von Haroeris am Donnerstag 11. Januar 2007, 14:13
Halbleiter-Gleichrichtergeräte mit IU-Kennlinie für das Laden von Bleibatterien
Text laut DIN 41773
Static power convertors; semiconductor rectifier equipments with IU-characteristics for charging of lead-acid batteries; guidelines
1. Mitgeltende Normen und Unterlagen
DIN 57510/VDE 0510 VDE-Bestimmung für Akkumulatoren und Batterie-Anlagen
VDE 0100 Bestimmungen für das Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V
2. Grundanforderungen
2.1 Zum Schutz der Batterie muß beim Laden im Konstantspannungsteil (U-Teil) der Kennlinie sichergestellt sein, daß kein lebhaftes Gasen eintritt und trotzdem die vorgeschriebene Säuredichte in der jeweils zur Verfügung stehenden Ladezeit soweit wie möglich erreicht wird. Die Spannung darf deshalb einerseits an den Klemmen der Batterie einen von dem Batteriehersteller zu bestimmenden Höchstwert nicht überschreiten. Andererseits soll sie aber auch nicht wesentlich von diesem Wert abweichen, da die zum Erreichen der vorgeschriebenen Säuredichte notwendige Ladezeit um so kürzer wird, je weniger die Spannung an den Batterieklemmen unter dem zulässigen Höchstwert liegt. Der zulässige Höchstwert der Spannung liegt je nach Batteriebauart und Betriebsverhältnissen zwischen 2,33 und 2,40 V je Zelle.
2.2 Eine an konstante Spannung nach Abschnitt 2.1 angeschlossene Batterie nimmt einen Strom auf, der durch die Kapazität der Batterie und ihren Lade- und Betriebszustand bestimmt wird. Wird der in Abschnitt 2.1 erläuterte Höchstwert der Spannung eingehalten, kann bei einwandfreier Batterie der Strom im allgemeinen nicht so groß werden, daß die Batterie gefährdet wird. Die Batterie verlangt keine selbsttätige Strombegrenzung durch das Ladegerät. Diese ist jedoch zum Schutz des Ladegeräts und der Anlage notwendig (I-Teil der Kennlinie). Die Batterie stellt auch an die Toleranz der Strombegrenzung keine Forderung. Je enger die Toleranz der Strombegrenzung ist, desto sicherer wird aber die volle elektrische Leistung des Ladegeräts zur Verkürzung der Ladezeit (besonders beim Parallelladen mehrerer Batterien) ausgenutzt.
2.3 Beim Laden mit konstanter Spannung nach Abschnitt 2.1 klingt der von der Batterie aufgenommene Strom im Verlauf des Ladens auf kleine Werte ab, so daß der Vollladezustand erst nach einiger Zeit erreicht wird. Zur Abkürzung der Volladezeit ist es zulässig, die Ladespannung beim Unterschreiten eines vom Batterie-Hersteller angegebenen Stromwertes über die im Abschnitt 2.1 genannten Grenzwerte nach einer W- oder I- Kennlinie ansteigen zu lassen (IUW oder IUI).
2.4 Dem vom Gleichrichtergerät abgegebenen Ladestrom ist ein Wechselstrom überlagert. Wert und Verlauf des Wechselstroms sind durch die der Gleichspannung überlagerte Wechselspannung, gegebenenfalls die Glättungseinrichtung und die Batterielast gegeben. Die überlagerte Wechselspannung hängt vor allem von der Schaltung (Pulszahl) des Gleichrichtergerätes und gegebenenfalls der Art der Steuerung oder Spannungsverstellung (Steuerwinkel) ab. (Näheres siehe DIN 41 755 Teil1).
Der dem Ladestrom überlagerte Wechselstrom teilt sich beim Parallelladen im umgekehrten Verhältnis der Batterie-Innenwiederstände auf. Beim Parallelladen von Batterien annähernd gleicher Kapazität und Plattengröße verteilt sich daher dieser Wechselstrom nahezu gleichmäßig auf die angeschlossenen Batterien, und zwar ziemlich unabhängig von deren Ladezustand. Das hat zur Folge, daß die annähernd vollgeladenen Batterien, die nur noch einen geringen Gleichstrom aufnehmen, mit nahezu reinem Wechselstrom beaufschlagt werden.
Der Wechselstrom darf nicht so groß sein, daß dadurch eine unzulässige Temperaturerhöhung im Elektrolyten entsteht. Dieses ist im allgemeinen gewährleistet, wenn beim Parallelladen mehrerer Batterien der durch die einzelne Batterie fließende Wechselstromanteil (bei Mischstrom mit Richtungsumkehr) im Ladestrom nicht größer als 1,5 X I5 ist. (I5 ist der fünfstündige Entladestrom, siehe DIN 57510/VDE 0510).
3 Kennlinien
3.1 Das Einhalten des Spannungshöchstwertes nach Abschnitt 2.1 und der Strombegrenzung nach Abschnitt 2.2 wird durch eine IU-Kennlinie entsprechend DIN 41 772 erreicht.
Die für eine IU-Kennlinie nach diesen Richtlinien einzuhaltenden Toleranzen sind in Bild 1 festgelegt.
Geräte mit dieser Kennlinie gestatten, mehrere Batterien gleicher Zellenzahl, verschiedener Kapazität und verschiedenen Ladezustands parallel zu laden.
3.2 Außer Geräten mit IU-Kennlinie nach Bild 1 sind auch Geräte mit Kennlinien nach den Bildern 2 und 3 mit nachstehenden Einschränkungen zulässig.
3.2.1 Geräte mit Kennlinie nach den Bildern 2 und 3 ermöglichen ein schnelleres Volladen durch Erhöhen der Spannung über UZL hinaus gegen Ende des Ladens. Diese Spannungserhöhung darf erst einsetzen, wenn der Ladestrom die in DIN 57 510/VDE 0510, Ausgabe Januar 1977, Abschnitt 12.2.2 genannten Grenzwerte erreicht hat.
Im IU-Teil der Kennlinie dürfen mehrere Batterien parallel geladen werden (siehe Abschnitt 3.1). Beim erhöhen der Spannung über die unter Abschnitt 2.1 genannten Werte hinaus muß die Parallelschaltung der Batterien aufgetrennt werden und das Laden im W-Teil oder zweiten I-Teil der Kennlinie als Einzelladen erfolgen. Das Laden mehrerer parallelgeschalteter Batterien im W- oder zweiten I-Teil ist nicht zulässig, es sei denn, daß durch geeignete Maßnahmen sichergestellt ist, daß die Stromaufnahme keiner der angeschlossenen Batterien den Grenzwert nach DIN 57 510/VDE 0510 überschreitet. Beim Erreichen des Vollladezustandes müssen die Batterien abgeschaltet werden.
3.3 Die Toleranzfelder nach den Bildern 1 bis 3 sollen bei Netzspannungsschwankungen von + - 10% und Netzfrequenzspannungen von +- 2% eingehalten werden. Für Geräte, die nicht für diese Schwankungen bemessen sind, müssen die zulässigen Grenzen vom Hersteller angegeben werden.
In Netzen nichtöffentlicher Stromversorgung können dagegen größere Schwankungen der Netzspannung und Netzfrequenz während längerer Zeitspanne auftreten. Wo dies der Fall ist, muß es dem Gerätehersteller bei Bestellung mitgeteilt werden.
4 Elektrische Eigenschaften und Aufbau der Ladegeräte
4.1 Der bei Nennbetrieb vom Gleichrichtergerät abgegebene überlagerte Wechselstrom ist vom Hersteller im Datenblatt anzugeben.
4.2 Treten in einem Teil der U-Kennlinie Pendelungen oder Kippschwingungen auf, die nicht gedämpft abklingen, so darf der Strom die im Abschnitt 2.4 genannten Grenzen und der Augenblickswert der pendelnden Spannung 2,45 V je Zelle nicht übersteigen.
4.3 Zum Einstellen der unter Abschnitt 2.1 angegebenen Ladespannung in den Grenzen von 2,33 und 2,40 V je Zelle ist ein Ladespannungseinsteller erforderlich. Dieser soll so angeordnet sein, daß er Unbefugten nicht zugänglich ist.
4.4 Bei Ladegleichrichter-Geräten muß die Gleichstromseite vom Wechselstromnetz galvanisch getrennt sein, wenn im Gleichstromkreis eine Schutzmaßnahme nach VDE 0100 nicht anwendbar ist (siehe DIN 57 510/VDE 0510).
4.5 Strommeßgeräte zur Anzeige des Ladestroms müssen den arithmetischen Mittelwert anzeigen (z. B. Drehspul-Strommeßgeräte).
4.6 Mit Rücksicht auf den Anschluß tiefentladener Batterien muß das Gerät so bemessen sein, daß es auch mit einer Netz-Überspannung von 10% und einer Batteriespannung von 1,8 V je Zelle betrieben werden kann, ohne Schaden zu nehmen (siehe VDE 0556, Ausgabe Oktober 1966, § 58d), VDE 0557, Ausgabe März 1969, 54d), DIN 57510/VDE 0510, DIN 57 558 Teil 1/VDE 0558 Teil1, Ausgabe August 1977, Abschnitt 5.2.7.4).
5 Richtlinien für den Betrieb
5.1 Bei Ladegeräten mit IU-Kennlinie gemäß Abschnitt 3.1 dürfen die Batterien bis zu 3 Tagen angeschlossen bleiben. Sofern jedoch der Beharrungswert des Ladestroms 10% von I5 nicht unterschreitet, ist bereits nach Erreichen der maximal zulässigen Säuretemperatur abzuschalten.
5.2 Reicht die werktäglich zur Verfügung stehende Zeit zum Volladen nicht aus, so muß einmal wöchentlich ein Ausgleichsladen vorgenommen werden.
Bei werktäglichem Volladen genügt das auch sonst von den Batterieherstellern vorgeschriebene Ausgleichsladen in Abständen von vier Wochen.
Ausgleichsladen kann (siehe DIN 40 729) mit Ladegeräten nach Abschnitt 3.1 durch verlängertes Laden (z. B. über Sonnabend/Sonntag) oder durch Laden über die in Abschnitt 2.1 festgelegten Spannungshöchstwerte hinaus (z. B. mit Ladegeräten nach Abschnitt 3.2.1) vorgenommen werden. Im letzten Falle ist das Laden nach den Vorschriften der Batteriehersteller zu überwachen, soweit nicht Ladegeräte mit selbsttätiger Ausschaltung Anwendung finden.
5.3 Bei Bemessung der Anschlußleitungen zwischen Ladegerät und Batterie ist anzustreben, daß der Spannungsabfall bei Nennstrom des Ladegerätes 2% der Nennspannung nicht übersteigt. Dies entfällt, wenn der Spannungsabfall durch das Ladegerät ausgeregelt wird. Die Kabel zwischen der Verteilungsteile und den Batterien müssen möglichst kurz gehalten werden, wenn eine Verlängerung der Ladezeiten vermieden werden soll.
5.4 Beim Laden mit Geräten nach Abschnitt 3.1 und Abschnitt 3.2 sind wöchentlich Säuredichte und Säuretemperatur jeder Zelle zu messen, um auftretenden Plattenschuß rechzeitig zu erkennen.
5.5 Beim Laden nach IU-Kennlinie ist es besonders wichtig, daß sich die Batterien in einwandfreiem Zustand befinden und daß deren Zellen nicht ungleich entladen sind.
5.6 Für die Prüfung der Spannung im U-Teil der Kennlinie ist ein Spannungsmeßgerät mit einer Meßunsicherheit von höchstens +- 0,01 V je Zelle zu verwenden.
Bild 1
IU-Kennlinie mit Toleranzfeld (siehe Abschnitt 3.1). I5 stetig oder in wenigstens 3 Stellungen von 2,33 bis 2,40 V je Zelle einstellbar.
Bild 2
IUW-Kennlinie mit Toleranzfeld (siehe Abschnitt 3.2.1). UZL stetig oder in wenigstens 3 Stellungen von 2,33 bis 2,40 V je Zelle einstellbar.
X Stromgrenzwert (siehe DIN 57 510/VDE 0510, Ausgabe Januar 1977, Abschnitt 12,2.2)
Bild 3
IUI-Kennlinie mit Toleranzfeld (siehe Abschnitt 3.2.1). UZL stetig oder in wenigstens 3 Stellungen von 2,33 bis 2,40 V je Zelle einstellbar.
X Stromgrenzwert (siehe DIN 57 510/VDE 0510, Ausgabe Januar 1977, Abschnitt 12.2.2)
UZ Zellenspannung, UZL konstant gehaltener Wert der Ladespannung je Zelle, IL Ladestrom und IDN Nenngleichstrom des Gerätes. Die Nenngleichspannung beträgt 2,0 V je Zelle. Die Toleranzen des I-Teils der Kennlinie in den Bildern 1 bis 3 können in allen Fällen auch größer als +- 2% sein, ohne daß hierdurch eine Gefährdung der Batterie eintritt. In diesem Fall muß entsprechend DIN 41 772 die Toleranz mit angegeben werden.[/img]
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