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Schaltungsanordnung zum Laden von Akkumulatorenbatterien in Stromlieferungsanlagen
mit Einzelbatteriebetrieb, insbesondere für Fernsprechanlagen Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Ladung von Akkumulatorenbatterien und
ist insbesondere zur Verwendung bei Fernsprech- und anderen Schwachstromanlagen
bestimmt. Besonders in Fernsprechanlagen ist es erwünscht, Schwankungen- der Batteriespannung
möglichst zu vermeiden. Um solche Spannungsschwankungen bei der Ladung und Entladung
der Batterie zu vermeiden, verwendet man im allgemeinen zwei Batterien, die man
wechselweise arbeiten läßt. In kleineren Fernsprechanlagen, insbesondere in Landzentraler
mit weniger als ioo Teilnehmern, ist es jedoch erwünscht, mit einer einzigen Batterie
auszukommen. Um dabei die Spannungsschwankungen zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen
worden, die Ladung in die Betriebspausen zu verlegen, so daß eine Ladung überhaupt
nicht stattfindet, wenn Strom in der Anlage verbraucht wird. Dies ist in Fernsprechanlagen
der genannten Größenordnung aus dem Grunde möglich, weil die gesamte Zeit, während
welcher Gespräche in Frage kommen, verhältnismäßig kurz ist; sie beträgt seltenmehrals
iq.Tagesstunden. Esstehenalso von z4. Stunden mindestens io Stunden für die Ladung
zur Verfügung, was vollständig genügt, um die Batterie auch bei Verwendung eines
verhältnismäßig kleinen Ladungsstromes dauernd geladen halten zu können. Man hat
für den geschilderten Zweck eine Relaisvorrichtung verwendet, die so vom Zustand
des Entladungsstromkreises abhängig ist, daß eine gleichzeitige Ladung und Entladung
nicht vorkommen kann. Infolge der natürlichen Schwankungen im Betriebe kann man
aber bei Anordnungen dieser Art nicht vermeiden, daß die Batterie allmählich entweder
überladen wird oder eine zu kleine Ladung erhält; hierdurch können Schäden an der
Batterie sowie Betriebsstörungen entstehen.
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Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die
Ladung der Batterie mittels eines Elektrizitätszählers, z. B. eines gewöhnlichen
Amperestundenzählers, überwacht wird, und zwar in Verbindung mit einer Vorrichtung,
durch welche die Ladestromquelle nach Maßgabe des Zustandes des Entladestromkreises
selbsttätig ein- und ausgeschaltet wird. Es ist an sich bekannt, einen Elektrizitätszähler
zum Steuern des Ladestromkreises einer Akkumulatorenbatterie zu verwenden, derart,
daß der Zähler sowohl die zugeführte wie auch die entnommene Energie mißt und die
Ladung unterbricht, sobald die Batterie mit einer der der entladenen Energiemenge
entsprechenden Energiemenge geladen worden ist. Bei bekannten Anordnungen dieser
Art werden. die Lade- und Entladestrommengen nicht getrennt voneinander gemessen,
vielmehr mißt der Elektrizitätszähler während der Entladungszeiten abwechselnd Ladungs-
und Entladungsströme. Bei kleiner
Stromentnahme liefert nämlich
die Ladestromquelle sowohl Verbrauchsstrom als auch Ladestrom zur Batterie, während
bei größerer Stromentnahme die Batterie an der Strom-, -R lieferung beteiligt ist
und Strom abgibt. Die-' Lade- und Entladeströme werden folglich v tüW i:. dem Elektrizitätszähler
nicht richtig gemes @:' sen. Hinzu kommt noch, daß eine Akkumu-L latorenbatterie
nicht die gesamte ihr zugeführte Energiemenge wieder abgeben kann. Sie hat vielmehr
einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad, der z. B. bei einer Bleiakkumulatorenbatterie
ungefähr 85 °/o beträgt. Ein richtiger Ausgleich zwischen der entnommenen und der
zugeführten Energie kann also mit dem Elektrizitätszähler allein nicht bewirkt werden,
wenn die Lade- und die Entladestrommengen gemischt" vom Zähler gemessen werden.
Insbesondere werden auch die Verluste in der Batterie nicht durch die vom Zähler
allein gesteuerte Ladung gedeckt, und die Ladestrommengen sind immer, z. B. um zu
klein. Die Batterie wird deshalb
allmählich vollständig entladen. Bei der bekannten Anordnung kann zwar diese vollständige
Entladung der Batterie dadurch verhindert werden, daß die Ladevorrichtung nicht
nur in Übereinstimmung mit der Angabe eines Elektrizitätszählers, sondern außerdem
noch nach Maßgabe der Batteriespannung in Tätigkeit gesetzt wird. Diese zusätzliche
Steuerung der Ladevorrichtung unter der Kontrolle der Batteriespannung verlangt
jedoch eine verhältnismäßig verwickelte Regelvorrichtung. Das ist insbesondere bei
kleineren Anlagen; z. B. bei Ortsfernsprechämtern, sehr nachteilig.
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Nach der Erfindung ist es in bedeutend einfacherer Weisse möglich,
einen richtigen Ausgleich zwischen Entladung und Ladung zu bewirken, und zwar durch
die Vereinigung des zum Regeln des Ladevorganges dienenden Elektrizitätszählers
mit einer Vorrichtung zur selbsttätigen Ein- und Ausschaltung der Ladestromquelle
nach Maßgabe des Zustandes des Entladestromkreises derart; daß die Batterie nur
während der Entladungspausen geladen wird. Hierdurch werden nämlich die Ladestrommengen
und die Entladestrommengen getrennt, d. h, unabhängig voneinander gemessen, wodurch
wiederum ermög licht wird, den Zähler so einzurichten, daß er die Lade- und Entladestrommengen
mit ungleichem Maße, z. B. mit verschiedener Empfindlichkeit, mißt. Wenn der Zähler
beim Laden z. B. 18 % weniger empfindlich ist als beim Entladen, so wird
eine bestimmte Entladestromrnenge immer durch eine um ungefähr 18°1o größere Lädestrommenge
ausgeglichen, wodurch also dem Wirkungsgrad der Akkumulatorenbatterie Rechnung getragen
und die entsprechenden Verluste gedeckt werden. Zweckmäßig wird beim Laden noch
etwas mehr Strom zugeführt, als dem "erwähnten Verlust -entspricht, damit neben
:iti sen Verlusten außerdem noch die durch "' a -elnde Isolation und durch Überleitung
nb 'entstehenden Dauerverluste mit Sicherheit gedeckt werden. Sollte hierbei eine
kleine Überladung der Batterie entstehen, so spielt dies keine größere und insbesondere
schädigende Rolle, da ja eine mäßige Überladung vielmehr vorteilhaft ist.
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Da die Ladung nicht gleichzeitig mit der Entladung geschehen darf,
wird die Ladezeit, wie erwähnt, auf eine der Summe der Betriebspausen entsprechende
Dauer verkürzt. Es ist infolgedessen offenbar wichtig; daß die so verfügbare Ladezeit
möglichst weitgehend ausgenutzt wird. Zu diesem Zweck ist nach der Erfindung der
Elektrizitätszähler derart zur Überwachung des Ladestromkreises angeordnet, daß
die Ladestromquelle nur in der Nullage des Zählers zwangsläufig abgeschaltet wird,
in anderen Lagen des Zählers aber nach Maßgabe des Zustandes des Entladestrornkreises,
d. h. während der Entladungspausen, eingeschaltet wird, so däß die Ladung auch unmittelbar
nach Entnahme einer verhältnismäßig geringen Strömmenge beginnen kann. Hierdurch
wird erreicht, daß das Laden während jeder Betriebspause stattfinden kann und in
dem Augenblick anfängt; in dem die Entladung aufhört. Würde nämlich die vorn Zähler
gesteuerte Kontaktvorrichtung in solcher Weise angeordnet sein, daß die Ladevorrichtung
vom Zähler erst eingeschaltet wird, nachdem der Batterie schon eine vorbestimmte
Strommenge entzogen worden ist, so würde die Batterie praktisch immer in teilweise
entladenem Zustande arbeiten. Die Batterie könnte nämlich nur dann wieder vollgeladen
werden, wenn eine so lange Entladungspause entsteht, daß mindestens die betreffende
vorbestimmte Strommenge nebst Zuschuß für die Verluste während dieser Pause ununterbrochen
der Batterie zugeführt werden könnte. Durch die Erfindung wird deshalb außerdem
erreicht, daß die Batterie, praktisch genommen, dauernd vollauf geladen ist, so
daß die Batteriegröße nur durch diejenige Reservekapazität bestimmt zu werden braucht,
die bei vorübergehenden Unterbrechungen im Starkstromnetz erforderlich ist.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung beschrieben, die vier verschiedene
Ausführungsformen veranschaulicht.
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Bei sämtlichen Ausführungsformen wird i die Batterie B von einem Ladestromkreis
N aus geladen, der bei Stromentnahme aus
einem Wechselstromnetz
einen Gleichrichter L enthält. Der Ladestromkreis wird mittels eines Relais R2 ein-
und ausgeschaltet, das von zwei Steuergliedern beherrscht wird, und zwar einmal
von einem Relais R1, dessen Stromkreis d vom. Zustande des Entladestromkreises U
abhängig ist, so daß es bei Stromentnahme aus der Batterie erregt wird, und zum
zweiten von einem Kontakt h eines Elektrizitätszählers AH, der, nur in der
Nulllage des Zählers unterbrochen, sonst immer geschlossen ist. Der Zähler ist ein
Motorzähler und besteht beispielsweise aus einem Amperestundenzähler, dessen Drehzahl
der Stromstärke proportional und dessen Anker r mit einem Nebenschlußwiderstan.d
nc .versehen ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. z wird der Zähler wechselweise an
die Lade- und Entladestromkreise über Kontakte am Relais R1 angeschlossen,. Während
der Betriebspausen, d. h. während keine Stromabgabe der Batterie erfolgt, ist der
Zähler einem im La.destromkreisliegenden ReihenwiderstandSl parallel geschaltet,
und während der Entladezeiten liegt der Zähler parallel zu einem im Entladestromkreis
liegenden Reihenwiderstand S2.
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Wenn das Relais R1 bei Strornenznahme #seinen Anker anzieht, werden
der Läufer r des Zählers und .der Nebenschlußwiderstand m. von einem Teil des Entladestromes
durchflossen, was zur Folge hat, daß der Zähler seine Nullage verläßt, d. h. diejenige
Lage, in welcher :die Batterie vollständig bzw. im gewiinschten Grade geladen ist.
Das Relais R1 unterbricht gleichzeitig einen Kontakt o im Stromkreis des Relais
R2. Hört die Stromentnahme aus der Batterie auf, so wird R1 aberregt, und die Bewegung
des Zählers hört auf. Jetzt erhält das Relais R2 Strom über die Kontakte 1a und
o, und der Ladestromkreis wird geschlossen. Der Zähler ist nun dem. in diesem Kreise
liegenden Nebenschluß S1 parallel geschaltet. Der Läufer r des Zählers wird folglich
durch einen Teil des Ladestromes jedoch bei umgekehrter Stromrichtung durchflossen,
so daß sich der Zähler in Richtung auf die, Nullage dreht. In der Nullage wird der
Zählerkontakt k unterbrochen, so daß das Relais R2 aberregt und der Ladestromkreis
unterbrochen, der Zähler also zum Stillstand gebracht wird. Durch passende Bemessung
der Nebenschlüsse S1 und S2 können die Ströme durch den Zähler in solcher Weise
geregelt werden, daß der Ladestrom um so viel größer wird, als der Entlade strom,
daß ein Ab@gleich gewisser Leistungsverluste durch Selbstentladung usw. erzielt
wird. Das Relais R1 kann auch im Entladestromkreis selbst liegen. Bei der abgeänderten
Ausführungsform nach Fig. a ist die Anzahl der Relaiskontakte verringert. Bei Stromentnahme
aus der Batterie wird das Relais R, erregt. Der Entladestrom durchfließt den Läufer
r des Zählers AH und den Nebenschlußwiderstand m in einer bestimmten Richtung,
und der Zähler beginnt sich so zu drehen, daß der Kontakt h geschlossen wird. Da
das Relais R1 erregt und sein Kontakt o infolgedessen unterbrochen ist, kann das
Relais R2 erst dann erregt werden, wenn die Stromentnahme aufgehört hat. Wenn. dies
eintritt, wird R1 aberregt. Hierbei wird das Relais R2 erregt und schaltet die Batterie
B über den Nebenschluß S1 an den Ladestromkreis N an. Der Zähler, der hierbei parallel
zum. Nebenschluß Sl geschaltet wird, wird nun durch Strom in entgegengesetzter Richtung
durchflossen, geht in,die Nullage zurück und unterbricht den Kontakt h. Das Relais
R2 wird aberregt, und das Laden hört auf. Durch passende Bemessung des Nebenschlusses
S'1 können die Ströme durch den Zähler auch so gewählt werden, daß Leistungsverluste
verschiedener Art berücksichtigt werden.
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Die Ausführungsform nach Fig.3 unterscheidet sich von den beiden oben
beschriebenen dadurch, daß nur ein einziges Relais erforderlich ist. Bei Belastung
der Batterie B wird der Draht d an den negativen Pol der Batterie angeschlossen.
Gleichzeitig fängt der ZählerAH an, sichzudrehen und schließt den Kontakt k. Das
Relais R, wird jetzt nicht erregt, weil seine Wicklung' mit beiden Enden an den
negativen Pol der Batterie angeschlossen ist, solange die Batterie entladen wird.
Beim Aufhören der Stromabgabe wird der negative Pol vom d-Draht abgeschaltet, und
das Relais R1 erhält Strom über einen Widerstand M. Die Batterie B wird über den
Nebenschluß S1 und den Kontakt p in den Ladestromkreis N eingeschaltet. Gleichzeitig
werden der Läufer r des Zählers und der Nebenschlußwiderstandin demNebenschluß S1
parallel geschaltet. Der Zähler wird jetzt durch den Strom von entgegengesetzter
Richtung durchflossen, kehrt folglich zur Nullage zurück und unterbricht in dieser
den Kontakt k. Das Relais R1 wird aberregt, so daß das Laden aufhört. Durch passende
Bemessung des Nebenschlusses S1 kann auch hier der Strom durch den Zähler so gewählt
werden, daß Leistungsverlusten Rechnung getragen wird.
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Wenn in einer Anlage der oben beschriebenen Art ein Fehler solcher
Art entstehen sollte, daßdieBatterie dauerndStrom abgibt, z. B. ein Erdschluß o.
dgl., so würde die Batterie natürlich allmählich vollständig entladen werden. In
besonderen Fällen könnten die
Betriebszeiten so lang werden bzw.
so dicht aufeinanderfolgen, daß die Entladung allzu weit über die übliche Grenze
hinaus getrieben wird. Dies kann nach der Erfindung dadurch vermieden werden, daß
der Elektrizitätszähler mit einer zusätzlichen Kontaktvorrichtung versehen wird,
die das Schließen des Ladestromkreises erst dann veranlaßt, wenn die übliche Grenze
für die Entladestrornmenge überschritten worden ist, und die darauf auch bei etwa
eintretender Stromabgabe den Ladestromkreis geschlossen hält, bis der Zähler die
Nullage erreicht, die Batterie folglich aufgeladen worden ist. Eine Anordnung dieser
Art ist in Fig. 4. dargestellt.
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Der Stromkreis des Relais R2 wird hier durch das Relais Rund durch
den Kontakt k am Zähler AH in derselben Weise überwacht wie in Fig. i und
2. Außerdem aber ist er abhängig von .einem anderen Zählerkontakt q. Dieser Kontakt
ist in der Nullage des Zählers offen und bleibt auch offen, wenn der Zähler infolge
einer Stromentnahme seine Nullage verläßt. Er schließt sich erst, nachdem ein gewisser
Grenzwert für .die Entladestrommenge überschritten worden ist. Infolgedessen wird
das Relais R2 erregt, und das Laden beginnt und setzt sich dann ununterbrochen fort,
bis der Zähler die Nullage erreicht, da der Kontakt q während der Rückbewegung des
Zählers geschlossen bleibt und erst in der Nullage unterbrochen wird. Wie aus der
Zeichnung hervorgeht, liegt der Kontakt q in einer dem Leitungsteil o-k parallel
geschalteten Zweigleitung. Nachdem er geschlossen worden ist, wird die Batterie
daher zwangsweise geladen, auch wenn gleichzeitig Strom aus der Batterie entnommen
wird. Der Kontakt q ist zweckmäßig für verschiedene Grenzwerte einstellbar.
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Bei der Ausführung nach Fig.4 werden keine Nebenschlußwiderstände
entsprechend S1 und S2 in Fig. i bis 3 verwendet, und der Zähler ist dauernd zwischen
die beiden Leitungszweige der Lade- und Entladestromkreise eingeschaltet. Zwecks
Abgleichs von Leistungsverlusten ist hier hinter dem N ebenschlußwi.derstand m in
Reihe mit dem Läufer r ein regelbarer Widerstand w eingeschaltet, der während der
Entladezeiten durch einen Kontakt t kurzgeschlossen ist, aber während der Ladezeiten
vom Läuferstrom durchflossen wird. Der Kontakt t wird zu diesem Zweck vom Zähler
so betätigt; daß er geschlossen ist; wenn der Läufer sich in der einen Richtung
bewegt, dagegen offen bei entgegengesetzter Laufrichtung.