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Schaltungsanordnung und Verfahren zur Ladung von Batterien Zur Ladung
bzw. Wiederaufladung von Batterien, im besonderen Flugzeugbatterien, ist es üblich
und bekannt, den erforderlichen Ladegleichstrom dem Wechsel- oder Drehstromnetz
vermittels ungesteuerter Brückengleichrichter zu entnehmen. Bei der Schnelladung
von Batterien, z.B. Nickelkadmiumsammlern bzw. Bleisammlern, müssen Ladestrom und
Ladezeit der Batteriekapazität angepaßt werden. Bei zu hohem Ladestrom und/oder
zu langer Ladezeit können oberladungen auftreten, die den Gebrauchswert der Batterie
wesentlich beeinträchtigen. Von einem Ladegerät für diepohnelladung von Batterien
muß überdies ein in weiten Grenzen kontinuierlich einstellbarer Ladestrombereich
und ebenso ein in derselben Weise einstellbarer Gasungabereich verlangt werden,
wobei weiterhin die klimatischen Bedingungen während der Ladezeit beachtet werden
müssen, da die Gemperaturabhängigkeit der Gasungsspannung in Betracht gezonen und
damit vermieden werden muß, daß die Batterie bei sehr hohen Temperaturen, etwa 70
00, überladen bzw. bei relativ 0 tiefen Temperaturen, z.B. minus 40 u zu wenig geladen
wird.
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Bei solchen extremen klimatischen Verhältnissen hat es sich - wie
Versuche ergeben haben - als zweckmäßig erwiesen, eine diskontinuierliche Ladung
und Nachladung der Batterie anzuwenden und den Ladegleichstrom in einem engeren
oder weiteren Bereich zu takten.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung und
ein Verfahren zur Ladung von Batterien, insbesondere
Flugzeugbatterien,
aus dem Wechsel- oder Drehstromnetz vermittels ungesteuerter Brückengleichrichter,
und die Erfindung besteht darin, in den Ladestromkreis die Schaltstrecke eines steuerbaren
Halbleiters zu schalten, der steuerseitig in Takten sowohl von einem Stromregler
als auch von einem Spannungsregler, åe mit Zweipunktverhalten und vorgebbarem Sollwert,
derart beeinflußt wird, daß der steuerbare Halbleiter aufgrund einer der Stromregelung
überlagerten Spannungsregelung bis zur Gasungsspannung der Batterie ausschließlich
vom Stromregler mit hoher Taktfrequenz und danach außerdem vom Spannungsregler mit
niederer Taktfrequenz angesteuert wird.
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Auf weitere Merkmale der Erfindung sei bei der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels näher hingewiesen.
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In der Fig. 1 ist eine Ladegleichrichteranordnung veranschaulicht,
die sich aus dem Drehstromtransformator DT und den ungesteuerten Brückengleichrichtern
G1 zusammensetzt. Die negative Ausgangsklemme des Gleichrichters ist mit 1, die
positive Ausgangsklemme mit 2 bezeichnet. In üblicher Weise wäre hierbei die Ausgangsklemme
1 mit dem negativen Anschlußpol und die Ausgangsklemme 2 mit dem positiven Anschlußpol
der Batterie B zu verbinden. Zur Realisierung des Erfindungsgedankens sind in die
von der Klemme 2 zum Pluspol der Batterie B führende Leitung die Schalt strecke
eines Transistors T und ein Fußpunktwiderstand W in Reihenschaltung einbezogen,
wobei der Kollektor des Transistors T an die Klemme 2 angeschlossen und der Emitter
des Transistors T über den Fußpunktwiderstand W mit dem positivem Pol der Batterie
B verbunden ist. In die Leitung zwischen der Klemme 1 und dem negativen Batteriepol
der Batterie 3, die geerdet h r; mit einem Messenanschlußpunkt des Flugzeuges verbunden
win möge, ist eine Glättungsdrossel GD eingefügt.
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Eine zum Schutz der Schaltstrecke des Transistors T vorgesehne sogenannte
Preilaufdiode FD soll bei Verwendung eines npn-Transistors T anodenseitig mit dem
Sternpunkt der Brückengleichrichteranordnung und kathodenseitig mit dem Emitter
des Schalttransistors T verbunden sein.
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Die Steuerelektrode (Basis) des Transistors T, welcher auch aus einem
Thyristor bzw. aus einer Gruppe von Transistoren bzw. Thyristoren bestehen kann,
ist an den Ausgang eines Verstärkers V angeschlossen, welcher eingangsseitig direkt
vom Ausgang sowohl eines Stromreglers StR als auch mittelbar von dem Ausgang eines
Spannungsreglers SpgR beeinflußt wird. Der Stromsollwert Isoll für den Stromregler
StR und der Spannungssollwert U5011 für den Spannungsregler SpgR können den Reglern
über die mit Pfeilen gekennzeichneten Eingänge eingegeben werden.
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Der Stromistwert Iist für den Stromregler StR wird zweckmäßig dem
batterieseitigen Ende des Fußpunktwiderstandes W entnommen, während der Spannungsistwert
Uist für den Spannungsregler SpgR vom masseseitigen Ende der Glättungsdrossel GD
abgeleitet wird. Zur Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Gasungsspannung
der Batterie B wird dem Spannungsregler SpgR ein zusätzlicher Sollwert zugeführt,
der einem an der Batterie 5 angebrachten Temperaturfühler TF, z.B. einem Heißleiter,
entnommen ist, weil die Kennlinie eines Heißleiters ungefähr der Abhängigkeit der
Gasungsspannung einer NiCd-Batterie von der Temperatur entspricht. Die Stromversorgung
des Verstärkers V, des Stromreglers StR und des Spannungsreglers SpgR erfolgt zentral
vermittels des Speisegerätes SpG.
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Der taktgesteuerte Transistor T schaltet die gleichgerichtete Batterieladespannung
zu und b. Sperrt der Transistor, so klingt der Ladestrom infolge der in der Glättungsdrossel
GD gespeicherten Energie über die eine Gleichrichterbrückenhälfte,
die
Sekundärwicklungen des Transformators DT und die Freilaufdiode FD in Abhängigkeit
von der Zeitkonstante in diesem Stromkreis ab.
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Die Ladung der Batterie B erfolgt pulsartig mit im Mittelwert konstantem
Strom solange, bis die Gasungsspannung der Batterie erreicht ist, wie dies in der
Fig. 2 veranschaulicht ist. Der linke Teil der Fig. 2 veranschaulicht den Anstieg
der Zellenspannung U innerhalb der Ladezeitdauer t1, wobei angenommen ist, daß die
Gasungsspannung bei einer Spannung von 29 V auftreten möge. Sobald der Gasungsspannungswert
erreicht ist, wird der Transistor T, Fig. 1, gesperrt, bis die Batteriespannung
auf einen bestimmten, einstellbaren Wert abgesunken ist. Diese Hysterese ist vermittels
der (nicht dargestellten) Mitkopplung des Regelverstärkers V einstellbar. Im rechten
Teil der Fig. 2 ist der Verlauf der auf die Volladung, links, folgenden Erhaltungsladung
veranschaulicht, wonach periodisch in Abhängigkeit von der Zellenspannung der Batterie
die Nachladung mit niedriger Taktfrequenz erfolgt, wobei die bei der Vonadune angewendete
Strompulsung (1 kHz) erhalten bleibt.
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Hierbei pendelt die Spannung der Batterie wie dergestellt in der Zeit
t2.
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In der Fig. 3 ist der dazugehörige LadestromçTerlauf innerhalb der
Zeit tl während der Volladung und rechts daneben die zeitliche Strompulsung während
der Erhsltungsladezeit t2 veranschaulicht. Der Strom während der Volladezeit beträc,t
im Mittel 15 A. Den wirklichen Verlauf des Ladestroms veranschaulicht die Fig. 4,
und man erkennt, daß der rhythmisch variierte Strom sowohl während der VoZladezeit
tl als auch während der Erhaltungsladezeit t2 Werte zwischen 14 und 16 A, im Mittel
also 15 A erreicht; die Pulsperiode dauert eine
Millisekunde, d.h.
die Pulsfrequenz beträgt 1 kHz.
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In Fig. 5 ist der Verlauf der Gasungsspannung GU in Abhängigkeit von
der Temperatur bei einer NiOd-Batterie -dargestellt.
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Sowohl der Stromregler StR als auch der Spannungsregler SpgR in Fig.
1 sind als Zweipunktverstärker ausgebildet und führen durch ihre beiden Ausgangsschaltzustände
zum Sperren bzw.
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Durchsteuern des Transistors T. An den Eingängen der Verstärker StR
und SpgR werden Sollwert/lstwertvergleiche für Strom und Spannung vorgenommen, die
maßgebend für den Schaltzustand am Ausgang der Verstärker sind. Die Stromregelung
ist der Spannungsregelung unterlagert, d.h. bis zum Erreichen der Gasungsspannung
der Batterie B ist nur der Stromregler StR im Eingriff, danach, während der Erhaltungsladung,
auch der Spannungsregler SpgR.
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6 Patentansprüche 4 Figuren