CH489934A - Ladegerät für Akkumulatoren mit Spannungsstabilisation - Google Patents

Description

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 Ladegerät für Akkumulatoren mit Spannungsstabilisation Die Lebensdauer von Akkumulatoren, insbesondere von Bleiakkumulatoren, ist in starkem Masse vom Ladungsmodus dieser Akkumulatoren abhängig. Zu seltenes und zu schwaches Laden der Akkumulatoren führt zu einer Anreicherung von Bleisulfat in den Platten, das mit der Zeit in eine grobkristalline Form übergeht und während einer späteren Ladung    nicht   mehr abgebaut wird, was ein Verlust an Kapazität bedeutet. Zu starkes Laden wiederum führt zu einer    Durehformation   der Gitter der positiven Platten. 



  Insbesondere    muss   darauf    ;eaclitizt   werden. dass gegen das Ende einer Ladung der    Akkurnulator   nicht zu stark gast. da der entstehende Sauerstoff zur Oxydation der Bleigitter führt. Der Einsatz des Gases ist mit einem Spannungsanstieg an der    Akkuzelle   gekoppelt. Durch Stabilisation der Spannung des Ladegerätes erreicht man, dass eine gewisse vorgegebene Spannung am Akkumulator. 2,25 Volt pro Zelle für    stationäre   Batterien oder 2.40 Volt pro Zelle für    Traktionsbatterien,   nicht überschritten werden kann.

   Sobald die vorgegebene Limite erreicht ist. regelt das Ladegerät den Ladestrom soviel zurück, dass die Klemmenspannung des Akkus Gerade auf dem vorgeschriebenen Höchstwert bleibt und schädliches Gasen    vermieden   wird, bis    schluss-      endlich   bei ganz    vollgeladenem   Akkumulator nur noch ein kleiner, konstanter    Ladungserhaltungsstrom   vom Ladegerät abgegeben wird. Schlisst man an ein solch    spannungsstabilisiertes   Ladegerät einen sehr stark entladenen Akkumulator mit sehr tiefer Klemmenspannung an, könnten unter Umständen sehr grosse Ladeströme auftreten, da der innere Widerstand eines Akkus und auch des Ladegerätes im allgemeinen sehr klein ist.

   Daher werden diese spannungsstabilisierten Ladegeräte meistens auch noch mit einer Strombegrenzung ausgerüstet. Solche Gerate besitzen eine    U-1-Charakteristik,   wie sie z. B. im DIN-Entwurf Nr. 41 773. DK 621314 63; 621355 163 vom November 1966 genauer umschrieben wurde. 



  Bei bekannten spannungsstabilisierten Batterieladegeräten erfolgt die Zurücksteuerung des Stromes durch Veränderung des Zündwinkels, während dem die    Thy-      ristoren   den Strom durchlassen. Zitiert sei hier die Beschreibung eines     SCR      Battery      Chargers    im    Molo-      rola      Semiconductor      Circuits   Manual    196-1,   Seite    ä-5-1.   Um den Zündimpuls zu erhalten. ist ein    Unijunctions-      Transistor      notwendig.   dessen Impulse durch eine    Gleichrichter-Zenerdiod:

  a-Anordnun_   mit dem    Netz-      wechseIstroni   noch    s\ncii:onisiert    erden muss. Zur    Cbertragung   des    Imptti.,;@   auf    dic   Steuerelektrode de <    Thyristors   ist ein Transformator    nonA-endig.   



  Der nicht    unbeträchtlich;:      Auf%#,and   an    Elektronil:   verteuert diese bekannten    Ladezeriite   bedeutend. Besonders bei kleinen    12-Volt      Lind      24-Volt      Notstromanlauen   kann das zur    Aufrechterhaltun;   der Ladung notwendige Geräte ein    Mehrfaches   der Batterie selbst kosten. 



  Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine einfache und billige Anordnung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Spannung an einer Batterie, die in folgenden Ausführungsbeispielen in den    Fig.   1,    Fig.   und    Fig.   3 näher erläutert wird.    Fig.   l zeigt die Version eines Einweggleichrichters mit Spannungsstabilisation. 



  Während der positiven Halbwelle in der    Sekundär-      wickIun!z   des Netztransformators (Pos. 1) fliesst der Strom über den    Thyristor   (Pos. 2) und ladet die Batterie (Pos. 3). Der    Zündstrom.   der zur    Zündung   des    Thri-      stors   notwendig ist, fliesst über    Wid:rstand   (Pos. 4)    %om   Transformator zur Steuerelektrode des    Tliyristors   (Pos. 4) vom Transformator zur Steuerelektrode des    Thri-      stors   (Pos. 2). Der Widerstand (Pos. 4) dient zur Beschränkung des Zündstroms.

   Eine    Fünfschicht-Kipp-      diode   (Pos. 5) ist zwischen der Steuerelektrode des    Thyristors   (Pos. 2) und dem    Abgriff      Spannungst:i-      lers   (Pos. 6. 7 & 8), der mit    den      Endpunkten   an (]ei, 

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 Batteriepolen angeschlossen ist. Der bekanntere englische Fachausdruck für    Fünfschicht-Kippdiode,   auch nur    Fünfschichtdiode   genannt, wäre     Bilateral-Switchp.   Der englische und deutsche Ausdruck decken sich nicht ganz, da der    Bilateral-Switch   eine dritte Elektrode zur    Beeinflussung   der Kippspannung besitzt und eine Triode ist.

   Die dritte Elektrode wird aber meistens, so auch in den Schaltungen des vorliegenden Patentes nicht benützt, also wird der    Bilateral-Switch   als Diode verwendet. Die    Fünfschicht-Kippdiode   (Pos. 5) hat die Eigenschaft, dass wenn die Spannung an ihr einen gewissen Wert,    vorteilhafterweise   8,3 Volt, überschreitet, sie vom isolierenden in den leitenden Zustand hinüberwechselt, wodurch die Spannung an ihr ungefähr auf 1 Volt absinkt. Durch die Ladung über den    Thyri-      stor   (Pos. 2) steigt die    Spannung   am Akkumulator langsam an.

   Ebenso muss die Spannung an der Steuerelektrode des    Thyristors   (Pos. 2) gegenüber dem Minuspol der Batterie um denselben Betrag ansteigen, da die zur Zündung notwendige Spannungsdifferenz von der Kathode zur Steuerelektrode des    Thyristors   (Pos. 2) immer dieselbe bleibt. Dadurch steigt aber auch die Spannung an der    Fünfschicht-Kippdiode   (Pos. 5). Für eine gewisse maximale Batteriespannung, deren Höhe durch Veränderung des Teilverhältnisses am    Spannungs-      teiler   (Pos. 6, 7 & 8) eingestellt werden kann, tritt der Zustand ein, dass die    Fünfschicht-Kippdiode   (Pos. 5) vor dem    Thyristor   (Pos. 2) zündet.

   Der Zündstrom wird dadurch der Steuerelektrode entzogen und die Zündung des    Thyristors   (Pos. 2) und damit auch die Ladung der Batterie unterbleibt. Nach einiger Zeit sinkt die Spannung an der Batterie, der    Thyristor   (Pos. 2) zündet wieder und das Regelspiel kann sich wiederholen. Es handelt sich also um eine    Zweipunktregelung,   im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Reglern, die man als    Proportionalregler   bezeichnen würde. Die    Pendelungen   der Ladung im    Schwebeladezustand   haben auf die Lebensdauer der Batterie keinerlei    nachteilige   Wirkung. 



  Das    Regelsystem,   das in    Fig.   1 anhand eines Einweggleichrichters gezeigt ist. kann sinngemäss auf    Vollwe;-zleichrichtunL.   \3,i,2 in    Fi_.   ? für eine Brückenschaltung.    Fio.   3 für eine    Mittelpunktschaltung   und    Fig.   4 für eine    Graetzschaltung      gezei_t   ist. übertragen werden. Wenn    grössere      Thyristoren   mit grösseren Anforderungen    inbezug   auf den Zündstrom    an_esteuert   werden müssen, genügt der Strom. der die    Fünfschicht-Kippdio-      de   führen kann. nicht mehr.

   Es ist in solchen Fällen, wie in    Fig.   la    veranschaulicht,   eine Stromverstärkung mit einem Transistor 45 nötig. dessen Basis über einen    Kollektor-Basis-Widerstand   46 gespeist wird und dessen Basisstrom über einen Schutzwiderstand 47 von der    Fünfschicht-Kippdiode   (Pos. 5) entzogen wird. Da in der Sperrphase der Transistor hohen Spannungen ausgesetzt ist. kann es preislich vorteilhafter sein, einen billigen Transistor 45 mit kleinen Sperreigenschaften und eine relativ ebenfalls billige Diode 48 in Serie zu schalten.

   In einer solchen Schaltung    (Fig.   la) ist dann die    spannungsempfindliche      Fünfschicht-Kippdiode   über 3    temperaturitbli:inL,ioe      Diodenstrecken,   nämlich Steuerelektrode-Kathode des    Th,.-ristors   z.    Basis-Kollektor-      strecke   des Transistors 45 und Diode 48 verbunden, und es kann notwendig werden, den Temperaturgang der stabilisierten Spannung mit einem    Ne,-,ativ-Temperatur-      Koeffizient-Widerstand   81 im Spannungsteiler (Pos. 6, 7 8)    zu      kompensieren.   Die Dioden Pos.

   10, 101 und 102 in    Fig.   2 und 3 sind notwendig, um den Rückstrom von der Batterie über die Steuerelektrode des    Thyristors   (Pos. 2) über die    Fünfschicht-Kippdiode   (Pos. 5) zu unterbinden, der sonst den letzteren von einer Halbphase in die nächste in gezündeten Zustand halten würde und so die    Wiederzündung   des    Thyristors   (Pos. 2) verunmöglichen würde. 



  Die Dioden (Pos. 111 und Pos. 112) in    Fig.   3 verhindern, dass der Zündstrom z. B. für    Thyristor   Pos. 21, der über den Widerstand Pos. 41 zufliesst, über Widerstand Pos. 42    wieder   abfliesst und so die Zündung unterbleibt. 



  Anstatt der    Fünfschichtdiode   Pos. 5 kann irgendein elektrischer Zweipol verwendet werden, der keine Proportionalität zwischen Spannung und Strom aufweist und dessen Verhältnis Spannung zu Strom für grössere Spannung kontinuierlich oder sprunghaft absinkt. Als solche Dipole kommen in Frage Anordnungen, die Dioden,    Zenerdioden,      TransistorJn.      Unijunctionstransi-      storen,      Thyristoren,   galvanische Elemente oder Glimmlampen enthalten. Wesentlich an all diesen Elementen ist, dass sie beim Überschreiten einer bestimmten vorgegebenen Spannung ihre Eigenschaften möglichst brüsk ändern. 1m folgenden wird deshalb immer allgemein von spannungsempfindlichem Element gesprochen. 



  Die    Gleichrichtereinrichtung   scheint zur Zeit für Batterieladung besonders vorteilhaft zu sein. Sie arbeitet auch mit Widerstandslast, wenn dem Lastwiderstand ein genügend grosser Kondensator parallelgeschaltet wird, sodass die Zeitkonstante des entstandenen    R-C-Gliedes   beträchtlich grösser ist als eine Periodendauer des gleichgerichteten Wechselstromes.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Ladegerät für Akkumulatoren mit Spannungsstabilisation, mit einem oder mehreren Thyristoren als Ladestromsteuerelemente, einem Spannungsteiler, der mit den Endpunkten an den zu ladenden Akkumulator angeschlossen ist. und einer elektronischen Steuerschaltung für den oder die Thyristoren mit einem spannungsempfindlichen Element, die mit der oder den Anoden und der oder den Steuerelektroden. ferner mit dem Abgriff des Spannungsleiters verbunden ist und die über interne, zu dem oder jedem Thyristor gehörige Strompfade von der Anode des oder jedes Thyristors zu dessen Steuerelektrode einen zur Zündung dieses Thyri- stors genügenden Strom leitet.

   dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Spannung zwischen dem Abgriff des Spannungsteilers und der Steuerelektrode eins Thyri- stors eine bestimmte, durch das spannungsempfindliche Element gegebene Schwelle überschreitet. mittels der Steuerschaltung diesem betroffenen Thyristor der Zünd- strom entzogen oder dermassen geschwächt wird, dass eine Zündung des Thyristors nicht mehr möglich ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsempfindliche Element eine Fünfschicht-Kippdiode ist. 2.

   Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsempfindliche Element eine Vienchicht-Kippdiode ist. <Desc/Clms Page number 3> 3. Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das spannungsempfindliche Element eine Gasentladungsröhre ist. 4. Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung einen Widerstand enthält, der von der Anode zur Steuerelektrode des Thyristors führt und das spannungsempfindliche Element ein Zweipol ist, der direkt zwischen Steuerelektrode des Thyristors und Abgriff des Spannungsteilers geschaltet ist. 5.

   Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom durch ein zweipoliges spannungsempfindliches Element über einen Transistor verstärkt zur Steuerung des Zündstro- mes dient. 6. Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuleitungen von den Transistoren zu den Steuerleitungen der Thyristoren Dioden in Leitrichtung geschaltet sind. 7. Ladegerät für Akkumulator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung einen Widerstand enthält, der über eine vorwärtsgepolte Diode zur Steuerelektrode des Thyristors führt und das zweipolige spannungsempfindliche Element an die Verbindung zwischen Widerstand und Diode und den Abgriff am Spannungsteiler geschaltet ist. B.

   Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Thyristoren über Widerstand und Diode von der Anode zur Steuerelektrode verbunden sind und dass von der Verbindung von Widerstand zur Diode über vorwärtsgepolte Dioden die Verbindung mit dem einen Pol des zweipoligen spannungsempfindlichen Elementes hergestellt ist, wobei der andere Pol des spannungsempfindlichen Elementes am Abgriff des Spannungsleiters angeschlossen ist. 9. Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 4, 5 und 6 in Einweg- gleichrichterschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Thyristor gleichzeitig als Gleichrichter dient. 10.

   Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 4, 5, 6 und 8 mit Vollweggleichrichtung in Mittelpunktgleichrichterschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass zwei den Ladestrom steuernde Thyristoren gleichzeitig als Gleichrichter dienen. 11. Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch mit Vollweggleichrichtung und mit einer Graetz- schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aneinander angrenzenden Halbleiter der Graetzschaltung Thy- ristoren sind. 12.

   Ladegerät für Akkumulatoren nach Patentanspruch mit Vollweggleichrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleichstromkreis ein Thyristor eingeschaltet ist und zur Gleichrichtung eine Graetzschaltung vorgesehen ist. 13. Ladegleichrichter für Akkumulatoren nach Patentanspruch mit einem Spannungsteiler, der aus mehreren Widerständen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Widerstände einen höheren Temperaturkoeffizienten als die andere hat.