DE1107779B - Ladeverfahren und Ladegeraet mit automatischer Ladestromabschaltung fuer Akkumulatorenbatterien - Google Patents

Description

• Ladeverfahren und Ladegerät mit automatischer Ladestromabschaltung für Akkumulatorenbatterien Es sind verschiedene Ladeeinrichtungen für Akkumulatorenbatterien bekannt, die nach beendigter Ladung bzw. bei Erreichen der Gasungsspannung den Ladestrom entweder völlig abschalten oder zumindest auf einen kleinen Wert begrenzen. Diese speziell für Kleinbatterien notwendigen Einrichtungen dienen zur Vermeidung von Wasserverlusten und somit zur Erhöhung der Lebensdauer der Batterien. Unbedingt erforderlich ist eine Ladestrombegrenzung bei gasdicht verschlossenen Batterien auf Blei-Schwefelsäure-Basis, um den durch Gasung entstehenden Druck, der zur völligen Zerstörung der Zelle führen kann, zu unterbinden.
• Bekannte Einrichtungen dieser Art arbeiten entweder mit Heißleitern, Zenerdioden, Transistorschaltungen oder schalten mechanisch über den Druckanstieg den Strom ab. Ein Nachteil der auf Heißleitern basierenden Anordnungen ist die große Temperaturabhängigkeit des Ladegerätes, die starken Einfiuß auf die Ladezeit nimmt, während die Halbleitereinrichtungen in den meisten Fällen preislich zu aufwendig sind. Eine Abschaltung oder Regelung über den Druckanstieg in der Batterie ist mit den bekannten, in jeder Mechanik liegenden Unsicherheit behaftet, und es entsteht grundsätzlich das Problem, den einmal zur Abschaltung notwendigerweise entstandenen Überdruck für weitere Ladezyklen unwirksam zu machen bzw. entweichen zu lassen.
• Die zuerst genannten Anordnungen beruhen auf der Zunahme der Zellenspannung in Abhängigkeit vom Ladungszustand der Batterie. Die grundsätzliche Schwierigkeit liegt bei dieser Art von Geräten in der Erfassung der relativ kleinen Spannungsdifferenz zwischen geladener und überladener Batterie, der damit notwendigen steilen Steuerung und des genauen Einsetzpunktes der Regelung.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die zur Aussteuerung der Stromregelung maximal verfügbare Spannungsdifferenz von etwa 100 mV pro Zelle zu übersetzen, so daß mit herkömmlichen Bauelementen die Forderungen auf Steilheit, Konstanz und Absolutwerte der Steuerelemente erfüllt werden können. Hierzu wird die sehr kleine, gegen Ende der Ladung an der Batterie auftretende Spannungsdifferenz entsprechend dem Übersetzungsverhältnis eines Transformators vervielfacht und gestattet es, die Spannung an einer Glimmlampe bis zur Zündspannung zu steigern, welche ihrerseits nach Zündung entweder die Primärspannung des Transformators auf ihre Brennspannung erniedrigt oder sekundärseitig eine derartige Transformatorenlast darstellt, daß die Lade-Spannung nach der Zündung spontan unter die Klemmenspannung der Batterie absinkt.
• Ein Ausführungsbeispiel sei in Fig. 1 erläutert.
• Die üblicherweise zur Verfügung stehende Netz-Wechselspannung speist die Primärwicklung 1 eines Transformators mit parallel geschalteter Glimmröhre 2 über einen Vorwiderstand 3. Die Sekundärwicklung 4 liefert über eine Gleichrichtung 5 der Batterie 6 den Ladestrom.
• Der bei leerer Batterie große Ladestrom bewirkt primärseitig am Vorwiderstand 3 einen Spannungsabfall, der bei geeigneter Dimensionierung eine Zündung der Glimmlampe 2 verhindert. Die mit dem Ansteigen der Batteriespannung verbundene Ladestromerniedrigung verringert primärseitig den Spannungsabfall am Vorwiderstand 1, somit eine Zunahme der Spannung an der Glimmlampe 2 und eine Zündung derselben zum gewünschten Zeitpunkt. Durch den großen Unterschied zwischen Zünd- und Brennspannung der Glimmröhre wird eine Primärspannung am Transformator wirksam, die sekundärseitig eine gegenüber der Batteriespannung kleinere Gleichspannung liefert, womit der Ladestrom auf Null geregelt ist. Eine Entladung der Batterie wird durch die sperrende Wirkung des Gleichrichters 5 verhindert.
• Dieser beschriebenen Anordnung haftet als Nachteil der Wechselspannungsbetrieb für die Glimmlampe an, bei dem eine gewisse Unsicherheit im Zündpotential auftritt. Weiterhin wirkt der Vorwiderstand 3 der natürlichen Ladestromcharakteristik entgegen und hebt den mit zunehmender Ladung absinkenden Strom an, was eine genauere Bestimmung des Zündpunktes bedingt. Eine verbesserte Anordnung zeigt Fig: 2. Hier ist die ursprüngliche Sekundärwicklung 4 durch eine höherspannige Zusatzwicklung 7 ergänzt, die jedoch bei vollem Ladestrom zu Beginn der Ladung über den Ladegleichrichter 5 eine unter der Zündgleichspannung liegende Spannung zur Glimmröhre führt. Durch Verringerung des Stromes und somit verringerter Last am Transformator steigt die gesamte Sekundärspannung an -den Wicklungen 4 und 7 bis zur Zündspannung an. Der Transformator muß jetzt zusätzlich über die Hochspannungswicklung den Brennstrom zur Glimmröhre liefern, was eine bedeutende Erniedrigung der Sekundärspannung bewirkt und die Ladespannung unter den Minimalwert absinken läßt.
• Eine gegenüber Fig. 2 weiter verbesserte Anordnung sei an Fig. 3 erläutert. Hier ist der Transformator neben der Ladewicklung 4 mit einer getrennten Wicklung 8 für die Glimmröhre 2 ausgestattet, die bei Vollast des Transformators zu Beginn der Ladung über den Gleichrichter 9 eine unter der Zündspannung liegende Spannung an die Elektroden der Glimmröhre bringt. Gegen Ende der Ladung sinkt bei Erreichen der Gasungsspannung der Batterie 6 die Last des Transformators ab, die Spannung an Wicklung 8 nähert sich der Leerlaufspannung, und bei entsprechend dimensionierter Glimmröhre zündet dieselbe und stellt damit eine gegenüber der selbst leeren Batterie wesentlich vergrößerte Transformatorenlast dar. Somit bricht spontan die Ladespannung auf einen Wert beliebig weit unter die Zellenspannung zusammen, und die Ladung ist unterbunden. Auch kann eine nach Fig. 2 grundsätzlich noch mögliche Entladung der Batterie nicht vorkommen.
• Alle drei Anordnungen haben den Vorteil einer Anzeige der Ladungsbeendigung durch Aufleuchten der Glimmlampe. Die beim heutigen Stand der Glimmlampentechnik kleinen Unterschiede in der Zündspannung über der Zeit, der äußeren Vorionisation und von Röhre zu Röhre beim gleichen Typ werden immer uninteressanter, je höher die Zündspannung über der Batteriespannung liegt, da sich der eingangs genannte kritische Spannungsbereich von etwa 100 mV im Absolutwert entsprechend vervielfacht.
• Die Erfindung ist auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. .

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Ladeverfahren mit automatischer Ladestromabschaltung bei Akkumulatorenbatterien, vorzugsweise Kleinbatterien und gasdichten Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß die sehr kleine, gegen Ende der Ladung an der Batterie auftretende Spannungsdifferenz entsprechend dem irbersetzungsverhältnis eines Transformators vervielfacht wird und es gestattet, die Spannung an einer Glimmlampe bis zur Zündspannung zu steigern, welche ihrerseits nach Zündung entweder die Primärspannung des Transformators auf ihre Brennspannung erniedrigt oder sekundärseitig eine derartige Transformatorenlast darstellt, daß die Ladespannung spontan unter die Klemmspannung der Batterie absinkt.
2. 2. Ladegerät mit Transformator, Gleichrichter und Glimmlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Primärwicklung des Transformators, dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter den Ladestrom liefert, eine Glimmlampe geschaltet und in Reihe mit dieser Parallelschaltung ein Vorwiderstand angeordnet ist, an dem bei Beginn und während des Ladevorgangs eine Spannung abfällt und die Zündung verhindert, dieser Spannungsabfall sich gegen Ende der Ladung so weit verringert, daß das Zündpotential der Glimmröhre erreicht wird, dieselbe zündet und somit über verringerte Primärspannung die Ladegleichspannung auf einen Wert unterhalb der Batterieklemmspannung begrenzt.
3. 3. Ladegerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Transformators mit einer Anzapfung versehen ist und der kleinere Teil über einen Gleichrichter den Ladestrom für die Batterie liefert, während über beide Wicklungsteile und den gleichen Gleichrichter eine vom Ladestrom abhängige Spannung an die Elektroden der Glimmröhre geführt wird, so daß durch die Stromverringerung gegen Ende des Ladevorgangs die Gesamtgleichspannung bis zur Zündspannung ansteigt, die Glimmröhre zündet, und durch diese Last die Ladespannung auf einen Wert unterhalb der Batteriespannung spontan absinkt.
4. 4. Ladegerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben der den Ladestrom liefernden Wicklung mit Ladegleichrichter eine zweite Wicklung mit höherer Spannung nebst Gleichrichter angebracht und an die Elektroden der Glimmröhre geführt ist, so daß durch die Lastverminderung gegen Ende des Ladevorgangs die Gleichspannung dieser Glimmröhrenwicklung bis zur Zündspannung ansteigt, die Glimmröhre zündet und durch diese Last die Ladegleichspannung spontan absinkt.
5. 5. Ladegerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Glimmröhren mit gegenüber der Brennspannung wesentlich höherer Zündspannung benutzt werden.
6. 6. Ladegerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Glimmröhren mit einer Verlustleistung benutzt werden, die ausreicht, nach Zündung die Ladespannung des zugehörigen Transformators auf einen Wert unter der Klemmspannung der Batterie zu ziehen.
7. 7. Ladegerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmröhre gleichzeitig zur Anzeige der Ladungsbeendigung benutzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 609 015.