DE1771317B2

DE1771317B2 - Verfahren und einrichtung zum ueberwachen einer akkumulatoren-batterie

Info

Publication number: DE1771317B2
Application number: DE19681771317
Authority: DE
Inventors: Manfred; Schirrmacher Hans-Robert; 7500 Karlsruhe Neumann
Original assignee: Dr. Alfred Ristow Kg, 7500 Karlsruhe
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1968-05-06
Publication date: 1976-05-06
Also published as: DE1771317A1; DE1771317C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Überwachen des elektrischen Zustandes einer in Fernmeldeanlagen sowie Überwachungsanlagen eingesetzten Akkumulatoren-Batterie, die zu einem Konstantspannungsnetzgerät parallel geschaltet ist, wobei die Anordnung eine gleichbleibende Last speist.

Derartige Batterieüberwachungseinrichtungen werden insbesondere in Fernmeldeanlagen sowie in Überwachungsanlagen benötigt. Nach den Ausführungsvorschriften für solche Anlagen muß der Ausfall der Akkumulatoren-Batterie durch ein optisches und gegebenenfalls auch akustisches Signal gekennzeichnet werden, wobei die Signale nur von Hand rückstellbar sein sollen.

Um dieser Bedingung zu genügen, muß also laufend SS die Akkumulatoren-Batterie überwacht werden.

Bei reiner Batterieversorgung, bei der der Einsatz von zwei Akkumulatoren-Batterien vorgeschrieben ist, genügt im Regelfall die Spannungsüberwachung der gerade im Betrieb befindlichen Batterie. Sinkt die Spannung dieser Batterie zu sehr ab, erfolgt eine entsprechende Meldung über den Batterieausfall und die Umschaltung erfolgt von Hand oder automatisch auf die Reservebatterie.

Wird jedoch die Akkumulatoren-Batterie als Pufferbatterie verwendet, liegt sie also parallel zu einem vom Wechselstromnetz gespeisten Konstantspannungsnetzso ist eine Batterieüberwachung durch Messen der Spannung an den Batterieklemmen nicht mehr möglich. Das bekannteste Verfahren, das in diesem Fall angewendet wird, besteht darin, den Innenwiderstand der Batterie mittels der vom Netzgerät noch durchkommenden Brummspannung bzw. mittels des Brummstroms zu überprüfen und daraus auf den Ladezustand bzw. allgemein auf den elektrischen Zustand der Batterie zu schließen, im allgemeinen wird hierzu in die Zuleitung zur Batterie eine Drossel gelegt und die an der Drossel abfallende Brummspannung gemessen. Abgesehen davon, daß die Brummspannung in derartigen Netzen sich äußerst störend bemerkbar machen kann und daher in aller Regel wieder nach der Batterie ausgefiltert werden muß, ist die Wechselstrommessung des Innenwiderstands des Batterie auch nicht eindeutig.

Bekannt ist es auch, zwei Batterien mit jeweils der halben Spannung hvntereinanderzuschalten und beide Teilbatterien mittels einer Brückenschaltung auf symmetrische Spannung zu überwachen. Durch diese Überwachung wird mit Sicherheit ein Zellenschluß in einer der Batterien angezeigt, jedoch auch, je nach der Empfindlichkeit der Brückenschaltung, bereits ein etwas unterschiedlicher, den Betrieb normalerweist nicht störender Ladungszustand.

Alle diese indirekten Messungen sind mit verschiedenen, sich teilweise addierenden Ungenauigkeiten behaf tet, die teils vom nicht immer exakt gleichen mechanischen Batterieaufbau herrühren oder auch von der geringfügig anderen Säurekonzentration in den verschiedenen Batteriezellen oder durch thermische Einflüsse, Kriechströme u. dgl. Wie die Erfahrung ganz allgemein bei der Batterieüberwachung gelehrt hat, ist der elektrische Zustand einer Batterie nur dann eindeutig und exakt zu bestimmen, wenn deren Spannungsabfall unter Last festgestellt und mit dem Sollwert verglichen wird. Durch eine derartige Messung sind sämtliche Imponderabilien einer indirekten Messung ausgeschaltet und es wird tatsächlich das angezeigt, was die Batterie momentan zu leisten vermag. Eine solche Messung ist jedoch in dem vorbeschriebenen Fall, wo die zu überprüfende Batterie im Bereitschafts-Parallelbetrieb (nach VDE 0800) eingesetzt ist und stets vom Konstantspannungsnetzgerät beaufschlagt wird, nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie diese eindeutige und exakte Batterieüberprüfung auch dann vorgenommen werden kann, wenn die zu überprüfende Akkumulatoren-Batterie zu einem Konstantspannungsnetzgerät parallel geschaltet und in Fernmeldeanlagen sowie Überwachungsanlagen, bei denen stets eine praktisch konstante Spannung gefordert wird, eingesetzt ist. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Konstantspannungsnetzgerät periodisch von der Batterie abgetrennt wird mit einem Trennintervall, das wesentlich kleiner als das Verbindungsintervall ist, und einer Schaltperiode, die wesentlich kleiner als die durch die Bauart der Batterie bedingte Ladungsverfallzeit ist, daß während der Trennung der Spannungsabfall der Batterie gemessen wird und daß das Überschreiten eines Spannungsabfallwerts signalisiert und gleichzeitig das Konstantspannungsnetzgerät wieder zugeschaltet wird.

Nach der Erfindung wird also nicht versucht, den elektrischen Zustand der Batterie auf indirektem Weg nachzubilden, sondern es wird direkt der Spannungsabfall der Batterie bei ihrer Belastung durch die normalerweise angeschlossene Last als einwandfreies Indiz für den momentanen elektrischen Zustand der Bat-

terie herangezogen. Maßgebend für die Leistung einer Batterie sind ja mehrere Faktoren — der Ladungszustand, der allgemeine Zustand der Batterie, die Säurekonzentralion, die Innen- und Außentemperatur u. ä. —, die jedoch einzeln in diesem Zusammenhang überhaupt nicht interessieren, da für die Funktion der Anlage lediglich die momentan von der Batterie abzugebende Leistung maßgeblich ist. Diese Leistung kann in althergebrachter Weise über den Spannungsabfall der Batterie bei ihrer Belastung gemessen werden, wenn die Batterie vom Konstantspannungsnetzgerät abgetrennt ist. Weitere Messungen sind damit nicht notwendig, jedoch kann ein den Austausch einer Batterie erfordernder Zellenschluß separat durch die an sich bekannte Spannungssymmetrie-Überwachung angezeigt werden.

Zweckmäßigerweise wird das Trennintevvall so klein wie möglich gewählt, auf alle Fälle wesentlich kleiner als das Verbindungsintervall. Dadurch ändert sich an der normalen Stromversorgung praktisch nichts, da das Konstantspannungsnetzgerät sowieso eine Reserve zum Aufladen der Batterie nach anomaier Leistungsabgabe hat und daher die durch das Trennintervall fehlende Ladungszeit unbedeutend ist. Genauso unbedeutend ist auch der normalerweise auftretende Spannungsabfall an der Last im Trennintervall, da er lediglich vom sich nunmehr bemerkbar machenden Innenwiderstand der Batterie herrührt, also im allgemeinen in derfirößenordnung von 0.1 V bleibt.

Die Schaltperiode richtet sich im allgemeinen nach der Bauart der Batterie und muß auf alle Fälle wesentlich kleiner sein, als die durch die Bauart bedingte Zeit, in der die Batterie, beispielsweise bei Ausfall des Netzgeräts, entladen sein kann. Bei Überwachungsanlagen, bei der der Ladungszustand der Batterie besonders kritisch zu überwachen ist, wird sich jedoch eine extrem kurze Zeit, beispielsweise zwischen 50 und 100 see, empfehlen bei einem Trennintervall zwischen 1 und 5 see.

Durch Einsatz eines Spannungsdiskriminators kann in an sich bekannter Weise das Überschreiten eines bestimmten Spannungsabfallwerts signalisiert werden. Selbstverständlich ist es möglich, durch das gleiche Signal auch eine Reservebatterie einzuschalten, so daß die Anlage stets betriebsbereit ist.

In erfindungsgemäßer Weise werden zur Durchführung des Verfahrens eine astabile Transistorschaltung, die zweckmäßigerweise über die Strombegrenzerschaltung des Konstantspannungsnetzgeräts das Konstantspannungsnetzgerät periodisch abtrennt, ein einstellbarer die Spannung der Akkumulatoren-Batterie überwachender Spannungsdiskriminator sowie eine manuell rückstellbare Signalisiereinheit, gegebenenfalls mit einem an sich bekannten Spannungssymmetrie-Überwachungsgerät zusammengefügt. Im Fall von Überwachungseinrichtungen wird vorteilhafterweise die Rückstelltaste, die den Batterieausfall anzeigt, mit der Rückstelltaste für das Ansprechen der Überwachungseinrichtung gekoppelt, da durch das Ansprechen der Überwachungsgeräte und der damit erfolgenden Lastvergrößerung der Spannungsabfall während des Trennintervalls das zulässige Maß überschreiten und die erfindungsgemäße Batterieüberwachung zum Ansprechen bringen kann. Wird der durch die Überwachungsgeräte ausgelöste Alarm zurückgestellt, erfolgt bei einer Koppelung dieser beiden Rückstellmöglichkeiten gleichzeitig auch die Rückstellung der Batterie-Überwachung, wodurch die Anlage wieder normal arbeitet.

In den Zeichnungen ist das erfmdungsgemäße Verfahren schematisch sowie an Hand einer Schaltskizze erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der BaUerieüberwachung,

F i g. 2 die Kurve des Spannungsabfalls bei gutem Batteriezustand,

F i g. 3 die gleiche Kurve bei schlechtem Batteriezustand.

Ein Konstantspannungsnetzgerät I speist über eine Batterie 2 eine Last 3, die konstant oder doch nahezu konstant ist. Mittels einer astabilen Transistorschaltung 4 wird die Verbindung vom Konstantspannungsnetzgerät 1 zur Batterie 2 periodisch unterbrochen. Im Trennintervall kann nun mittels eines Spannungsdiskriminators 5 der Spannungsabfall der belasteten Batterie 2 gemessen und bei Überschreiten eines bestimmten Schwellwerts mittels Signalisiereinheiten 6 signalisiert werden. Die Signalisiereinheiten 6 sprechen auch dann an, wenn über eine Spannungssymmetrie-Überwachung 7 eine Unsymmetrie in den einzelnen Zellenspannungen festgestellt wurde. Die Signalisiereinheit 6 ist gemäß den Ausführungsvorschriften lediglich über einen Rückstellknopf 8 rückstellbar.

Beim normalen Betrieb stellt sich eine bestimmte Spannung 9 an den Batterieklemmen ein. Beim Trennen des Konstantspannungsnetzgeräts 1 von der Batterie 2 sackt die Batteriespannung 10 um einen gewissen Betrag, der dem Innenwiderstand der Batterie entspricht, ab; sodann verläuft die Spannungsabfalls-Kurve verhältnismäßig flach, entsprechend dem normalen Spannungsabfall bei geladener, einwandfreier Batterie, bis wiederum das Konstantspannungsnetzgerät 1 eingeschaltet wird und sich damit die Betriebsspannung 9 wieder einstellt.

Ist die Batterie nicht mehr in Ordnung, so wird bereits der sprunghafte Spannungsabfall beim Abtrennen des Konstantspannungsnetzgeräts 1 größer und es verläuft auf alle Fälle auch der sich durch die Belastung der Batterie ergebende Spannungsabfall 11 wesentlich steiler. Erreicht hierbei der Spannungsabfall einen vorgegebenen Schwellwert, so spricht der Spannungsdiskriminator an, unterbricht den Prüfvergang und schaltet die Signalisiereinheit 6 ein. Durch das Unterbrechen des Prüfvorgangs ist auf jeden Fall das Konstantspannungsnetzgerät wieder in die Versorgungsleitung geschaltet, so daß auch bei vollkommenem Ausfall der Batterie die Versorgung der Last 3 noch sichergestellt ist. Dies trifft also auch dann zu, wenn durch extreme Laständerungen, beispielsweise beim Ansprechen von Überwachungsgeräten bei einer Überwachungsanlage, der Spannungsabfall zu groß wurde und damit ein Batterieausfall vorgetäuscht wird. Beim Rückstellen dieses Alarms wird auch gleichzeitig die Rückstelltaste 8 zur Rückstellung der Signalisiereinheit 6 betätigt, so daß sich die Anlage wieder im Normalbetrieb befindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Überwachen des elektrischen Zustands einer in Fernmeldeanlagen sowie in Überwachungsanlagen eingesetzten Akkumulatoren-Batterie, die zu einem Konstantspannungsnetzgerät parallel geschaltet ist, wobei die Anordnung eine gleichbleibende Last speist, dadurch gekennzeichnet, daß das Konstantspannungsnetzgerät (1) periodisch von der Batterie (2) abgetrennt wird mit einem Trennintervall (12), das wesentlich kleiner als das Verbindungsintervall (13) ist, und einer Schaltperiode (14), die wesentlich kleiner als die durch die Bauart der Batterie (2) bedingte Ladungsverfallzeit ist, daß während der Trennung der Spannungsabfall (10, 11) der Batterie (2) gemessen wird und daß das Überschreiten eines Spannungsabfallwerts signalisiert und gleichzeitig das Konstantspannungsnetzgerät (1) wieder zugeschaltet wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch die Zusammenfassung einer astabilen Transistorschaltung (4), die über die Strombegrenzerschaltung des Konstantspannungsnetzgeräts (1) das Konstantspannungsnetzgerät (1) periodisch abtrennt, eines einstellbaren, die Spannung der Akkumulatoren-Batterie (2) überwachenden Spannungsdiskriminators (5) sowie einer manuell rückstellbaren Signalisiereinheit (6,8), wobei die ansprechende Signalisiereinheit (6) die astabile Transistorschaltung (4) abschaltet.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Zufügung eines ebenfalls auf die Signalisiereinheit (6, 8) einwirkenden, an sich bekannten Spannungssymmetrie-Überwachungsgeräts (7).