DE1788139B2

DE1788139B2 -

Info

Publication number: DE1788139B2
Application number: DE19651788139
Authority: DE
Inventors: Harushisa Suita Furuishi; Yoneji Saigodori Moriguchi Koyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1965-12-17
Filing date: 1965-12-17
Publication date: 1974-08-01
Also published as: DE1788139A1; DE1788139C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Halten einer an ein^ Last gelegten Spannung innerhalb eines mit vorgegebener ToIeranz festgelegten Spannungsbereiches, mit einer aus einer Reihenschaltung von Batterien bestehenden Spannungsquelle, zwischen der und der Last ein selbsttätiger Umschalter liegt.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 104 048 bekannt. Derartige Schaltungsanordnungen dienen in Stromversorgungsanlagen dazu, die an die Last gegebene Verbraucherspannung innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereiches zu halten. Bei Batterien ist beispielsweise die abgegebene Spannung vom Ladezustand der Batterie, von der Temperatur und anderen Einflüssen abhängig. Den Spannungsschwankungen muß Rechnung getragen werden. Bei der bekannten Schaltungsanordnung, die die Verbraucherspannung bei Ausfall der Netzstromversorgung zu übernehmen hat, besteht die Reihenschaltung von Batterien aus einer Hauptbatterie und einer Zusatzbatterie. Gegebenenfalls kann auch noch eine zweite Zusatzbatcerie hinzukommen. Die Zusatzbatterien sind dabei so ausgelegt, daß sie eine weitergehende Entladung der Hauptbatterie ermöglichen, ohne daß die Verbraucherspannung unter ihre untere Grenze fällt. Dadurch wird die Batteriekapazität besser ausgenutzt. Die erste Zusatzbatterie wird bei Ausfall der Netzstromversorgung selbsttätig mit der Hauptbatterie in Reihe geschaltet. Nur die zweite Zusatzbatterie wird bei Absinken der von der Batterieversorgung gelieferten Reihenschaltung bis zum unteren Grenzwert durch einen zusätzlichen spannungsabhängigen Schalter zugeschaltet. Wurden weitere Zusatzbatterien vorgesehen, so müßten jeweils für jede Batterie auch zusätzliche Schalter und zusätzliche schaltungstecbniscbe Vorkehrungen zur Verhinderung eines Batteriekurzschlusses vorgesehen werden. Die bekaunte Schaltungsanordnung ist also nur dann zu gebrauchen, wenn der Spannungsbereich, in dem die an die Last gelegte Spannung gehalten werden muß, relativ groß ist. Handelt es sich um einen engen Spannungsbereich, so müssen für jede der dann erforderlichen zahlreichen Batterien der Reihenschaltung jeweils Umschalter, Dioden usw. vorgesehen werden, so daß sich ein erheblicher Bedarf an elektronischen Bauelementen ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß für die Spannungsregelung seiest bei einem Spannungsbereich mit engen Toleranzen und bei Verwendung vieler Batterien möglichst wenige Schalter erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Man erkennt zunächst, daß trotz einer beliebigen Zahl von Batterien in der Reihenschaltung nur noch ein einziger Umschalter erforderlich ist. Dieser ist jedoch über einen elektromagnetischen Schrittschalter an die Batterien angeschlossen. Durch den Anschluß der Treibwicklung des Schrittschalters an den Ausgang des Umschalters wird dabei sichergestellt, daß der Schrittschalter jeweils diejenige Stellung einnimmt, die bewirkt, daß die vom Umschalter an die Last gelegte Spannung im Toleranzbereich des festgelegten Spannungsbereiches verbleibt. Das ist auch dann ohne weiteres und ohne zusätzlichen Aufwand möglich, wenn die vorgegebene Toleranz sehr enge Grenzen für den Spannungsbereich festlegt. Die Anzahl der erforderlichen Schalter und der zusätzlich erforderlichen elektronischen und Halbleiterbauelemente wird auf diese Weise erheblich vermindert. Dennoch wird die gewünschte Funktion der Schaltungsanordnung sicher und zuverlässig erreicht.

Ausgestaltungen der Erfindung .lach dem Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. i erzielbare Kennlinie.

F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der zur Umschaltung von Batteriespannungen nur ein (durch unterbrochene Linien eingeschlossener) Umschalter mit nachgeschaltetem elektromagnetischem Schrittschalter R, verwendet wird, der zwischen Ausgangsklemmen c und d des Umschalters liegt, wobei eine feste Klemme N des Schrittschalters R_y an den Pluspol α des Umschalters angeschlossen ist und freie Kontakte 1, 2 ... η an Pluspole P₁, P₂... P_n von Batterie B₁, B₂.. .B_n angeschlossen sind. Diese Batterien sind hintereinandergesehaltet. Die Minuspole der Batterien sind an den Minuspol b des Umschalters angeschlossen. Eine Last R_L liegt am Ausgang des Umschalters.

Dieser Umschalter besteht aus Widerständen R₁, R₂ ... R₇. Die Widerstände R₁ und R₂ am Eingang des Umschalters bilden einen Spannungsteiler, der zwischen dem Pluspol α und dem Minuspol b der Batterien liegt. Die Widerstände R₁ und R₂ können feste Widerstanclswerte haben. Es ist aber auch

möglich, für einige dieser Widerstände einen Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandswert zu verwenden. Für die Widerstände R₃, R_v R₆, R₉ und R₁ werden Widerstände mit festen Widerstandswerten verwendet.

Am Verbindungspunkt der den Spannungsteiler bildenden Widerstände A₁ und A₂ ist eine Basis eines n-p-n-Transistors Tr₁ angeschlossen, dessen Kollektor über den Widerstand R₄ mit der Basis eines weiteren n-p-n· Transistors Tr₂ verbunden ist. Die beiden Transistoren 2V₁ und Jr₂ "bilden mit den Widerständen A₃ bis R₇ einen Schmitt-Trigger. Der Ausgang dieses Schmitt-Triggers, nämlich der Kollektor des Transistors Tr₂ ist mit der Basis eines p-n-p-Transistors Tr₃ verbunder, der einen Stromverstärker darstellt.

Diese Anordnung wirkt auf folgende Weise:

Wenn die angelegte Spannung zwischen dem Pluspol α und dem Minuspol b des Umschalters höher ist als eine Bezugsspannung E, sperren die Transistoren Tr, und Tr₃. Ist die angelegte Spannung kleiner als die Bezugsspannung E, so leiten die Transistoren Tr, und Tr₃.

Nimmt man an, daß ein bewegliches Schaltmesser W, das zur festen Klemme iV des Schrittschalters Ry führt, am Kontakt 1 liegt, so steht die Spannung V₁ der Batterie B₁ am Pluspol α und Minuspol b des Umschalters an. Ist die Spannung V₁ größer als die Bezugsspannung E des Umschalters, so ist dieser gesperrt, und das Schaltmesser N' liegt weiter am Kontakt 1 an, wobei der Last Ä_t die Spannung V₁ aufgedrückt wird, Die Spannung V₁ fällt dann allmählich von dieser Spannung auf die Bezugsspannung E, wonach der Umschalter leitend

S wird und der Schrittschalter R_y arbeitet. Das Schaltrnesser N' bewegt sich zum Kontakt 2. Auf die Last R_L werden die Spannungen der Batterien B₁ und S₂ gegeben. Wenn das Schälmesser N' am Kontakt 2 anliegt, ändert sich die an dem Umschalter liegende

ίο Spannung in V,. Dieser Wert ist aber größer als die Bezugsspannung E, so daß der Umschalter sofort sperrt und die Anlage des Schaltmessers N' am Kontakt 2 unverändert erhalten bleibt.

Fällt die angelegte Spannung V, unter die Bezugsspannung E, so wird das Schaltmesser N' an den Kontakt 3 weitergeschaltet. Das Schaltmesser N' wandert somit nacheinander vom Kontakt 2 bis zum Kontakt n.

F i g. 2 zeigt die mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1

ao erzielte Kennlinie. Die Ausgangsspannung V_R, nämlich die über der Last R_L stehende Spannung, kann Veränderungen innerhalb eines gewissen Bereiches zwischen Maximum und Minimum hervorrufen. Das Minimum ist der Wert der Bezugsspannung E des Umschalters, und das Maximum ist der Wert der Bezugsspannung E, vergrößert um die Batteriespannung zwischen den verschiedenen Kontakten. Diese Werte werden durch die Anzahl der Batterien zwischen den Kontakten und den Spannungen dieser Batterien festgelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Halten einer an eine Last gelegten Spannung innerhalb eines mit vorgegebener Toleranz festgelegten Spannungsbereiches, mit einer aus einer Reihenschaltung von Batterien bestehenden Spannungsquelle zwischen der und der Last ein selbsttätiger Umschalter liegt, dadurch gekennzeichnet, daß m der Umschalter aus einem Spannungsteiler (R₁, R₂) mit nachgeschalteter Kippstufe (JA₁, TR.,) besteht, daß der Eingang des Umschalters über einen mehrpoligen elektromagnetischen Schrittschalter (Ry) jeweils mit einer der Batterien (B₁, B₂ ... B_n) verbindbar ist und daß die Treibwicklung des Schrittschalters (R_y) an den Ausgang (c, d) des Umschalters angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der ao den Spannungsteiler (R₁, R₂) des Umschalters aufbauenden Widerstände ein Widerstand mit temperaturabhängigem Widerstandswert ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Batterien (B₁, B₂ ... B_n) um Brennstoffzellen handelt.