DE1788108C3 - Schaltungsanordnung für den Tiefentladeschutz von stationären Akkumulatoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung fürdenTicfentladcscluitz von stationären Akkumulatoren, denen eine Ladeeinrichtung zugeordnet ist, mit einem an den Akkumulator angeschlossenen elektronischen Spannungsmeßglied, das beim Absinken der Hatte!iespannung auf die zulässige tiefste Entlaclespannung anspricht, sowie mit einem von dem SpannungsmeHglied gesteuerten lastsehaltcnden Bauelement, das auf Grund des Ansprechens des Spunnungsmeßglietles den Verbraucher vom Akkumulator trennt.

Eine solche Schaltungsanordnung, allerdings ohne zugeordnete Ladeeinrichtung, ist bekannt (französische Patentschrift 1 380 720). Bei ihrem praktischen Einsatz baut der nach Erreichen der tiefsten zulässigen Entladespannung vom Verbraucher getrennte Akkumulator unmittelbar nach der Abtrennung eine Scheinspannung auf. Sind keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen vorgesehen, bringt diese Scheinspannung das die zulässige tiefste Entladespannung überwachende Spannungsmeßglied im Sinne einer Wiederanschaltung des Verbrauchers zum Ansprechen. Die Batteriespannung bricht sofort erneut zusammen. Der Verbraucher wird wieder abgetrennt. Dieses Arbeitsspiel kann sich unter ungünstigen Bedingungen in rascher Folge mehrfach wiederholen. Dabei können sowohl der Akkumulator als auch das lastschaltende Bauelement Schaden leiden. Wird als lastschaltendes Bauelement beispielsweise ein Schütz verwendet, besteht die Gefahr, daß dessen Erregeispule verbrennt. Um dies zu verhindern, ist die bekannte Schaltungsanordnung so ausgelegt, daß nach Ansprechen des SpannungE.Tießgliedes ein Wiederanschalten des Verbrauchers verhindert wird, bis eine Bedienungsperson bewußt von Hand eingreift. Dies ist jedoch unbefriedigend, weil Akkumulatoranlagen in der Regel automatisch arbeiten sollen.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (Patentschrift 51918 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin) ist ein Schmitt-Trigger als Schwellwertgeber für die Batteriespannung vorgesehen, um nach Unterschreiten einer vorbestimmten ten Batteriespannung die Hauptverbraucher abzuschalten, während andere Verbraucher angeschaltet bleiben. Es ist ferner bekannt (Zeitschrift »Elektronik«, 1957, Nr. 7, S. 220), ein Ladegerät an den Akkumulator anzuschalten, wenn dessen Spannung unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Mit diesen Maßnahmen läßt sich aber das vorstehend erläuterte Problem nicht ausräumen.

Des weiteren ist eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Schwankungen unterworfenen Spannung bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 06 894), bei der beim Überschreiten festgelegter Spannungsgrenzen ein Relais umschaltet. Als Meßkreis ist ein unmittelbar an die zu überwachende Spannung angeschalteter Spannungsteiler, als Bezugsspannungskreis eine parallel zum Spannungsteiler liegende Reihenschaltung aus Zenerdiode und Widerstand vorgesehen. An einen Abgriff des Spannungsteilers ist der Eingang eines ersten Transistors angeschlossen. Dieser steuert einen zweiten Transistor, dessen Ausgangskreis mit einem weiteren Spannungsteilerabgriff verbunden ist und in dem das Relais liegt. Ist der erste Transistor leitend, sperrt der zweite Transistor. Das Relais ist abgefallen. Steigt die überwachte Spannung an, sperrt der erste Transistor, während der zweite Transistor leitet und das Relais anzieht.

Durch den mit dem Ausgangskreis des zweiten Transistors in Reihe liegenden Abschnitt des Spannungsteilers fließt ein zusätzlicher Strom, wodurch der Arbeitspunkt des ersten Transistors verschoben wird, so daß dieser erst bei einer gegenüber dem ersten Umschaltepunkt geringeren Spannung wieder anspricht und den zweiten Transistor sperrt. Diese Schaltungsanordnung hat auch bei abgefallenem Re-

lais einen verhältnismäßig kleinen Eingangswiderstand, weil die Zenerdiode einen erheblichen Querstrom ziehen muß, um ein Sperren des ersten Transistors bei tiefem Absinken der überwachten Spannung _Zu verhindern. Im Falle von stationären Akkumulatoren ist die Speicherkapazität bereits weitgehend erschöpft, wenn die zulässige tiefste Entladespannung erreicht und der Verbraucher abgetrennt wird. Andererseits kann es lange dauern, bis die Netzspannung wiederkehrt und die Ladeeinrichtung mit dem Nachladen beginnt. Infolgedessen sind irreparable Schäden des Akkumulators zu befürchten, wenn die Tiefentladeschutzanordnung nach Unterschreiten der zulässigen tiefsten Entladespannung nennenswert Strom verbraucht. In Anbetracht dessen ist die bekannte Schaltungsanordnung für die vorliegenden Zwecke ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die bei Erreichen der zulässigen tiefsten Entladespannung den Verbraucher ungeachtet eines nach der Abtrennung auftretenden Scheinspannungsaufbaus sicher abgetrennt hält, die den Verbraucher aber nach ausreichender Nachladung des Akkumulators wieder anschaltet, ohne daß es eines Eingriffes von Hand bedarf, und *; deren Eigenverbrauch so klein ist, daß die Restkapazität des Akkumulators ausreicht, um den Tiefentladeschutz über einen angemessenen Zeitraum hinweg sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein weiteres Spannungsmeßglied vorgesehen ist, welches aus in Reihe geschalteten Referenzdioden besteht, die nach Überschreiten ihrer Durchbruchspannung die Zuschaltung des Verbrauchers bewirken, wobei mittels eines gleichzeitig mit dem lastschaltenden Bauelement betätigten Schaltgliedes eine der Referenzdiode kurzschließbar ist, und daß die nicht kurzgeschlossenen Referenzdioden beim Absinken der Batteriespannung auf die zulässige tiefste Entladespannung als das die Abschaltung des Verbrauchers bewirkende Spannungsmeßglied dienen.

Das weitere Spannungsmeßglied verhindert ein vorzeitiges Wiederanschalten des Verbrauchers an dem Akkumulator, erlaubt aber ein selbsttätiges Anschalten des Verbrauchers, sobald die Batterieladespannung wieder ausreichend hoch ist. Durch die Verwendung zweier elektronischer Spannungsmeßglieder für die Erfassung der beiden Schwellwerte, bei denen der Verbraucher vom Akkumulator getrennt bzw. an den Akkumulator wieder angeschaltet werder: soll, kann so in einfacher Weise eine von den Lade- und Entladefaktoren des Akkumulators unabhängige Anpassung an die jeweiligen Betriebserfordernisse erfolgen. Die beiden Schwellwerte können ohne Schwierigkeit so weit auseinandergelegt werden, daß ein Flattern von gegebenenfalls angeschlossenen Gleichstromschützen mit Sicherheit vermieden wird. Beispielsweise kann der obere Schwellwert so eingestellt werden, daß er um mindestens lO°/o über der Anfangsladespannung des Akkumulators liegt. Die in der angegebenen Weise aus Referenzdioden aufgebauten Spannungsmeßglieder sind nicht nur billig und temperaturunempfindlich, sondern sorgen insbesondere auch für einen geringen Eigenverbrauch der Schaltungsanordnung. Diese belastet daher den Akkumulator nur wenig. Da die Re.ferenzdioden mit sinkender Batteriespannung sperren, geht der dem Akkumulator entnommene Strom letztlich gegen Null. Der Tiefentladeschutz ist infolgedessen auch bei langer andauerndem Netzausfall gewährleistet.

Die Referenzdiodenkette ist zweckmäßig mit dem Eingang eines Schalttransistors verbunden. Im Ausgang des Schalttransisiors kann ein Relais liegen, dessen einer Kontakt das dem Kurzschluß der einen Referenzdiode dienende Schaltgüed bi'Jet und das mit einem weiteren Kontakt die Lastan- und -abschaltung bewirkt.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform kann dem Schalttransistor ein Schmitt-Trigger nachgeschaltet sein, der seinerseits das laslschuitendc Bauelement steuert. Das dem Kurzschluß der einen Referenzdiode dienende Schaltglied kann ein von dem Ausgang des Schmitt-Triggers her gesteuerter Transistorschalter sein. Diese Ausführungsform erlaubt es, einen völlig kontaktlosen Tiefentladeschutz aufzubauen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispiclen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Tiefentladcschutzschaltung mit Relais,

Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Tiefentladeschutzschaltung mit Schmitt-Trigger.

Hei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist an die Klemmen I, 2 der Akkumulator und an die Klemmen 3,4der Verbraucher anschließbar. Zwischen den Klemmen 1, 2 liegt eine Reihenschaltung aus Widerstand Rl, Zenerdioden Dl, D2, Widerstand Rl und Potentiometer R3. Parallel zum Potentiometer Ri ist eine weitere Zenerdiode Di geschaltet. Der Schleifer iles Potentiometers Ri ist mil der Basis eines Transistors 71 \erbunden, in dessen Kollektorkreis die Wicklung eines Relais R.vl angeordnet ist. Kin erster Kontakt H des Relais R.vl ist parallel zu dem Widerstand Rl und der Zenerdiode Dl geschaltet. Ein zweiter Kontakt rll des Relais R.vl liegt zwischen der Akkumiilalorklemme 2 und der Verbraueherklemme 4.

Erreicht die an ilen Zenerdioden Dl, D2 anliegende Spannung die Gren/.spanniing der Reihenschaltung dieser beiden Dioden, werden die Zenerdioden leitend. Das Basispolenlial des Transistors Tl wird positiver. Der Transistor 71 wird durchgeschaltet. Das Relais R.vl zieht an. Über den Relaiskontakt rll wird der mit den Klemmen 3, 4 verbundene Verbraucher an den Akkumulator angeschaltet. Gleichzeitig schließt der Relaiskontakt rl die Zenerdiode Dl kurz. Dadurch bleibt der Transistor 71 durchgeschaltet, bis die BatleriespaniHing unter den Wert der Circnzspamuing der Zenerdiode DI gesunken ist. Sobald dies der Fall ist, sperrt die Zenerdiode D2, wo-* durch auch der Transistor 71 gesperrt wird. Das Relais R.vl fällt ab. Der Reiaiskoniakt rll trennt den Verbraucher vom Akkumulator ab. Der Relaiskontakt rl hebt den Kurzschluß der Zenerdiode Dl auf. Der Verbraucher wird erst dann erneut an den Akkumulator angeschlossen, wenn die Ladespannung des Akkumulators einen solchen Wert erreicht, daß an der Reihenschaltung der Zenerdioden Dl, DI die Grenzspannung dieser Dioden anliegt.

Die Diode D2 gibt also in Verbindung mit dem Potentiometer R3 den unteren Schwellwert des Tiefentladeschulzes entsprechend der zulässigen tiefsten Entladespannung des Akkumulators vor. Dagegen

bestimmt die Reihenschaltung der Zenerdioden Dl, Dl den oberen Sehwellwert, das heißt die Höhe der Baltericspannung, bei der der Akkumulator wieder an den Verbraucher angeschaltet werden soll. Die Anordnung verriegelt sieh bis zum Erreichen des jeweils anderen Selialtzustaiidcs selbst.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 nur dadurch, daß an Stelle des Relaiskontaktes rll ein über einen Kontakt rill des Relais RsX gesteuerter "° Schalttransistor Tl vorgesehen ist, mittels dessen in nicht näher dargestellter Weise ein beliebiges Lastschütz geschaltet werden kann. Schließt der Relaiskontakt rill beim Anziehen des Relais RsX, wird der Transistor Tl durchgesteucri. Der Transistor Tl >5 sperrt, sobald das Relais RsI abgeworfen wird.

Auf diese Weise können bei beliebigen Verbraucherspannungen, z. ß. 12, 24, 40, 60, 110 und 220 V, ohne Schwierigkeiten Verbraucher von 50 kW und mehr von dem jeweiligen Akkumulator getrennt und an diesen wieder angeschaltet werden.

Hei der volliransistorisierten Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Ausgang des Transistors TX mit dem Eingang eines aus Transistoren TA, TS aufgebauten Schmitt-Triggers verbunden. An den Ausgang des Schmitt-Triggers ist ein als Schaltverstärker arbeitender Transistor T(t angeschlossen, der seinerseits einen Leistungsschalttransistor 77 steuert, dessen Ausgangskreis zwischen der Akkumulatorklemme 1 und der Verbraucherklemme 3 liegt. Ein Transistor Γ3 übernimmt die Aufgabe des Relaiskontakts rl der Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2.

Erreicht die an den Zenerdioden Dl, Dl anliegende Spannung die Grenzspannung der Reihenschaltung dieser Dioden, werden die Dioden leitend und wird der Transistor TX durchgcstcucrt. Das Basispotential des Transistors 7'4 wird negativer; der Transistor 7"4 sperrt. An dem gemeinsamen Emillerwiderstand RS der Transistoren /4, 75 lallt keine Spannung ab, so daß der Ί ransistur /'5 eine Hasis-Emiller-Spamuim; erhält, ilie einen Stromdurehgang durch ilen Transistor 7'5 bewirkt. Dadurch werden die Transistoren 76, 7'7 dmchgcsteuctl und wird der Verbraucher an den Akkumulator angeschaltet. Gleichzeitig wird das Potential an der an den Kollektor des Transistors T5 angekoppelten Hasis des Transistors T3 negativer. Der Transistor 7'3 wird durchgesleuert und schließt die Zencrdiode DX kurz.

Sinkt die Spannung an der jetzt allein wirksamen Zencrdiode Dl unter die Grenzspannung dieser Diode ab, sperrt die Zenerdiodc Dl. Das Basispotential des 'Transistors TX wird negativer; der Transistoi 7 1 sperrt. Das Basispoteniial des Transistors TA wird positiver, so daß dei Transistor 7'4 stromführend wird. Infolge der am gemeinsamen Ilmitterwiderstand RS auftretenden Spannung wird der Transistor 7'S gesperrt. Der Transistor 75 sperrt seinerseits die Transistoren 7TtUiId Tl. Der Transistor 77 trennt den Verbraucher vom Akkumulator ab.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 hat nur einen minimalen Eigenverbrauch, was von besonderer Bedeutung ist, weil nach Erreiehen der tiefsten zulässiger Enlladespannung als Stromquelle für den Tiefentladeschut/. nur der bereits entladene Akkumulator zui Verfügung steht. Weil der Schmitt-Trigger genau definierte Ein- und Au.sschaltimpulse liefert, lassen sich die Sehwellwerte mit hoher Genauigkeit, z. B. ! 0,1 V vorgeben. Die Anordnung ist frei von allen mechanischen Bauteilen und hat eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 7C8 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für den Tiefentladeschutz von stationären Akkumulatoren, denen eine Ladeeinrichtung zugeordnet ist, mit einem an den Akkumulator angeschlossenen elektronischen Spannungsmeßglied, das beim Absinken der Batteriespannung auf die zulässige tiefste Entladespannung anspricht, sowie mit einem von dem Spannungsmeßglied gesteuerten lastschaltenden Bauelement, das auf Grund des Ansprechens des Spannungsmeßgliedes den Verbraucher vom Akkumulator trennt, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Spannungsmeßglied vorgesehen ist, welches aus in Reihe geschalteten '5 Referenzdioden (D 1, D 2) besteht, die nach Überschreiten ihrer Durchbruchspannung die Zuschaltung des Verbrauchers bewirken, wobei mittels eines gleichzeitig mit dem lastschaltenden Bauelement (rll) betätigten Schaltgliedes (rl, Γ3) eine der Referenzdioden (D 1) kurzschließbai ist, und daß die nicht kurzgeschlossenen Referenzdioden (D 2) beim Absinken der Batteriespannung auf die zulässige tiefste Entladespannung als das die Abschaltung des Verbrauchers bewirkende Spannungsmeßglied dienen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzdiodenkette (Dl, D 2) mit dem Eingang eines Schalttransistors (Γ1) verbunden ist. '°

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgang des Schalttransistors (Γ1) ein Relais (Rs 1) liegt, dessen einer Kontakt (rl) das dem Kurzschluß der einen Referenzdiode (Dl) dienende Schaltglied -¹⁵ bildet und das mit einem weiteren Kontakt (r II, rill) die Lastan- und -abschaltung bewirkt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Relaiskontakt (rill) das zwischen Batterie und Verbraucher liegende lastschaltende Bauelement steuert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schalttransistor (71) ein Schmitt-Trigger (TA, TS) nachgeschaltet ^4S ist, der seinerseits das lastschaltende Bauelement (T 7) steuert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Kurzschluß der einen Referenzdiode (Dl) dienende Schalt- ^s° glied ein von dem Ausgang des Schmitt-Triggers (Ύ4, TS) her gesteuerter Transistorschalter (T 3) ist.