elektronische Dif- ständen R₉ und R₁₁ gebildete Teilerbrücke jiolarisicrt ferenzverstärker-Schahung zwei Transistoren T₁ und ist, beginnt zu leiten, wenn der Kollektorstrom des T₁ vom Typ npn, deren Emitter miteinander und Transistors 7_S ausreichend hoch wird. Wenn dei über den Widerstand R₁₈ mit der negativen Versor- Transistor 7₄ zu leiten beginnt fließt ein Strom durch gungsleitung verbunden sind. Die Versorgung ist 15 den Widerstand R_It, und die Polarisation des Trandurch das Ladegerät über einen Widerstand R₁. und sistors T₁ wächst erneut an. Durch eine kumulative eine Zenerdiode Z, die die Versorgungsspannung sta- Wirkung wird der Transistor 7₄ frei leitend. Dei bilisiert, sichergestellt. Die Basen der Transistoren 7, Transistor T₄, der in gleicher Weise durch den Tei- und T₂ sind mittels Spannungsteilern polarisiert, die ler R,, R₁₁ polarisiert ist, arbeitet völlig gleichzeitig durch die Widerstände R₈, P₁, R₁ und 5, bzw. durch μ mit dem Transistor 7₄ und wird in gleicher Weise die Widerstände R₄, R_t und S_t gebildet sind. Die leitend. Dieser Transistor kann dann auf die Rege-Kollektoren der Transistoren sind mit der positiven lungsvorrichtung des Ladegerätes Ch in der Weise Versorgungsleitung durch die Widerstände R₅ bnv einwirken, daß er den Starkladebetrieb einstellt. Als R₆ verbunden. Der Kollektor des Transistors T₁ ist Variante kann der Transistor 7_S direkt oder indireki andererseits mit der Basis eines Transistors 7₄ des 35 die Erregung eines das Ladegerät steuernden Relais Typs npn über einen Widerstand R₇ verbunden. Der steuern. Das Starkladen neigt natürlich dazu, die Emitter des Transistors T₉ ist mit der negativen und Batterie zu erwärmen. Die Erwärmung der Batterie der positiven Versorgungsleitung über die Wider- hat den Anstieg des Widerstandes der Sonde S₂ zui stände R₁₀ bzw. R₈ verbunden, während der KoIIeK- Folge und reduziert den Kollektorstrom des Transitor des Transistors mit der Basis eines Transistors 7₄ 30 stors 7₈ und infolgedessen die Polarisation der Trandes Typs pnp über einen Widerstand R. verbunden sistoren 7. und T. dnrrh einen Mechanismus ir.yer; ist, wobei die Basis des Transistors 7, andererseits an zu dem, wie er nachfolgend beschrieben wird. In die positive Leitung über einen Widerstand R₁, an- einem gegebenen Augenblick, wenn der Temperaturgeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors T, ist unterschied den maximalen Wert der Regelung ermit der Basis des Transistors 7, über den Wider- 35 reicht sperrt der Transistor 7_S und steuert die Einstand R₁₂ verbunden, während der Emitter des Tran- stellung des Langsamladungsbetriebes des Ladesistors T_t mit der Basis eines Ausgangstransistors 7_S gerätes. Es ist zu bemerken, daß die Umschattung des Typs pnp verbunden ist dessen Emitter an die des zur Sperrung der Transistoren T₄ und 7_S führenpositive Leitung und Kollektor an die Steuermittel den Zustandes für einen Temperaturunterschied zwides Ladegerätes Ch angeschlossen ist 40 sehen der Batterie und der Umgebung sich vordring-Die Verzögerungseinrichtung umfaßt einen Tran- licher einstellt als die Umschaltung des gesperrten sistor T₆ des Typs pnp, dessen Emitter und Kollektor Zustandes zum leitenden Zustand auf Grund dei mit der positiven Leitung bzw. der Basis des Tran- oben erwähnten Schaltung des Widerstandes R₁₂. sistors 7. verbunden sind. Die Basis des Transi- Der Kondensator C verhindert, daß die Transistostors 7₆ ist einerseits mit der negativen Leitung durch 45 ren T₄ und 7_S unzeitig in der Sicherheitszone den den Widerstand R₁₁ und andererseits mit dem KoI- Zustand ändern, indem er die Störungen kurzlektor eines Transistors T₇ des Typs pnp verbunden. schließt welche durch die Sondenleitungen überdessen Emitter mit der positiven Leitung verbunden tragen werden können. Die Differenz - wehen dem ist und dessen Basis durch eine von den Widerstän- oben erwähnten minimalen und maximalen UnterdenR_l5 und R₁₈ gebildete Teilerbrücke polarisiert 50 schied, die durch die Wahl des Widerstandes R₁₂ ist von denen der Widerstand R₁₈ an die positive geregelt ist, beträgt eisige Grade and hat den. Zweck, Leitung angeschlossen ist Die TeUerbrScke wird ent- allzu häufige Übergänge eines Ladongsbetriebes zum weder durch die Akkumulator-Knopfzelle Bo₁ oder anderen zu vermeiden, indem die thermische Trägdurch die Akkumulator-Kflopfzelle Bo_t entsprechend heft der Batterie ausgenutzt wird, der Stellung der Kontakte I₁ und I₁ versorgt die 55 Der Übergang vom Schnelladungs- zum Langsamdurch ein vom Netz versorgtes Ratschenrelais i?» ladungsbetrieb und umgekehrt ist während der gegesteuert sind. Die Knopfzelle, welche die Teiler- samten Dauer der Zeitverzögerung möglich, die brücke R_1S, R₁₈ nicht versorgt wird durch das Lade- durch die Verzögerungseinrichtung bestimmt ist die gerät über den Widerstand R₁₆ geladen. wie folgt arbeitet:

Die Funktion der Vorrichtung gemäß der Erfin- 60 Wenn die Kontakte I₁ und /_s sich in der gezeigteil dung wird nachfolgend erklärt, es ist dabei voraus- Stellung befinden und vorausgesetzt die Knopfzelle gesetzt daß die Temperatur der Batterie beispiels- Bo₁ ist geladen, dann polarisiert diese Knopfzelle Bo₁ weise nach einem Starkentladungsbetrieb während den Transistor T₇, der dann leitend ist und dee PoIaeiner Störung des Netzes abnimmt Die erfindungs- risationsstrom des Transistors T₆, welcher clinch die gemäße Vorrichtung betätigt dann den Schwach- 65 Versorgung über den Widerstand R₁₄ geliefert ist ladungsbetrieb. ^ ableitet Der Transistor T₉ ist folglich gesperrt, so Wenn die Temperatur der Sonde S_t abnimmt lange die Akkumolatorenzelle Bo₁ sich in einer Entsteigt der Strom in der Teilerbrücke S₂, R₁, R₄ an, ladung mit einer genügenden Spannung in der Teiler-

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brücke /?,,. R_t8 befindet, und er hat folglich keinerlei Fig. 3 zeigt einen Schaltplan gemäß einer weite-

Einfluß auf die Polarisation des Ausgangstransi- ren Ausführungsform der Erfindung, welche sich

stors 7",, der auf das Ladegerät einwirkt. wesentlich von dem in F i g. 2 dadurch unterscheidet,

Am Ende der Entladung der Knopfzelle Bo₁ sperrt daß die wärmeempfindlichen Organe Transistoren

der Transistor T.. Der Transistor Γ_β ist über den 5 sind.

Wkv.rstand R_n polarisiert und wird leitend. Der Bekanntlich nimmt, wenn der Emitter-Basis-Über- Polansationsstrom des Transistors T₅ wird dann gang eines Transistors von einem konstanten Strom

durch den Transistor T₆ abgeleitet, und der Transi- durchflossen ist, die Spannung an den Klemmen,

stör T₆ sperrt, welcher Temperaturunterschied auch innerhalb der hier betrachteten Anwendungsgrenzen,

durch die Sonden gemessen wird, wodurch er auto- ίο linear ab, wenn die Temperatur steigt. Beispielsweise

matisch die Einstellung des Langsamladebetriebes nimmt sie für einen bestimmten Transistortyp von

veranlaßt. Während die Knopfzelle Bo₁ sich entlädt, 720 mV bei — 20° C auf 575 mV bei + 60° C ab.

wird die Knopfzelle Bo₂ über den Widerstand R₁₆ Die Transistoren haben neben der Funktion der

geladen. Messung der Temperaturunterschiede in gleicher

Bei der nächsten Netzstörung und der nachfolgen- 15 Weise die Funktion einer Verstärkung, den Wiedereinstellung des Netzes kehrt das Rat- In F i g. 3 ist bei A eine bekannte Einrichtung zur schenrelais K, die Stellung der Kontakte I₁ und /₂ in Gleichrichtung und Stabilisierung eines Stromes aus der Weise um, daC die Knopfzelle Bo₂ die Teiler- einem Wechselstromnetz gezeigt, die eine Gleichbrücke R_ls, R_lB versorgen kann, während die Knopf- spannung zu den Versorgungsleitungen L₁ und L₂ zelle Bo₁ wieder geladen wird. ao (— und + beispielsweise) liefert. Die Einrichtung Selbstverständlich muß die Kapazität der Knopf- umfaßt hier drei Transistoren des Typs npn, T₁₀₁, zellen Bo₁ und Bo₁ derart sein, daß sie eine aus- T₁₀₂ und T_m.

reichende Zeitverzögerung für das vollständige Der Transistor T₁₀₁ ist als Diode durch Zusam-

Wiederaufladen der Batterie B zuläßt. menschließen des Kollektors und der Basis und in In dem Fall, wenn die Batterie B keine merkliche 95 Serie mit zwei Widerständen K₁₀₁ und K₁₀₂ geschal- Erwärmung erfährt (Störung von kurzer Dauer bei- let. Er bildet die Sonde S₁ und befindet sich aus

spielsweise), wird der Starkladungsbetrieb natürlich diesem Grunde in direktem Kontakt mit einer ther-

unmittelbar eingestellt. mischen Masse äquivalent der der Batterie.

Zusammenfassend gesagt stellt die in Fig 1 ge- TVr Transistor T... befindet sich in einem engen

zeigte Vorrichtung die auf ein Wiedereinsetzen des 30 thermischen Kontakt'mit der Batterie und dient als

Netzes nach einer Stromstörung, während der die Sonde S₂ an der Batterie, wobei seine Basis mit dem Batterie sich entladen hat, folgende Betriebsfolgc gemeinsamen Kollektor-Basis-Punkt des Transistors

sicher: 7*_I0) verbunden ist. In seinem Kollektorkreis ist ein

1. die Batterie weist eine Temperatur im Bereich Widerstand K₁₀, eingeschaltet.

der Umgebungstemperatur auf. ³S ^{Da d}i^e ^Β™* des Transistors T_m mit dem gcmein- ^ samen Punkt des Widerstandes K₁₀, und des Kollek-1-1. der Starkladungsbetrieb wird unmittelbar _{tors des} Transistors T_1n verbunden ist, befindet sich eingestellt; d_er Transistor 7"_10S in Abhängigkeit von dem Tran-1-2. das Starkladen wird unterbrochen, wenn sistor 7_I0?. In seinen Kollektorkreis ist die Spule die Batterietemperatur beispielsweise um 40 eines elektromagnetischen Relais K₁ zur Steuerung 12" C über die Umgebungstemperatur einer Starkladung geschaltet. Das Relais umfaßt steigt, wobei dieser maximale Differenz- einen Kontakt r₂, der gerade den Widerstand K₁₀₂ wert mittels des Potentiometers P₁ genau überbrückt, und einen anderen Kontakt r_v der genau einstellbar ist; gesagt den Ladekreis der Batterie steuert. Die Kon-1-3. es wird wieder auf den Starkladungsbetrieb « ^tak* ^sj^nd .^{in der} Ruhestellung gezeigt. (Der Widerübergegangen, wenn der Temperaturunter- ^sta"^d *«'f* kurzgeschlossen.) schied wieder auf den minimalen Wert, der , fs se. beispielsweise vorausgesetzt^ daß em Starkbeispielsweise 6° C über der Umgebungs- tajmgsbetneb wriiegL Es ist eine Netzstörung auf-

ä£3£?£csArsisiwr ä

fließende

Veiz&renmesdauer ^{tedt ach der uber dea} Widerstand K_1W

e~™ , Strom hu wesentlichen in gleicher Weise zwischen

1-4. am Ende der Verzögerung folgt zwang- 55 den Emitter-Basis-Übergängen der Transistoren T_1n läufig ein Übergang auf den Langsam- _md τ_Μ auf. und der Transistor T_ies leitet nur einen ldbrib

g gg g _md τ_Μ auf. und der Transistor T_ies l nur einen

ladungsbetrieb. geringen Anteil des fließenden Stromes in den Wider-

2. Die Batterie ist wann, beispielsweise auf Grund stand K_les. Der Transistor T_xm ist leitend und das

eines Starkladungsbetriebes. Relais R_x ist erregt.

η 1 r»— t ,j . ... 60 Wenn die Temperatur des Transistors T,_M an-

ISi^^^'^f^l.^^T »teigt, nimmt seine Brntter-Basis-Spannung ab

Be, o,esem Betneb kühlt sich die Α^ΚΗηηκη die Temperatar und folglich der

ao, SchweHwert des Transistors T_M sind unverändert,

2-2. es wird auf den Starkladungsbetrieb über- dann steigt der Basisstrom des Transistors T₁₉., an gegangen, wenn die BatterietemperatuT ge- 65 und der dmcb den Transistor T_1n abgeleitete Strom

nügend gefallen ist Der folgende Ablauf nimmt ab. Wenn der Temperaturunterschied zwi-

ist gleich dem unter den Punkten 1-2. bis sehen den Transistoren T_1n und T_tK beispielsweise

1-4- beschriebenen. 12° C erreicht, dann Beigt der Transistor T dazu,

ίο

mehr zu liefern, und in diesem Moment (ließt praktisch der gesamte, durch den Widerstand R_i03 gelieferte Strom über ihn. Der Transistor T₁₀₃ sperrt und das Relais Rt schaltet aus.

Als Folge davon wird die Batterie im Langsamladungsbctrieb geladen; das ist der Unterhalts-Betrieb, wobei die Netzspannung anwesend ist. Die Vorrichtung ist beispielsweise so eingestellt, daß das Relais sich für einen Unterschied T₈-Ta niedriger

zögerung in Betrieb ist; er wird leitend am Ende der Verzögerung und schließt den Widerstand /?₁₀₅ kurz, wodurch zur gleichen Zeit der Transistor T_1M gesperrt wird.

Man kann, um den Beginn der Starkladung unmittelbar nach der Rückkehr der Netzspannung selbst in dem Fall eines vorhergenenden Starkentladungsbetriebes der Batterie, der ihre Erwärmung zur Folge hatte, sicherzustellen, die folgenden besonderen An

als 6° C einschaltet und für einen Unterschied Tb-TΆ ίο Ordnungen vorsehen:

größer als 12° C ausschaltet. Da die die Umgebungstemperatur überwachende,

Überdies umfaßt das Relais R_x, um eine freie thermische Masse eine Trägheit vergleichbar der der Punktion des Relais R_t sicherzustellen und den ge- Batterie aufweist, erwärmt man s'e mittels eines zwiwünschten Temperaturunterschied zwischen seinem sehen Batterie und Verbraucherseite eingeschalteten Ausschalten und Wiedereinschalten zu erhalten, den 15 Widerstandes (shunt). Dieser Widerstand kann die Hilfskontakt r₂, welche^ den Polarisationsstrom der einigen Watt liefern, die für eine Erwärmung det

für die Umgebungstemperatur zuständigen Temperatursonde notwendig sind.

VUWIl Uli) lUUIUU VAWt Ά VIUl lOUUVIUJllUUI UUl OO C* ,

Grund der Einschaltung des Widerstandes R.„„ *° Entladung der Batterie erfolgt so unmittelbar nacS ab; es ist erforderlich, daß die Temperatur des Rückkehr der Netzversorgung. .

Dieses Verfahren ist auf Grund der Bescnaffenneil dieser Temperatursonde anwendbar. Diese Sonde ih M

Transistoren T₁₀₁ und T₁₀₂ modifiziert:

— wenn das Relais eingeschaltet ist (der Kontakt r„ offen ist), nimmt der Polarisationsstrom auf

Transistors frei ansteigt, um das Ausschalten des Relais sicherzustellen;
wenn das Relais ausgeschaltet ist, steigt der Polarisationsstrom an; es ist erforderlich, daß die Temperatur des Transistors T₁₀₂ frei absinkt, damit das Relais von neuem erregt wird.

Es ist selbstverständlich möglich, bei der Tefflpc-

setzt sich aus einer metallischen Masse M von un- »5 gefahr 1 kg, auf der der Transistor oder eine gleichwertige Sonde befestigt ist, zusammen, und die Anordnung ist in ein isolierendes Gehäuse eingeschlossen. Im Falle einer starken Änderung dei umgebungstemperatur ist die Temperaturänderuni

raturüberwachungsvorrichtung, die gerade beschrie- 30 der Sonde als Funktion der Zeit sehr nahe der Tem-

ben worden ist, ein solches Verzögerungsorgan hin- peraturänderung der Batterie im Ruhezustand odei

zuzufügen, wie es vorstehend beschrieben ist. bei einer Speise-Ladung

Fig. 4 zeigt den Schaltplan einer Vorrichtung, in Die Erwärmung der Sonde mittels des Neben-

der das elektromagnetische Relais Λ, durch eine Widerstandes erlaubt in gewisser Weise eine Speiche-

Steuertransistor-T,_M-Schaltung ersetzt ist, welche 35 rung einer der Entladung entsprechenden Wärme-

sich gut als ein Verzögerungsorgan und für die menge

direkte Steuerung eines Ladegerätes mit zwei Stufen In Fig. 5 ist der Aufbau einer solchen Vorrich-

konstante!· Spannung eignet tung gezeigt Der Widerstand S/i ist mit der Masse M

Hier befindet sich der Transistor T₁₀, in Reihe und der SondeS₁ in einem isolierenden Gehäuse»

nut den Widerstanden A₁₀₄ und /?_1BV und eine Ab- 40 angeordnet Er ist elektrisch über die Entladungs-

IS¹T⁸^ ^welche _o ^e"l^en Widerstand K₁₀₈ und eine _strecke der Batterie Ba geschaltet und die Erwär-

Diode D₀ umfaßt ist zwischen den gemeinsamen _mung des Nebenwiderstandes SA erfolgt nur bei Stö-

Punkt der Widerstände R und /?, und den ge- „„,g _{des Netzes} _s _{Das Net7} versorgt in der Tat Übel

meinsamen Punkt des Widerstandes Λ und des einen Transformator Tr zwei Sekundärwicklung» 1

Kollektors des Transistors T₁₀, geschaltet Der Tran- 45 und II. Die erstere liefert nach einer Gleichrichtuni

sistor T₁₀₄ des Typs pnp ist mit semer Basis mit dem mittels einer GieirtirirhterhriirtP P Hie Ladungs-

₁₀₄
fTⁿ

mittels einer Gleichrichterbrücke P. die Ladung* Widerstände Ji₁ und A₁₀, Gleichspa fü di Bri B di weite ver-

₁₀,

des Ladegerätes verbunden. Em Typs pnp _Bt durch den Enutter nut der Leitung L₂

£" "f; "" .^dem g^nsamen Punkt der Widerstände/? und R verbunden, und seme Basis erhalt eine durch «he Verzögerang

brückt den Widerstand Ä,_r Der ubnge Teil der Schaltung ist identisch nut der nach Fig. 1 und arbeitet wie folgt:

Die Transistoren T₁., und T,,„ arbeiten wie oben

Gleichspannung für die Batterie Ba die weite ver- *>*& ^{ein ReI}^ *»> die Schaltungen DAC-Te und ψ gleichzeitig em RelaisRu, dessen Kontakt/·, da T des ₅„ Verbraucherkreis im Falle einer Netzstörung schließt itung L I _d fidt

beschrieben, wobei der Transistor T Transistor T

dem

■im von

, ₁₀₂ abhängig bleibt Jedoch wenn der Transistor T₁₀₁ leitend ist, entsteht ein Stromstoß durch den Widerstand R₁₈₆ und die Diode D₀, wodurch der durch den Widerstand A₁₀₁ fließende Strom

In dem mit DAC-Te bezeichneten Block befindet sich die schon erwähnten Detektor-, Verstärker-Steuer- und Verzögerungsschaltungen, die ein Relais R_x umfassen, dessen Kontakt r, den Kreis des Relais /?» schließen kann; letzteres kann sich, ehunal geschlossen, halten auf Grand eines Kontaktes r_t dieses Relais, welches ebenso einen zweiten Kontakt τ. aufweist, der einen Widerstand R^ in defl Wicklungskreis I überbrücken kann.

Nach Rückkehr der Netzspannung und nach dei Entladung der Batterie Ba befindet sich das Relais & in Ruhestellung, wobei sein Kreis nicht durch dei Kontakt r, geschlossen ist, und die Ladung

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Relais R_a erregt sich und hält sich in seiner Stellung. Ende mit dessen Basis mittels des Widerstandes R
Der Widerstand R₂₀ wiru eingeschalter, und die Bat- verbunden ist.
terie Ba wird im Schwachladungsbetrieb geladen. Die Wenn das Relais eingeschaltet ist, leitet der WiderRückkehr zu einem Starkladungsbetricb kann erst stand R₁₀₇ einen Teil des durch den Widerstand /?_)OI nach einem erneuten Ausfall der Netzversorgung 5 fließenden Stromes ab. Der in den Widerständen R_lb, erfolgen. und R₁₀₉ fließende Strom und die Polarisation des

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Transistors T_i0., nehmen ab. Dieser sperrt sich mehl Erfindung ausführlich dargestellt; in der Figur sind und der Basissfrom des Transistors T₁₀₁ .-teigt an.
gleiche Elemente der vorhergehenden Figuren, die Es ist deshalb erforderlich, die Temperatur des dieselbe Rolle spielen, mit den gleichen Bezugs- io Transistors J₁₀₁ frei zu vermindern, damit der Tranzeichen versehen. Eine Gleichrichterbrücke P₁ ver- sistor T₁₀₂ wieder zu leiten beginnen und den größesorgt die Batterie (siehe Fig. 5) und eine andere ren Teil des in dem WiderstandR₁₀₃ fließenden Brücke P₂ liefert die für die Schaltungen notwendige Stromes ableiten kann, was die Sperrung des Tran-Spannung und versorgt hierzu nach einer Filterung sistors T₁₀₃ und das Ausschalten des Relais R_t zur und Stabilisierung die Leitungen L_x und L₂. In der is Folge hat.

Ausführungsform nach Fig. 6 sind die Rollen der Eine zweite Funktion des Systems besteht in einer

Transistoren UT₁₀₁ und T₁₀₂ im Vergleich zu denen automatischen Aufladung der Batterie in einer besser

der Fig. 3 und 4 vertauscht, um die Funktion des angepaßten Weise.

RelaisRi im Vergleich zu den? Fall der Fig. 3 um- Zu diesem Zweck ist, wenn das RelaisR_t sich in

zukehren. ao Ruhestellung befindet, bei Anwesenheit der Netz-

Die Vorrichtung arbeitet zunächst als Differenz- Spannung das Relais R» eingeschaltet, der Wider-Überwachungssystem der Temperatur, wobei der stand R₂₀ kurzgeschlossen und das Ladegerät P₁ im Transistor T₁₀₁ die Batterietemperatur Tb und der Ladebetrieb mit starkem Strom, was durch das AufTransistor T₁₀₂ die Umgebungstemperatur 7*,\ über- leuchten der Lampe La_t und das Erlöschen der wacht, wobei der Transistor T₁₀₃ durch den Tran- as Lampe La^ angezeigt ist. (Die Positionen sind umsistor r_1M gesteuert wird und das Relais R₁, wie gekehrt bei schwachem Speiseladungsbetrieb.)
schon oben erklärt, erregt. Wenn die Temperatur Γ_Β den Sollwert am Ende

Wenn nach der Rückkehr der Netzspannung die des Ladevorganges erreicht, schaltet sich das Relais Temperatur 7"_B am Ende des Ladevorgangs ansteigt Rt ein und veranlaßt den Übergang zum Speise- und einen Wert gleich 7Ά + 12° C erreicht, schaltet 30 ladupgsbetrieb. Es ist dann erforderlich, es bis zur sich das Relais R₁ ein. Es muß in bestimmten Fällen nächsten Netzstörung eingeschaltet zu halten, um (siehe später) bis zur nächsten Netzstörung einge- aufeinanderfolgende Wechsel des Ladungsbetriebes schaltet bleiben; sonst würde man Schwebungen zu vermeiden, deren Frequenz der thermischen Trägzwischen den beiden Ladungsbetriebszuständen er- heit der Batterie entsprechen würde,
halten. Wenn die Batterietemperatur im Moment der 35 Wenn dagegen die Batterietemperatur gleich oder Netzrückkehr erhöht ist, schaltet sich das Relais R_t höher als der Sollwert im Augenblick der Rückkehr unmittelbar ein. Es schaltet sich normalerweise aus, der Netzspannung ist, ist es erforderlich, das Auswenn die Batterictemperatur wieder auf den Wert schalten des Relais R₁ nach der Abkühlung der Bat- T.\ + 6³C gefallen ist. terie für einen Starkladungsbetrieb zuzulassen.

Tatsächlich teilt sich der durch die Wider- 40 Diese entgegengesetzten Anforderungen sind durch

stände R₁₀₁, R₁₀. und R₁₀₉ (regelbar) gelieferte Strom die Transistoren T_10n, T₁₀. und T₁₀₈, die Hilfskon-

zwischen den Emitter-Basis-Übergängen der Tran- takte R, und R, und die Verzögerungs-Kondensato-

sistoren T_xm und T₁₀, auf, wenn ihre Temperatur- ren C, und C₄ gesichert.

differenz gering ist. Der Transistor T₁₀₂ leitet quasi Der Kontakt r„ des Relais R_t schließt einen Kreis,

den gesamten in dem Widerstand R₁₀. fließenden 45 der von der Leitung L₂ ausgeht und entlang der

Strom ab. Der Transistor T,_m ist gesperrt und das Emitter-Kollektorbahn des Transistors T,„,, der

Relais R, befindet sich in Ruhestellung (der Kon- Diode D₁₀, dem Widerstand R₁₀₀ (dem Kontakt r_e)

takt r, ist geschlossen). und zweier Widerstände R₁₁, und R₁₁. führt, um in

Vorausgesetzt die Temperatur T\ und folglich der der Leitung L_x zu enden. Die Widerstände R₁₁₁ und Schwellwert des Transistors T,_m sind unverändert, 50 R_m sind von einem Kondensator C, überbrückt und dann steigt der durch den Transistor abgeleitete ihr gemeinsamer Punkt ist mit der Basis eines Tran-Strom mit der Temperatur Tb an und der Basisstrom sistors T₁₀₇ verbunden. Ein zweiter, von der Leides Transistors T₁₈. nimmt ab. Wenn der erhaltene tung L₂ ausgehender Kreis führt durch die Unterschied zwischen Γβ-Γ_α 12⁰C überschreitet, Widerstände R,„, R,_)? (von einem Kondensator C₄ beginnt der Transistor T₁₀₂ sich zu sperren, und der 55 überbrückt), einen Widerstand R,,., eine Diode D₁₁, durch den Widerstand R₁₀, fließende Strom polari- die Kollektor-Emitterbahn des Transistors T₁₀₇ und siert den Transistor 7_10S, und das Relais R_t schaltet einen Widerstand R₁₁₆. Die Basis des Transistors T,_m sich ein; der Kontakt/·, öffnet sich und der Kon- ist mit dem gemeinsamen Punkt des Emitters des takt r₆ schließt sich. Transistors T₁^ und des Widerstandes R₁₁₆ verbun-

Die Schaltung des Relais R_t ist, um seine freie 60 den, sein Kollektor ist mit dem Kollektor des Tran-Funktion sicherzustellen und sein Ein- und Aus- sistors T_1n, und sein Emitter mit der Leitung L₁ verschalten für eine gewünschte Temperaturdifferenz zu bunden. Die Leitung L₁ ist auch mit dem gemeinerreichen, durch den Widerstand R_XV7 und die samen Punkt des Widerstandes R₁,- und der Diode Diode D₈ in Serie vervollständigt, wobei sie den ge- D₁, über einen Kontakt r. des Relais R₁ verbunden, meinsamen Punkt der Widerstände R₁₀, und R₁₀, 65 Die Funktion kann in der folgenden Weise schemit einem Spulenende des Relais R₁ verbindet, wel- mansch dargestellt werden:

ches an den Kollektor des Transistors T₁₀₃ über einen a) Die Netzspannung kehrt zurück und die Batterie

Widerstand R₁₀₈ angeschlossen ist, wobei das andere ist warm.

— Das Relais R₁ schließt sich unmittelbar,

das Relais Ä_a schließt sich und öffnet sich sofort während der Schaltzeit des Relais /?_:,

— - der Kondensator C₄ hat nicht die Zeit, sich

zu laden, und der Transistor 7~_lce bleib! gesperrt (da die Schließzeit des 'Hiifkontaktes τ. des Relais R₃. unzureichend ist),

— der Kondensator C₃ ist nicht mehr versorgt und die Transistoren T_1n- und 7"_10g bleiben gesperrt.

b) Die Batterie kühlt ab (oder die Netzspannung kehrt bei kalter Batterie zurück).

— Das Relais R. schaltet sich aus (oder schaltet sich nicht ein),

— das Relais /?_a schaltet sich ein,

— der Kondensator C₄ lädt sich auf und nach einigen

leitend.

einigen Sekunden wird der Transistor 7~_I0C -°

— da der Hilfskontakt r_c des Relais R_t nicht eingeschaltet ist. lädt sich der Kondensator C₁ nicht auf. Die Transistoren T₁₀- und und T_tni bleiben gesperrt.

c) Anstieg der Batterietemperatur am Ende des Ladevorganges.

— Das Relais R_t schaltet sich ein,

— das Relais R₃ schaltet sich aus,

— der Transistor T₁₀₉, der durch den Kondensator C₄ polarisiert gehalten wird, lädt den Kondensator C₃,

— der Transistor T₁₀₇ setzt sich an die Stelle des Hilfskontaktes r. des Relais R₃, um den Kondensator C₄ geladen zu halten,

— der Transistor 7"_1?s leitet praktisch den gesamten Polarisationsstrom des Transistors T₁₀., ab, der nicht mehr leitend werden kann.

Das Relais R₁ bleibt daher während der gesamten Dauer der Anwesenheit der Netzspannung erregt und wird nicht mehr durch die Batterietemperatur T_n beeinflußt.

d) Störung der Netzspannung, die kürzer als eine Minute dauert.

Die Kondensatoren C₃ und C₄ sind nicht vollständig entladen und das Relais R-, schaltet sich unmittelbar nach Rückkehr der Netzspannung wieder ein. Das Ladegerät bleibt im Speiseladungsbetrieb.

e) Störun« der Netzspannung, die langer als eine Minute dauerr.

— Die Kondensatoren C₃ und C₄ stellen die Polarisation der Transistoren T₁₀₃. J₁₀₇ und J₁₀., nicht mehr sicher.

Wenn die Batterie warm ist, beginnt wieder der Kreislauf wie unter a) beschrieben.
Wenn die Batterie kalt ist, beginnt wieder '.'er Kreislauf wie unter b) beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen Laden einer Akkumulatorenbatterie in zwei Stufen, bei dem ein Ladegerät in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Wert der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Batterietemperatur zwischen einer ersten Ladestufe, in der stark geladen wird, und einer zweiten Stufe, in der schwach oder nicht geladen wird, von einer Steuerschaltung umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten zur ersten Ladestufe bei einem anderen Differenzwert umgeschaltet wird als von der ersten zur zweiten Ladestufe und daß nach einer vorbestimmten Ladedauer von der ersten zur zweiten Ladestufe zurückgeschaltet und die zweite Ladestufe beibehalten wird.

2. Vorr-cntung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung [DAC) vorgesehen ist, welche einerseits mit einem Verzöeerungskreis (Te) und andererseits mit zwei Ten, cratursonden (5,, S.,) verbunden ist, von welchen mit einer (S₂) die Temperatur der zu ladenden Akkumulatorenbatterie (B) abtastbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dei anderen Temperatursonde (S₁) die Temperatur eines Stückes Masse (M) abtastbar ist, dessen thermische Trägheit im wesentlichen der der Akkumulatorenbatterie (B) entspricht.

4. Vorrichtung nach Ansp.uch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück Masse thermisch mit einem Widerstand (SIi) verbunden ist, welcher zwischen der Akkumulatorenbatterie (B) und einem Verbraucher angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Temperatursonden (S₁, S.,) Transistoren (T₁₀₁, T₁₀₂) sind, deren Widerstand im Emitter-Basis-Übergang eine Funktion der Temperatur ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren, nämlich der erste und der zweite, (T₁₀₁, T₁₀.,) und ein dritter Transistor (T₁₀₃) emitterseitig mit einer Spannungsquelle (A) und kollektorseitig mit drei verschiedenen Kreisen verbunden sind, während die Basen des ersten und zweiten Transistors (T₁₀₁, T₁₀₂) mit dem Ausgangskreis des ersten Transistors (T₁₀₁) und die Basis des dritten Transistors (T₁₀₃) mit dem Ausgangskreis des zweiten Transistors (T_1n.,) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des dritten Transistors (T₁₀₃) die Wicklung eines Steuerrelais (Ri) angeordnet ist, während in den Ausgangskreisen des ersten und zweiten Transistors (T₁₀₁, T₁₀₂) Widerstände (K₁₀₁, A₁₀₂, .R₁₀₃) vorgesehen sind, von welchen ein im Ausgangskreis des ersten Transistors (T₁₀₁) liegender Widerstand (A₁₀₂) durch einen Ruhekontakt (r₂) des Steuerrelais (Ri) überbrückt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskreis des dritten Transistors (T₁₀₃) über einen Widerstand (R₁₀₄) mit der Basis eines vierten Transistors (T₁₀₄) verbunden ist und daß der mit Widerständen (R₁₀₁, R J) versehene Ausgangskreis des ersten Transistors (T₁₀₁) über einen Widerstand (A₁₀₆) und eine Diode (D₀) mit dem Ausgangskreis des dritten Transistors (T_tos) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kreis (T₁₀₆, T_im,T_im, r₆, T₁, C_VC^ vorgesehen ist, welcher eine Starkladung zu einem spateren Zeitpunkt zuläßt, wenn bei Rückkehr der Neizspannung der vorhandene Temperaturdifferenzwert gleich oder größer als der vorgegebene Sollwert ist.