-
Einrichtung zur Ladung elektrischer Sammlerbatterien in verkürzter
Ladezeit; Bei der verkürzten Aufladung elektrischer Sainnilerbatterien, z. B. mittels
Gleichrichter, ist es zur Erzielung möglichst kurzer Ladezeiten bisher üblich, die
Ladestromstärke während des ersten Teiles der Ladung (bis zu Beginn der Gasentwicklung)
möglichst hoch zu wählen und mit steigender Batteriespannung abfallen zu lassen,
um sie dann durch besondere Schaltmaßnahmen (z. B. Einschaltung von Drosselspulen)
derart herabzusetzen, daß die nach Beginn der Gasentwicklung in den Listen der Akkumulatorenhersteller
vorgeschriebenen Ladestromstärken nicht überschritten werden. Dieses Verfahren gestattet
z. B. Gitterplattenbatterien nach Entnahme von 8o °1o ihrer 5stündigen Kapazität
in etwa 511, Stunden voll aufzuladen, wenn hierfür Gleichrichter gewählt werden,
deren Nennstromstärke doppelt so groß ist wie der 5stündige Entladestrom der Batterie.
. Eine weitere Verkürzung der Ladezeit durch Wahl größerer Aggregate läßt sich jedoch
nicht erzielen. Dieses ist durch folgende zwei Um stände begründet: i. Die Strommenge,
welche bis zu Beginn der Gasung in die Batterie hineingeladen wird, ist um so kleiner,
j e größer die Ladestromstärke am Ende des ersten Teiles der Ladung ist. Es müssen
also entsprechend im zweiten Teil der Ladung um so mehr Amperestunden hineingeladen
werden.
-
Man muß bei Gleichrichtern, deren Strom mit steigender Batteriespannung
nur wenig abfallen soll, die Stromstärke nach Beginn der Gasung viel weiter herabsetzen
als bei normal ausgelegten Gleichrichtern, damit .man den am Ende der Gasung zulässigen
Wert bzw. den im Mittel nach Beginn der Gasung zulässigen Wert nicht überschreitet.
-Hierdurch ergibt sich also, daß bei Wahl größerer Gleichrichter der erste Teil
der Ladung zwar verkürzt, der zweite jedoch verlängert wird, so daß von einer gewissen
relativen
Gleichrichtergrciße ab eine Verkürzung der Gesamtzeit
nicht mehr möglich ist.
-
Man hat auch schon Einrichtungen verwendet, mittels derer bei Erreichen
der Gasspannung der Ladestrom sofort herabgesetzt wurde. wobei sich dieser Vorgang
fortlaufend immer wiederholte, sobald die Gasspannung wieder erreicht wurde. -,Iittels
einer solchen Einrichtung wird die kürzeste Ladezeit erzielt. Dabei ergibt sich
aber der Nachteil, daß solche Einrichtungen sehr komplizierte Steuereinrielitungen
benötiggen.
-
Mittels der Einrichtung nach der Erfindung wird praktisch die gleiche
Verkürzung der Ladezeit erzielt, ohne daß die erwähnten komplizierten Steuereinrichtungen
notwendig sind. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Ladestromstärke
nur zweianal, und zwar nach dein Erreichen der Gasspannung von etwa :2,4l-olt/Zelle
durch \Tei,-ungsändE#-run- der Stromspannungskennlinie der Ladeeinrichtung zum erstenmal
und nach dem Wiederanstieg der Spannung auf 2,d. V o1tIZelle durch Parallelverschiebung
der L adeeinrichtungskennlinie zum zweitenmal oder auch in umgekehrter Reihenfolge
vermindert wird und daß die Ladeeinrichtung so ausgelegt ist, daß nach der zweiten
Verminderung mit der nach Beginn der Gasung und am Ende der Ladung höchst zulässigen
Stromstärke geladen wird. Die Ladeeinrichtungen @verd?tt hierbei so ausgelegt, daß
nach der zweiten Herabsetzung der Stromstärke eine -rößtmögl:icheAusnutzung der
listenmäßiglen Lades s trönie stattfindet. Die Änderung der 'eigun7 der Kennlinie
erfolgt bei Gleichrichtern durch Zwischenschalten von Drosselspulen oder Ab-;chalten
von einzelnen Anoden oder einzelnen Röhr; n (bei Glühkathodengleichrichtern) z.
B. mittels eines Relais, und bei Ladungen direkt voni Gleichstromnetz aus durch
Zwischenschalten von Ohmsehen Widerständen. Die I'arallelver:chiebung der Kennlinie
erfolgt bei Gleichrichtern durch Verminderung der Transformatorspannung z. B. mit
Hilfe von Anzapfungen mittels eines von einem Relais g<#-steuerten Umschalters.
Bei Ladung aus dem Gleichstromnetz ist hierzu entweder ein koniplettes zweites Netz
oder eine Dreileiter-@.chaltung erforderlich, oder es können auch Gegenzellen verwendet
werden, welche in den Ladestromkreis geschaltet werden und die Ladespannung herabsetzest.
-
Erfindungsgemäß kann man bis zum ersttnaligen Vermindern der Ladestromstärke
mehrere Ladestellen parallel schalten und die erstmalige Verminderung durch Abschaltung
einer Ladestelle bewirken. Die zweite Veininderung der Stromstärke kann auf Grund
von Erfahrungswerten nach Verlauf einet- 1),-stimmten, seit der ersten Versn.indcrun
g der
| Stronistiirke bis zum Wiederanstiv auf die |
| Gasspannung verstrichenen Zeit oder gemäß |
| der während dieser Zeit hineingeladenen |
| Strommenge erfolgen. Bei Verwendung eine; |
| selbsttätigen Ladeschalters, z. B. nach dem |
| Svstem Pöhler, kann man zti diesem Zweck |
| das |
| mit einem einstellbaren Neben- |
| -konta.kt versehen, welcher nach Ablauf eistei- |
| erfahrungsgemäß zum zweitmal igenErreidieil |
| `der Gasspannung erforderlichen "Zeit eine» |
| Stromkreis schließt oder öffnet, welcher die. |
| zweiteVerminderun.gdes Ladestromes bewirkt. |
| Der Vorteil derartig ausgelegter Ladeein- |
| richtungen besteht einerseits darin, claß bei |
| Wahl einer bestimmten Gleichrichtergröf'ke die |
| Ladezeit nach dem neuen Verfahren kürze L- |
| ist als nach den bisher meist üblichen mit ein-- |
| tnaliger Herabsetzung der Stromstärke und |
| andererseits darin, daß bei Wahl grnügenil |
| -großer @-nfatigsstroinstärketi bzw. Nennstrom- |
| stärken von Gleichrichtern bei Gittcrplattett- |
| batterien auch kürzere L:tdezeitei als |
| Stunden erzielt werden können. Dieses |
| soll beispielsweise wie folgt gezeigt «-erden: |
| "Zunächst sei die Aufgabe gestellt, eine Gitter- |
| plattenbatterie von .ton Ali ;ständig nach |
| Entnahme von 8o °,..'a = 320 All mit I-Iilfe |
| eines Gleichrichters von 12o=1 Ne1ttist1-(M1 |
| wieder aufzuladen. Die Batterie hat nach Bo- |
| pinn der Gasung einen ztiläissigen Lade:tron: |
| Von 32 -1 und am Ende einen solchen vom |
| 16A bzw. iin -Mittel nach Beginn der Gasring |
| .:o A. |
| a) Bei der bisher üblichen verkürzten La- |
| dung mit abfallender Stromstärke und ei1t- |
| inaliger Herabsetzung derselben nach I@egittts |
| der Gasung wäre die Stronispannungskcunliiii#I |
| des Gleichrichters z. B. nach Abb. 1 auszil- |
| legen. Der zugehörige Ladeverlauf der Lade- |
| spannung je Zelle und der L adestro iustärku |
| in Alalläti gigkeit von der Zeit vollzieht sielt |
| dann nach Abb. 2. Die Kennlinie I in Abb. i |
| gilt für den ersten Teil der Ladung bis zu |
| Beginn der Gasung, die Kennlinie 1I für den |
| zweiten Teil. Die Neigung der Kennlinien |
| entsteht durch das Einschalten von Drossel- |
| spulen in die einzelnen Anodenstroniks-eis#, |
| wie üblich. Die Kennlinie 1I entsteht ass> |
| Kennlinie I durch Zu- oder Abschalten ganzer |
| Drosselspulen oder einzelner Drosselspulwin- |
| dungen oder auch durch Ausschalten einzeInci- |
| Anodenkreise. An Stelle von Drossuln lciintitc |
| man auch Ohrnsche Widerstände venwundcn; |
| jedoch würde hierdurch der Wirkungsgrad |
| der Ladung verschlechtert. |
| Iin vorliegenden Beispiel ist Kennlinie I sei |
| @itisgl:#gt, dall -sei 2.1 VoltiZellc (@egenslrut- |
| nung des- Batterie der Nciiusti-on (Ies ci@eic@t- |
| richten, von 12o- fußt und bei gistss dur, |
| t@a sun.@@ (2.4. \'olt(Zelle) ilocli etwa 8.I _1 bu- |
| tr:igt. 1)"-i- wirkliche _@nfastg@strotn ist rIaini |
etwa 115 A (Schnittpunkt der-Kennlinie Imit der ebenfalls eingezeichneten
Kennlinie der Anfangsspannung a der Batterie). Das Unichalten von Kennlinie I auf
II nach Beginn s
s
der Gasung erfolgt automatisch in üblicher Weise durch
ein Spannungsrelais. Die Spannung geht dann zunächst (im Augenblick des Urnschaltens)
auf etwa 2,24 Volt1Zelle zurück, wobei ein Strom von etwa 27A fließt, und steigt
dann wieder an. Die Linie II ist so aus,-gelegt, (laß am Ende der Ladung der dann
zulässige Wert von 16 A fließt- (Schnittpunkt cler Kennlinie I mit der ebenfalls
eingezeichneten Kennlinie der Endspannung e der Batterie). Bei 2,4 Volt/Zelle, d.
h. bei Beginn der Gasung, ist zwangsläufig dann nur ein L.adestroni von 22 A 'vorhanden,
während ein solcher von 32 A zulässig ist. Infolgedessen ergibt sich für den zweiten
Teil ein verhältnismäßig niedriger Ladestrom und eine verhältnismäßig lange Nachladezeit.
-
Bei dem beschriebenen Ladeverlauf sind his zur= Gasung etwa
278 Ah mit einem mittleren Strom von etwa 103 A in 2,7 Stunden wieder in
die Batterie hineingeladen. Von da ab sind .einschließlich Gasverluste bis zur Volladung
noch etwa 75.Ali erforderlich, wofür bei einem verhältnismäßig niedrigen mittleren
Strom von 21 A noch eine ziemlich lange Ladezeit von 3,6 Stunden benötigt wird.
-
b) Bei dem neuen Verfahren ist gemäß A()1). 3 und 4. die Kennlinie
I und der Verlauf für den ersten Teil der Ladung genau wie bei Abb. i und 2 gewählt,
so daß die Gleichrichter in beiden Fällen für dieselbe Nennleistung auszulegen sind.
-
Nunmehr wird der Strom jedoch im zweiten Teil noch nicht so weit,
wie unter a, sondern zunächst um geringere gierte auf,Kennlinie 1I vermindert. indem
.man z. B. bei einem zweiphasigen Gliihkathodengleichrichter mit drei Gleichrichterröhren
eine Röhre abschaltet, so daß bei 2,4: Volt/Zelle nunmehr nur noch zwei Drittel
voll 84 A = 56 A fließen. Hierdurch wird erreicht, daß im zweiten Teil der
Ladung mit einem verhältnismäßig hohen mittleren Strom von 59 A während o,4
Stunden noch etwa 25 Ah in die Batterie hineingeladen werden. Nachdem, in dieser
zweiten Stufe die >pan:nung wieder auf etwa 2,4 Volt/Zelle ah gestiegen ist, wird
die Stromstärke abermals vermindert (Kennlinie 11I), und zwar durch Unischelten
der Transformatorspannung auf niedrigere Werte. Hierdurch wird die vorher bestehende
Gleichrichterkennlinie parallel zu sich nach unten verschoben, also in ihrer Neigung
nicht geändert. Dieses ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Stromverminderung
unter a; denn nun erhält man ,zum Schluß eine Gleichrichterkennlinie, welche bei
2.,4. Volt/Zelle 32 A und am Ende bei 2,6 Volt/ Zelle 16 A -liefert. Die zulässigen
Ladeströme sind also hierbei ausgenutzt. Die restliche Ladezeit dauert hierdurch
nur etwa 2,1 Stunden, und die gesamte Ladezeit beträgt: nur 5,2 Stunden gegenüber
6,3 Stunden bei dein üblichen Verfahren nach a. Vertauscht man di-e -Reihenfolge
der beiden Umschaltungen, d. h. vermindert man zuerst die Transforrnatorspannung
und schaltet dann Drosseln .zu lrzw. Anoden ab, so ist der Ladeverlauf fast der
gleiche.
-
Durch die zweimalige Herabsetzung der Stromstärke und die Art der
Anpassung der Kennlinien des letzten Teiles der Ladung an die zugelassenen Ladeströme
ist also bei dein Verfahren nach der Erfindung die mittlere Stromstärke nach Beginn
der ersten Gasung bis zum Schluß im Mittel größer als bei der Methode nach a (vgl.
die schraffierten Flächen der Abb. 2 und 4). Es liegt bei Betrachtung dieser Ladeverhältnisse
die Vermutung sehr nahe, daß man auch im Falle a (Abb. i) die Kennlinie für den
zweiten Teil der Ladung so auslegt wie die Kennlinie III in Abb. 3. Dieses hätte
zwar eine gewisse Verkürzung der Ladezeit zur Folge, aber nicht in dem Umfange der
Abb. 4 nach dem neuen Verfahren. Umgekehrt wäre es auch naheliegend, die Auslegung
der Kennlinie für den letzten Teil .der Ladung nach dem neuen Verfahren so zu wählen
wie die Kennlinie II in Abb. i, indem also nochmals Drosseln zu- oder Anoden abgeschaltet
werden. Auch dieses wäre weniger wirkungsvoll als das vorstehend nach Abb. 3 und.
q. gewählte Verfahren.
-
Wollte man bei der Methode a ebenfalls eine kürzere Ladezeit erzielen,
so müßte man praktisch einen Gleichrichter von über 16o A wählen und würde ,trotzdem
mindestens 51J Stunden Ladezeit benötigen. Eine kürzere Ladezeit nach diesem Verfahren
ist aus den eingangs erwähnten Gründen überhaupt nicht möglich. Dagegen läßt das
Verfahren b nach der Erfindung noch eine weitere Verkürzung der Ladezeit auf z.
B. 4,4 Stunden zu, wenn man-,einen Zoo A-Gleichrichter wählen würde. Die Auslegung
der Kennlinien hätte hierbei etwa nach : gbb. 5 zu erfolgen; der zugehörige Ladeverlauf
ist .in Abb. 6 dargestellt.
-
Es ist von Interesse festzustellen, welche Ladezeiten sich- bei dem
bereits obenerwähnten Ladeverfahren ergeben, welches unter Aufwand entsprechender
Schaltmittel die kürzesten Ladezeiten liefert, und dieses mit dem beschriebenen
neuen Verfahren zu vergleichen. Das genannte Verfahren mit der kürzesten Ladezeit
(s. »ETZ« Jahrg. 1932, S.716 bis 718) besteht darin, daß im ersten Teil der Ladung
die Stromstärke bis zur Gasung (a,4 Volt/Zelle) auf dem Nennwert des Gleichrichters
konstant gehalten wird (im vorliegenden
Beispiel also Zoo A) ;
von da ab wird bei abfallender Stromstärke die Spannung auf 2.- Volt/7elle konstant
gehalten, bis der Strom clenjfnigen Wert erreicht hat, welcher im Mittel während
des letzten Teiles der Ladung fließen darf (im vorliegenden Beispiel also 2o
A); zum Scbluß wird dieser Wert bis zutn Ende der Ladung konstant gehalten.
Die Gesamtladezeit würde bei dieser Methode unter Verwendung des :no A-Gleichrichters
etwa q. Stunden gegenüber ,I,:I Stunden bei dein neuen Verfahren nach Abb. ö betragen.
Bei Verwendung eines i2o A-Gleichrichters und Ladung nach dein Verfahren mit der
kürzesten Ladezeit küre diese etwa ; Stunden, .gegenüber 3.2 Stunden nach dein neuen
Verfahren gemäß Abb. 4.. Man erkennt also, daß sich das nette Verfahren nach der
Erfindung in bezug auf die erzielbare Gesaintladezeit dem bisher besten bekannten
'\Terfahren nähert, jedoch den Vorteil einer sehr viel größeren Einfachheit und
damit Preiswürdigkeit und Betriebssicherheit hat. Bei dein bekannten Verfahren mit
der kürzesten Ladezeit sind zwei verschiedene motorgesteuerte Regeleinrichtungen
erforderlich, die eine für das Konstanthalten der Stromstärke (,ein ersten und letzten
Teil der Ladung), die andere für das Konstanthalten der Spannung (ilii mittleren
Teil der Ladung). Das neue Verfahren nach der Erfindung dagegen bedient sich ]<einer
inotorgesteuerten Einrichtungen, sondern fester Vorwiderstände in Form von Drosseln
und einer zweimaligen Unischaltung mittels Spannungsrelais.
-
Die Einfachheit des neuen Verfahrens geht beispielsweise aus dein
Prinzipschaltbild nach Abb. ; hervor. Es ist hier ein Glühkathodengleichrichter
g, h. zum Anschluß an Wechselstrom dargestellt. Die beiden Anoden der Gliihl:atliodenrölire
«-erden von der Sekundärwicklung des Transformators t über den Umschalter s2 und
die Drosselspulen d i und d= gespeist. Die Drosselspulen d2 werden durch Anziehen
des Kurzchlußschalters s i vorgeschaltet. Dies erfolgt mit Hilfe der Relaisspulen
r i in Abhängi_--#Iceit von der Klemmenspannung der Batterie, nachdem diese den
Wert von 2,4. erreicht hat. Gleichzeitig mit dein :1nsprechen des Relais r- i wird
das Relais r2 an Spannung gelegt. Dieses zieht an. nachdem die Gasungsspännung zum
z-,veiteiinial erreicht ist, und schaltet mit Hilfe des Schalters .s2 auf niedrigere
Anodenspannung tun. Das Anziehen des Relais r i entspricht hierbei dem Umschalten
von Kennlinie I auf Kennlinie II in Abb. 3 und das Allziehen des Relais r-2 dein
Umschalten der Kennlinie II auf Kennlinie III. Bei Gleichrichtern zum Anschluß an
Drehstromnetze mit mehr als zwei Anoden ist das Schaltbild grundsätzlich nicht wesentlich
anders. In allen Fällen kann das Umschalten von Kennlinie I auf Kennlinie
1.1 auch durch Ausschalten vorn Anodenkreisen (statt durch 7.aschalten der
Drosseln d2) erfolgen.
-
Bei Ladung aus Gleichstromnetzen wird die Änderung der Neigung der
Kennlinie durch Vergrößerung der Ladewiderstände vorgenommen. Die Parallelverschiebung
der Kennlinien kann unter Verwendung von zwei Netzspannungen, z. B. unterVerwendungeiner
Dreileiterschaltung oder auch unter Verwendung von Gegenzellen, erfolgen. Hierfür
ist in -:#bIi. 8 das Prinzipschaltbild dargestellt. Die Ladung erfolgt hier über
den Vorwider stand zc, von dem ein Teil im ersten Teil der Ladung durch den Schalter
s i kurzgeschlossen ist. Nach Erreichen der Gasungsspamiung zielet das Relais r
i an und hebt diesen Kurzschluß auf, gleichzeitig wird das Relais r2 an Spannung
gelegt. Dieses ist finit dein Schalter s2 verbunden, der, solange das Relais r2
nicht angezogen hat, eine Anzahl im Ladestromkreis liegender Gegenzellen -- kurzschließt.
-'Zach Beginn der zweiten Gasung zieht das Relais r-2 an, wodurch der Schalter S2
ausgeschaltet und die Gegenzellen eingeschaltet werden. Hierdurch vermindert sich
die Ladespannung, was einer Parallelverschiebung der L adekennlinie (von Kennlinie
Il auf Kennlinie III entsprechend Abb. 3) entspricht.
-
Inn Fall, (laß kurze Ladezeiten norinalerweise nicht erforderlich,
jedoch unter Uniständen bei stärkerer Beanspruchung und entsprechend großem Stromverbrauch
(also z. 1>. im Winter) erwünscht sind, kann man normal mit einem kleineren Gleichrichter
laden und für kürzere Auf ladungen einen zweiten Gleichrichter über ein Sclialtschiitz
parallel schalten, «-elches nach dem ersten Anstieg der Batteriespannung auf 2..4
Volt den parallel geschalteten Gleichrichter wieder abschaltet. Anschließend erfolgt
dann die weitere Ladung, wobei nach Wiederanstieg der Spannung auf 2,4Volt die Stromstärke
nochmals, und zwar durch Parallelverschiebung der Kennlinie, vermindert wird. Die
prinzipielle Schaltung für das Parallelschalten des zweiten Gleichrichters ist beispielsweise
in Abb. g dargestellt. Der Zusatzgleichrichter g2 ist hierbei über einen vo!n Relais
r gesteuerten Schalters mit dein Gleichrichter ä i zum Laden der Batterie b parallel
geschaltet. Das Relais zieht an, sobald zuni erstenmal die Gasung erreicht ist,
und schaltet Gleichrichter g-2 ab. so daß dieser dann für die Ladung anderer Batterien
zur @Terfügung stellt. (_ileichzeitig mit (lein Anziehen des Relais r- wird ein
zweites im Gleichrichter enthaltenes Relais über den dritten vorhandenen Kontakt
des Schalters s an Spannung gelegt. Dieses vermindert nach dein zweiten Anstieg
der
Ladespannung auf 2,4 Volt/Zelle die Transformatorspannung.BeiGroßladestationen kann
man besondere Kupplungsleitungen vorsehen, über welche die einzelnen Gleichrichter
nach Bedarf parallel geschaltet werden können.