DD76269B1 - Schaltungsanordnung zur wartungsfreien ladung von akkumulatoren - Google Patents

Description

-Eider Erfindung

Schaltungsanordnung zur wartungsfreien Ladung von Akkumulatoren

Anv/endungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur wartungsfreien Ladung von explosions- oder schlagwetterge-Bchütatcn Leuchten, die mit einem steuerbaren Halbleiter zur Verriegelung und für das Laden der Leuchtenakkumulatoren ausgerüstet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eb ist bekannt_s daß zur Ladung von in Parallelschaltung befindlichen Akkumulatoren diese über ein spannungogeregoltes, in Verbindung mit einem für jede Batterie ungeregelten Gleichrichtergerät geladen werden, wobei die ungeregelten Gleichr.ichtergeräte in Abhängigkeit der Gasungsspannung geschaltet werden. Diese Einrichtung ist für gasdichte- oder wartungsarme Nickel-Kadmium-Akkumulatoren auf Grund der fehlenden Gasimgsspannung nicht brauchbar. Y/eiterhin ist bekannt, daß Batterien über Transistoren geladen werden* wobei der Ladestrom durch eine auf die Lade-Bchluß3pannung dei Batterie ausgesuchte Zencrdiode bestimmt wird

Diese Ladeschaltimg eignet sich mir zur Ladung von Batte-

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rien, deren Spannungen größer als 4,5 V sind und somit im Zenerspannungsbereich liegen. PUr den vorgesehenen Anwendungsbereich· 2,4 V oder 3,6 V gasdichter Nickel-Kadmium-Leuchtenakkumulatoren zu laden, ist diese Schaltung nicht brauchbar.

Die wartungsfreie Ladung, z. B. KonstantSpannungsladung, von in Parallelschaltung befindlichen Akkumulatoren ist ebenfalls bekannt. Da der Ladespannungsverlauf von gasdichten oder wartungsarmen Nickel-Kadmium-Akkumulatoren nach Volladung keine Veränderungen mehr aufweist, die zur Steuerung des Ladestromes verwendet werden könnten, werden transduktorisch oder elektronisch geregelte Ladegeräte eingesetzt, deren Ausgangsspannungen unabhängig von Netzspannungs- und Laständerungen im vorgesehenen Regelbereich auf - 1 % stabilisiert sind. Das sind reine Gleichspannungen, die auf Grund der geforderten Einstellgenauigkeit nuivon einer sehr geringen Brummspannung überlagert sein dürfen. Es ist bekannt, daß z. B. ein solches Gerät mit einer einstellbaren stabilisierten Spannung von 3 bis 5 V und 0 bis 200 A einen sehr großen gerätetechnischen Aufwand erfordert und damit ökonomisch aufwendig wird. Explosionsund schlagwettergeschützte Leuchten müssen gegen unbefugte Stromentnahme an außenliegenden Kontakten verriegelt sein. In bekannter Weise wird eine elektrische Verriegelung mittels eines steuerbaren Halbleiters erreicht (siehe DDR-Patent 47 951).

Ziel der Erfindung

Der Zweck der Erfindung ist es, eine wartungsfreie Ladung von in Parallelschaltung befindlichen Akkumulatoren mit unterschiedlichen Ladezuständen mit einer Ladeeinrichtung zu erreichen, die einen wesentlich geringeren gerätetechnischen und damit einen geringeren Kostenaufwand erfordert, als die bisher für die wartungsfreie Ladung verwendeten Ladeeinrichtungen.

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Darlegung des Y/esens der Erfindung

- Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst v/ird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrisehe Verriegelung von Schlagwetter- und explosionsgeschützten Leuchten in Verbindung mit den Regelgeräten des für die Erzeugung des Ladestromes erforderlichen Gleichrichters во zu ändern, daß bei geringerem Aufwand die wartungsfreie Ladung technisch verwirklicht v/erden kann.

- Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Transistorregelschaltung 21 mit einem Schmitt-Trigger 22 verbunden ist, welcher weiterhin mit der LadeStromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Schmitt-Triggers 22 auf einen Verstärker 23 führt, v/elcher ebenfalls mit der Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Verstärkers 23 mit einer Begrenzerschaltung 24 verbunden ist und die Basen der in dem Ladestromkreis liegenden Transistoren 16 mit dem Ausgang der Begrenzerschaltung 24 verbunden sind. Dabei v/ird an Stelle einer reinen stabilisierten Gleichspannung als Ladespannung· eine unstabilisierte, von liets und Last abhängige pulsierende Gleichspannung verwendet. Diese Gleichspannung wird aus einer Brücken- oder Mittelpunktschaltung gewonnen« Die Konstantspannungsladecharakteristik für die wartungsfreie Ladung v/ird trotz unstabilisierter Ladespannung dadurch erreicht, daß eine Steuerspannung entweder von der unstabilisierten pulsierenden Ladespannung oder aus einer externen Gleichspannung gewonnen und mittels eines Schmitt-Triggers in eine Rechtsckspannung umgewandelt und je nach Anzahl der zu ladenden Akkumulatoren verstärkt und in einem einstellbaren elektronischen

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Begrenzer unabhängig von der Eingangsspannung auf eine konstante Amplitude begrenzt wird.

Die Differenz zwischen der konstanten Steuerspannung und der Batteriespannung entspricht der Basisspannung des Ladetransistors und bestimmt somit über den Verstärkungsfaktor die Größe des pulsierenden Ladestromes. Mit zunehmender Ladung wird die Batteriespannung größer und verringert somit die Basisspannung am Ladetransistor und damit den Ladestrom.

Die geringste Steuerleistung ergibt sich dann, wenn der Stromflußwinkel von Steuer- und Ladespannung gleich groß ist, beide Spannungen phasengleich sind un der im Ladeetromkreis befindliche Transistor 16 erst dann leitend wird, wenn die pulsierende Ladespannung größer ist als die Batteriespannung. Bei Aussteuerung mit reiner Gleichspannung und pulsierender Ladespannung kann sich der Steuerleistungsbedarf um ein Mehrfaches erhöhen. Dies erklärt sich daraus, daß der Steuerstrom beim Absinken der Ladespannung unter die Batteriespannung, wie es etwa bei pulsierender Ladespannung von 100 Hz nach jeweils < 1/100 Sek. erfolgt, stark ansteigt. Die Batteriespannung, die als Gegenspannung zur Steuerspannung wirkt, ist auf Grund des fehlenden Ladestromes niedriger als in den Stromflußzeiten. Um bei gleichzeitigem Einsetzen aller entladenen Akkumulatoren eine Überlastung des Leistungsteiles der Ladeeinrichtung zu vermeiden, wird der Quellwiderstand der Stromversorgungseinrichtung für die Ladespannung so gewählt, daß bei zunehmendem Ladestrom sich die Ladespannung und damit der Stroraflußwinkel so weit verringert, daß ein v/eiteres Ansteigen des Ladestromes verhindert wird. Um außerdem in einem größeren Temperaturbereich eine wartungsfreie Ladung zu gewährleisten, wird die Steuerspannung in Abhängigkeit zur Umgebungstemperatur so geregelt, daß die von der Umgebungstemperatur abhängige Batteriespannung kompensiert und ein annähernd gleichbleibender Ladeschlußstrom in

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einem großen Temperaturbereich erreicht wird, in dem der Thermistor 20 parallel zu dem \7iderstand 12 der Spannungsteiler 12/13 geschaltet ist. Es ist keine manuelle Umstellung der Ladespannung in Abhängigkeit von der Temperatur mehr erforderlich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. In den zugehörigen Schaltbildern zeigen:

Fig. 1: Schaltbild für Kleinladeeinrichtung,

Fig. 2: Blockschaltbild für Großladeeinrichtung.

Nach Pig. 1 wird die zur Ladung der in Parallel schaltung befindlichen Batterien 17 erforderliche Glei chstrornleißtung dem Stromversorgungsgerät 1, zu dem diese Batterie 17 über Transistor 16 und Ladewiderstand 15 parallelge-Bchaltet ist, entnommen. Der Pluspol des Stromversorgungsgcrätes 1 ist mit dem Pluspol des Stroinversorgungcgerätes 2 verbunden. Das Stromversorgungsgerät 3> dessen Minuspol mit dem Minuspol vom Stromversorgungsgerät 1 verbunden ist, dient zur Speisung der ladestromabhängig gesteuerten Anzeigelampe 19 in Verbindung mit Transistor 18. Die Gleichspannungen der Stromversorgungsgeräte 1; 2; 3 werden je aus einer Brückenschaltung gewonnen, sind unstabilisiert und tragen den Charakter einer pulsierenden Gleichspannung von 100 Hz, die in Phasen miteinander übereinstimmen.

Die zur Steuerung der Ladetransiotoren 16 benötigte Basisspannung wird dem Stromversorgungsgerät 2 entnommen, an der Zenerdiode 4 vorstabilisiert und an der Zenerdiode 5 auf eine konstante, von der Netzspannung unabhängige Amplitude stabilisiert. Über den Widerstand 14 wird die in Flugrichtung betriebene Siliziumdiode 11 auf einen konstanten Amplitudenwert gebracht und dient der Vergleichs-

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spannung gegenüber der am Potentiometer 13 abgegriffenen und der Basis des Transistors 10 zugeführten Spannung. Den zur Regelung erforderlichen Basisstrom, für die in Darlingtonschaltung befindlichen Transistoren 8; 9» erhalten diese über den Widerstand 6 von der an der Zenerdiode 5 stabilisierten pulsierenden Spannung. Erhöht sich beispielsweise die Spannung am Potentiometer 13 auf Grund einer Verringerung des Ladestromes, so führt diese Spannungserhöhung zu einem höheren Basisstrom für Transistor 10, wodurch dieser Transistor in einen leitfähigen Zustand übergeht und über den Spannungsteiler von Transistor 10 und Widerstand 6 die Basis von Transistor 9 positiver werden läßt. Dies führt dazu, daß auch die Basis von Transistor 8 positiver wird und der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke desselben Transistors sich so weit vergrößert, bis der am Potentiometer 13 eingestellte Spannungswert wieder erreicht wird.

Die dem Kollektor der Transistoren 8 über Widerstand 7 und Transistor 9 vom Stromversorgungsgerät 1 zugeführte pulsierende Gleichspannung wird am Emitter des Transistors 8 gegenüber dem Pluspol der Stromversorgungsgeräte 1; 2 mit Hilfe deo Potentiometers 13 auf einen einstellbaren Amplitudenwert konstant gehalten

Parallel zu dem Spannungsteilerwiderstand 12 ist ein temperaturabhängiger Widerstand 20 geschaltet, der die Amplitude der Steuerspannung an der Basis des Transistors 16 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur so verändert, daß die an den Batterien in Abhängigkeit von der Raumtemperatur auftretenden Spannungsänderüngen eliminiert werden. Dadurch ist die Ladung in einem großen Temperaturbereich ohne manuelle Verstellung der Steuerspannung gewährleistet. Die Aufladung der Batterie 17 geschieht derart, daß an die Basis des Ladetransistors 16 eine gegenüber dem Pluspol der Batterie 17 negative Spannung mit konstanter Amplitude und einer Frequenz von 100 Hz angelegt wird, deren Differenzspannung, die sich ergibt aus Steuerspannung-Batteriespan-

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nung, den Durchsteuerungsgrad des Ladetransistors 1б beßtimrat und somit ein Fließen des Ladestromes über den Ladewiderstand 15 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Ladetransistors 16 einleitet. Mit zunehmender Ladung steigt die Spannung an der Batterie 17 an, wodurch sich die Differenzspannung verringert, der Ladetransistor 16 in den weniger leitfähigen Zustand übergeht und somit den Ladestrom herabsetzt. Der Ladewiderstand 15 kann hierbei auf Grund der Spannungssteuerung über die Basis-Emitter-Strecke des Tranßistors 16 so dimensioniert werden, daß auch am Ende der Ladung bei geringen Ladeströmen eine Steuerung des Transistors 18 möglich ist und die Helligkeit der Anzeigelampe 19 ein Maß für die 'Größe des Ladestromes darstellt. Da die vorgesehenen Nickel-Kadmium-Akkumulatoren eine von der Umgebungstemperatur abhängige Batteriespannung aufweisen, das zu beträchtlichen Unterschieden im Ladeschlußstrom führt imd somit eine wartungsfreie Ladung in Präge stellt, wird mittels eines temperaturabhängigen WiderStandes 20 die Steuerspannung so geregelt, daß die durch Umgebungstemperaturen bedingten Batteriespannungsänderungen eliminiert werden. Damit wird ein von der Umgebungstemperatur, im Bereich + 10 bis + 40 C nahezu gleichmäßiger Ladeschlußstrom erreicht

Der in die Minusleitung des Stromversorgungsgerätes 1 eingeschaltete Widerstand 25 wird in Verbindung mit dem Innenwider stand des Stromversorgungsgerätes 1 so abgestimmt, daß eine Überlastung des Gerätes 1 durch das Absinken der pulsierenden Ladeöpannung und der damit einsetzenden Verringerung des Stromflußwinkels des Ladestromes nicht auftreten kann.

Nach Pig. 2 wird der Erfindungsgegenstand an einem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert, das vorzugsweise für Großladeeinrichtungen mit mehreren einander parallelgeschalteten Akkumulatoren Verwendung findet. Die Stromversorgung 1; 2 für Ladespannung und Steuerspannung v/ird analog wie in Fig. 1 beschrieben, erzeugt.

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Die dem Stromversorgungsgerät 2 entnommene pulsierende Gleichspannung wird mittels einer Transistorregelschaltung 21 in eine stabilisierte reine Gleichspannung umgeformt und mittels eines Schmitt-Triggers 22, im Takte der Frequenz der pulsierenden Ladespannung vom Strömversorgungsgerät 1 in eine Rechteckspannung umgewandelt. Je nach Anzahl der zu ladenden Batterien 17 und der damit zu steuernden Ladetransistoren 16 wird das· vom Schmitt-Trigger 22 ankommende Rechtecksignal in Verstärker 23 auf den erforderlichen Leistungspegel angehoben und in den einstellbaren elektronischen Begrenzer 24 auf den für die jeweilige Akkutype erforderlichen Spannungswert begrenzt. Die Ladestromregulierung über den Transistor 16 erfolgt in Abhängigkeit der Batteriespannung wie bereits in Pig. 1 beschrieben.

Der Schwellwert des Schmitt-Triggers 22 wird so eingestellt, daß ein Schalten erst dann erfolgt und damit eine Rechteckspannung erst dann an die Basis des Transistors 16 gelangt, wenn die Ladespannung vom Stromversorgungsgerät 1 garantiert größer ist als die maximal zu erwartende Ladespannung an der Batterie 17. Damit wird ein Ansteigen des Steuerstromes zu Beginn und am Ende jeder Halbwelle verhindert und somit die Steuerleistung auf ein Minimum reduziert.

Claims (3)

142095 Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung für die mit pulsierendem Gleichstrom erfolgende wartungsfreie Ladung von wenigen bis mehreren Hundert parallelgeschalteten Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transietorrcgelschaltung 21 mit einem Schmitt-Trigger 22 verbunden ist, welcher v/eiterhin mit der Ladestromversorgung 1 verbunden ist, der Ausgang des Schnitt-Triggers 22 auf einen Verstärker 23 führt, v/elcher ebenfalls mit der Ladestromversorgung 1 verbunden ist_s der Auegang des Verstärkers 23 mit einer Begrenzerschaltung 24 verbunden ist und die Basen der in dem Ladestromkreis liegenden Transistoren 16 mit dem Ausgang der Begrenzerschaltung 24 verbunden sind.

2» Schaltungsanordnung nach Punkt 1,- dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltschv/ellö дев Schmitt-Trigger 22 so dimensioniert ist, daß Steuerspannung und Ladespannung phasengleich eind und deren StromfluCwinkel gleich groß ist.

3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekenn~ zeichnet j daß zur Gewährleistung der Ladung in einem größeren Temperaturbereich der Thermistor 20 parallel zu dem Y/iderstand 12 dos Spannungsteilers 12/13 geschaltet ist.