DE1104048B

DE1104048B - Power supply system to maintain the consumer voltage in the event of a mains power failure

Info

Publication number: DE1104048B
Application number: DER16563A
Authority: DE
Inventors: Fritz Rechenberger
Original assignee: FRITZ RECHENBERGER
Current assignee: FRITZ RECHENBERGER
Priority date: 1955-05-02
Filing date: 1955-05-02
Publication date: 1961-04-06

Description

Stromversorgungsanlage zur Erhaltung der Verbraucherspannung bei Ausfall der Netzstromversorgung Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsanlage zur Erhaltung der Verbraucherspannung bei Ausfall der Netzstromversorgung, die einen Netzgleichrichter und eine parallel dazu geschaltete Batterie aufweist, welche ebenso wie der Gleichrichter an den Verbraucher angeschlossen ist. Außerdem besitzt die Stromversorgungsanlage einen Ladegleichrichter zum Aufladen einer Zusatzbatterie.Power supply system to maintain the consumer voltage in the event of failure the mains power supply The invention relates to a power supply system for maintenance the consumer voltage in the event of a mains power failure, which has a mains rectifier and a battery connected in parallel, which like the rectifier is connected to the consumer. It also owns the power supply system a charging rectifier for charging an auxiliary battery.

Von den bekannten Ausführungen unterscheidet sich die Stromversorgungsanlage nach der Erfindung dadurch, daß sie beim Versagen oder Aussetzen der Netzstromversorgungsanlage einen Ersatzstrom unter weitgehender Schonung der Hauptbatterie unter Vermeidung des Absinkens der Spannung liefert. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß beide Gleichrichter einschließlich beider Batterien während des Normalbetriebs elektrisch völlig voneinander getrennt sind und in der Minusleitung der Hauptbatterie ein Ventil liegt, welches bei Zuschaltung der Zusatzbatterie bei Netzausfall den Stromfluß zwischen den beiden Spannungsquellen bestimmt.The power supply system differs from the known designs according to the invention in that they fail or suspend the mains power supply a backup power while largely protecting the main battery while avoiding it the drop in voltage supplies. This is achieved according to the invention in that both rectifiers including both batteries electrical during normal operation are completely separated from each other and a valve in the negative line of the main battery which is the flow of current when the additional battery is switched on in the event of a power failure determined between the two voltage sources.

Die Zusatzbatterie ist dabei mit dem Ladegleichrichter in Pufferschaltung verbunden. Ihre Zellenzahl entspricht der Differenz zwischen der Verbraucherspannung und der Nennspannung der Hauptbatterie, geteilt durch die Nennspannung einer Zelle.The additional battery is in a buffer circuit with the charging rectifier tied together. Their number of cells corresponds to the difference between the consumer voltage and the nominal voltage of the main battery divided by the nominal voltage of a cell.

Das vorgesehene Ventil erfüllt drei Funktionen. Es ermöglicht erstens eine unterbrechungslose Entladung der Hauptbatterie während des Zuschaltvorganges und verhindert zweitens einen Kurzschluß der Zusatzbatterie nach ihrer Zuschaltung. Drittens dient es als Weiche, indem bei Ladung bzw. Ladungserhaltung der Hauptbatterie der Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom unbedingt über vorgesehene Widerstände geführt wird, wodurch der entsprechende Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom und auch die erforderliche Ladecharakteristik gewährleistet ist. Über das Ventil fließt nur kurzzeitig während des Zuschaltvorganges der Zusatzbatterie der Verbraucherstrom, in allen anderen Betriebsfällen wirkt es nur sperrend.The valve provided fulfills three functions. First, it enables an uninterrupted discharge of the main battery during the connection process and, secondly, prevents a short circuit in the auxiliary battery after it has been switched on. Thirdly, it serves as a switch, in that the main battery is charged or retained the charge or charge maintenance current must be routed through the resistors provided is, whereby the corresponding charge or charge maintenance current and also the required Charging characteristics is guaranteed. Flows through the valve only briefly during the connection process of the additional battery the consumer current, in all others In operational cases, it only has a blocking effect.

Bei dieser Schaltung wird also die Zusatzbatterie beim Netzausfall zu der Hauptbatterie zugeschaltet, so daß sich nach Bruchteilen einer Sekunde die normale Verbraucherspannung wieder einstellt.With this circuit, the additional battery is used in the event of a power failure switched on to the main battery, so that after a fraction of a second the restores normal consumer voltage.

Gewöhnlich darf nun die Verbraucherspannung die Nennspannung um einen gewissen Betrag über- oder unterschreiten. So liegt z. B. bei einer Stromversorgungsanlage von Telefonanlagen die zulässige Spannungsdifferenz zwischen 1,93 und 2,066 V je Zelle bei einer Zellennennspannung von 2 V. Bei einer 60-V-Batterie ist also die zulässige Maximalspannung 62 V und die zulässige Minimalspannung 58 V. Eine Entladung je Zelle bis 1,87 V würde je nach Entladestromstärke jedoch eine günstigere Ausnutzung der Batteriekapazität um 10 bis 2511/9 ergeben.Usually the load voltage can now exceed the nominal voltage by one exceed or fall below a certain amount. So is z. B. in a power supply system of telephone systems the permissible voltage difference between 1.93 and 2.066 V each Cell at a nominal cell voltage of 2 V. With a 60 V battery, this is the permissible maximum voltage 62 V and the permissible minimum voltage 58 V. One discharge Per cell up to 1.87 V, depending on the discharge current, would be a more favorable utilization the battery capacity by 10 to 2511/9.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Zellenzahl so zu bemessen, daß die Nennspannung der Batterie der oberen Spannungsgrenze entspricht. Es wird also im Sinne der Erfindung z. B. aus der bisherigen 60-V-Batterie eine 62-V-Batterie mit 31 Zellen. Bei einer unteren Spannungsgrenze von 58 V kann somit die Entladung einer Zelle bis 1,87 V erfolgen. Die bisher wegen der Spannungsbegrenzung auf 1,93 V je Zelle unbenutzt gebliebene Restkapazität wird hierdurch um einen erheblichen Teil vermindert.According to the invention, it is therefore proposed to measure the number of cells so that that the nominal voltage of the battery corresponds to the upper voltage limit. It will So within the meaning of the invention z. B. from the previous 60 V battery a 62 V battery with 31 cells. At a lower voltage limit of 58 V, the discharge can take place a cell up to 1.87 V. So far because of the voltage limitation to 1.93 V per cell remaining unused remaining capacity is thereby by a considerable Part reduced.

Im Sinne der Erfindung läßt sich noch eine weitere Ausnutzung der Betriebskapazität erzielen, wenn ein zweiter Ladegleichrichter nebst Zusatzbatterie verwendet wird. Diese zweite Zusatzbatterie kann kapazitätsmäßig kleiner als die Haupt- und erste Zusatzbatterie sein und wird bei 1,93 V je Zelle der Haupt-und Zusatzbatterie zugeschaltet. Dadurch wird erreicht, daß eine weitere Entladung bis zur untersten Spannungsgrenze von 1,8 V je Zelle bei Bleibatterien durchgeführt werden kann, ohne daß die unterste Spannungsgrenze des Verbrauchers unterschritten wird. Hierdurch ist es also möglich, die gesamte Kapazität der Haupt- und Zusatzbatterie zu verbrauchen, ohne daß die für den Verbraucher zulässige Höchst- und Mindestspannung über- bzw. unterschritten wird.In the context of the invention, a further use can be made of the Achieve operating capacity with a second charging rectifier and an additional battery is used. This second additional battery can have a smaller capacity than the Be the main and first auxiliary battery and will be the main and first battery at 1.93 V per cell Additional battery switched on. This ensures that a further discharge up to carried out at the lowest voltage limit of 1.8 V per cell for lead-acid batteries without falling below the lowest voltage limit of the consumer will. This makes it possible to use the entire capacity of the main and auxiliary batteries to be consumed without the maximum and minimum voltage permissible for the consumer is exceeded or not reached.

Im Sinne der Erfindung ist die erste Zusatzbatterie mit der zweiten Zusatzbatterie fest oder über einen Schalter einpolig verbunden. Der zugehörige zweite Ladegleichrichter, der strommäßig kleiner ausgeführt sein kann als der erste Ladegleichrichter, liegt dabei ständig parallel zur zweiten Zusatzbatterie. Er ladet diese Batterie nach Entladung und Rückkehr der Netzspannung wieder auf und schaltet automatisch auf Ladungserhaltung um. In der :Minusleitung des ersten Ladegleichrichters ist dann wiederum ein elektrisches Ventil vorgesehen, das beim Zuschalten der zweiten Zusatzbatterie einen Kurzschluß verhindert. Dieses Ventil kommt erst beim Netzausfall zur Wirkung; bei vorhandener Netzspannung ist es überbrückt.For the purposes of the invention, the first additional battery is connected to the second Additional battery permanently connected or single-pole connected via a switch. The associated second charging rectifier, which can be made smaller in terms of current than the first Charging rectifier, is always parallel to the second additional battery. He's loading this battery after discharge and return of the Mains voltage again and automatically switches to charge retention. In the: negative line of the first Charging rectifier is then in turn provided an electric valve, which when Switching on the second additional battery prevents a short circuit. This valve only takes effect in the event of a power failure; it is bridged when the mains voltage is present.

\ ähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beiden in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig.1 das Schaltschema einer Anlage, die außer dem Netzgleichrichter und der Hauptbatterie noch einen Ladegleichrichter nebst Zusatzbatterie aufweist, und Fig. 2 das Schaltschema einer Anlage mit zwei Zusatzbatterien und zwei Ladegleichrichtern.\ closer details of the invention emerge from the following Description of the two exemplary embodiments shown in the drawing. It Fig.1 shows the circuit diagram of a system that apart from the power rectifier and the The main battery also has a charging rectifier and an additional battery, and Fig. 2 the circuit diagram of a system with two additional batteries and two charging rectifiers.

In beiden Fällen ist 1 der Netzgleichrichter, der durch eine Gleichrichteranordnung in Brückenschaltung wiedergegeben ist. Die Transformatoren und die an sich bekannten Regeleinrichtungen sind dabei nicht dargestellt. 2 ist die Hauptbatterie, deren Zellenzahl entsprechend der Verbraucherspannung, geteilt durch maximale Ladespannung einer Zelle, oder eine Ladespannung, wie sie bei Teilladung auftritt, gewählt ist. Der erste Ladegleichrichter ist in beiden Fällen mit 3 bezeichnet und arbeitet in bekannter Weise automatisch. Er schaltet bei vollgeladener Zusatzbatterie auf Ladungserhaltung um. 4 ist die Zusatzbatterie, deren Zellenzahl sich nach derjenigen der Hauptbatterie richtet. Sie beträgt: maximale Verbraucherspannung geteilt durch Nennspannung der Zellen ,weniger Zellenzahl der Hauptbatterie. Der Verbraucher ist mit 5 bezeichnet. 6 stellt ein zwei- oder dreipoliges Schütz dar, von dem ein bzw. zwei Pole beim Netzausfall die Zusatzbatterie 4 in Reihe mit der Hauptbatterie 2 schalten, während der dritte Pol die beiden Widerstände 9 und 10 vom Minuspol der Hauptbatterie 2 trennt. Es ist ein elektrisches Ventil 7 vorgesehen, welches drei Funktionen zu erfüllen hat. Es ermöglicht erstens eine unterbrechungslose Entladung der Hauptbatterie 2 während des Zuschaltvorganges und verhindert zweitens einen Kurzschluß der Zusatzbatterie nach ihrer Zuschaltung. Drittens dient es als Weiche, indem bei Ladung bzw. Ladungserhaltung der Hauptbatterie der Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom unbedingt über die Widerstände 9 bzw. 10 geführt wird, wodurch der entsprechende Lade- bzw. Ladungserhaltungsstrom und auch die erforderliche Ladecharakteristik gewährleistet ist. Über das Ventil 7 fließt nur kurzzeitig während des Zuschaltvorganges der Zusatzbatterie 4 der Verbraucherstrom, in allen anderen Betriebsfällen wirkt es nur sperrend. 8 ist ein Umschaltschütz, das von der Spannung der Hauptbatterie 2 gesteuert wird und die Umschaltung auf Volladung oder auf Ladungserhaltung bewirkt. Für die Einstellung des Ladungserhaltungsstromes ist der Widerstand 9 vorgesehen, der einen großen Widerstand besitzt, während der einen geringen Widerstand aufweisende Widerstand 10 für die Volladung der Hauptbatterie 2 dient.In both cases, 1 is the mains rectifier, which is through a rectifier arrangement is reproduced in a bridge circuit. The transformers and those known per se Control devices are not shown. 2 is the main battery, whose Number of cells according to the consumer voltage, divided by the maximum charging voltage a cell, or a charging voltage, as it occurs with partial charging, is selected. The first charging rectifier is labeled 3 in both cases and works in known to be automatic. It switches to charge retention when the additional battery is fully charged around. 4 is the additional battery, the number of cells of which is similar to that of the main battery directs. It amounts to: the maximum consumer voltage divided by the nominal voltage of the Cells, less number of cells in the main battery. The consumer is denoted by 5. 6 shows a two- or three-pole contactor, of which one or two poles at Power failure connect the auxiliary battery 4 in series with the main battery 2 while the third pole the two resistors 9 and 10 from the negative pole of the main battery 2 separates. An electric valve 7 is provided which has three functions has to meet. Firstly, it enables the main battery to be discharged without interruption 2 during the connection process and, secondly, prevents a short circuit of the additional battery after their activation. Thirdly, it serves as a switch by loading or maintaining the charge of the main battery, the charging or charge maintenance current must necessarily be via the resistors 9 or 10 is performed, whereby the corresponding charge or charge maintenance current and the required charging characteristics are guaranteed. Via the valve 7 the consumer current flows only briefly during the connection process of the additional battery 4, in all other operating cases it only has a blocking effect. 8 is a changeover contactor, which is controlled by the voltage of the main battery 2 and the switching on Full charge or charge retention effected. For setting the charge retention current the resistor 9 is provided, which has a large resistance during the low resistance resistor 10 to fully charge the main battery 2 serves.

Bei der Schaltung nach Fig.2 sind zu derjenigen nach Fig. 1 noch ein zweiter Ladegleichrichter 11 und eine zweite Zusatzbatterie 12 hinzugekommen. Ferner ist ein Ventil 13 vorgesehen, das beim Zuschalten der zweiten Zusatzbatterie 12 einen Kurzschluß verhindert. 14 ist ein vom Netz gesteuertes Schütz, das beim Netzausfall sich schließt. Ferner ist ein vom Netz gesteuertes Schütz 16 vorhanden, das sich beim Netzausfall öffnet. Schließlich ist noch ein von der Spannung der Hauptbatterie 2 oder von der Gesamtspannung der Hauptbatterie und der ersten Zusatzbatterie 4 gesteuertes Schütz 15 vorhanden, das bei einer bestimmten Spannung die zweite Zusatzbatterie 12 in Reihe mit der Hauptbatterie und der ersten Zusatzbatterie 4 schaltet.In the circuit according to FIG. 2, a second charging rectifier 11 and a second additional battery 12 have been added to that according to FIG. Furthermore, a valve 13 is provided which prevents a short circuit when the second additional battery 12 is switched on. 14 is a mains-controlled contactor that closes in the event of a power failure. There is also a mains-controlled contactor 16 that opens in the event of a power failure. Finally, there is a contactor 15 controlled by the voltage of the main battery 2 or the total voltage of the main battery and the first additional battery 4, which switches the second additional battery 12 in series with the main battery and the first additional battery 4 at a certain voltage.

Claims

PATENT CLAIMS-1. Power supply system to maintain the consumer voltage in the event of a mains power failure with one mains rectifier and one in parallel switched battery, to which the consumer is in turn connected, as well as with a charging rectifier for charging an additional battery, characterized in that that both rectifiers (1, 3) and both batteries (2, 4) in turn in the normal range are electrically completely separated from each other and that in the negative lead of the main battery (2) an electric valve (7) is located, which when the additional battery is switched on Current flow determined between the two voltage sources.

2. Power supply system after. Claim 1, characterized in that a second charging rectifier (11) and a second additional battery (12) are provided, which is also in the normal range electrically completely from the other two rectifiers (1, 3) and batteries (2, 4) are separate.

3. Power supply system according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the main battery (2) and the additional battery (4) or the additional batteries (4, 12) are connected in series in the event of a power failure.

4. Power supply system according to Claim 1. characterized by a circuit in which in the event of a network failure the additional battery (4) or both additional batteries (4, 12) automatically in series with the main battery (2).

5. Power supply system according to the claims 1 and 2, characterized in that in the event of a power failure, the second additional battery (12) automatically in series with the main battery (2) and the first additional battery (4) is switched.

6. Power supply system according to claims 1 and 2, characterized characterized in that also in the negative line of the second additional battery (12) electric valve (13) is present.

7. Power supply system according to claim 1 to 5, characterized by an automatic switching, with which after return the mains voltage, both units are electrically isolated from each other again and the mains rectifier (1) again takes over the sole supply of the consumer (5) as well as the charging of the main battery (2) via a resistor (10) performs while the charging rectifier (3) charges the additional battery (4) takes over. B.

Power supply system according to claim 1, characterized by a automatic switching in which the main rectifier (1) and the additional rectifier (3) after the batteries (2, 4) have been fully charged, automatically switched to charge retention will.

9. Power supply system according to claim 1, characterized in that the Nominal voltage of both batteries (2, 4) together is dimensioned so that they are the maximum permissible consumer voltage equals.

10. Power supply system according to claims 1 and 2, characterized in that at a certain voltage the main battery (2) or the main battery connected in series and the first Additional battery (4) the second additional battery (12) automatically with the two batteries (2, 4) is connected in series.

11. Power supply system according to the claims 1 and 2, characterized in that the electrical valves (7, 13) in the negative line the main battery and the first additional battery when the mains voltage is present automatically bridged.

12. Power supply system according to claims 1 and 2, characterized by a switching arrangement in which the second additional battery (12) one or two-pole from the main battery after the mains voltage has been restored (2) and the first auxiliary battery (4) is separated and the second charging rectifier (11) the battery (12) recharges automatically.

13. Power supply system according to the claims 1 and 2, characterized by a switching arrangement in which the second Additional rectifier (11) automatically after the second additional battery (12) is fully charged switches to charge retention. Publications considered: German patent specification No. 628 377.