DE1944991A1

DE1944991A1 - Geregelte Gleichstromversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE1944991A1
Application number: DE19691944991
Authority: DE
Inventors: Jack Beery
Original assignee: Burroughs Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1968-09-09
Filing date: 1969-09-05
Publication date: 1970-03-19
Also published as: BE738584A; CH503406A; NL6913419A; NL166827C; NL166827B; FR2017635A1; CA918235A; GB1255099A; DE1944991B2; DE1944991C3; US3555395A

Description

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üL-in-j. Wilhelm Mchel

Frankfuri/Main-1
Paiksiraße 13

BURROUGHS CORPORATION, Detroit, V. St .Α

Geregelte Gleiehstromversorgungseinrichtung

Die Erfindung betrifft e'ine geregelte Gleichstromversorgungseinrichtung für eine veränderbare elektrische Last, mit einer Batterie, die mehrere in Reihe geschaltete aufladbare Zellen enthält.

Bei bekannten Batterie-Stromversorgungseinrichtungen mit aufladbaren Zellen muß entweder die-elektrische Belastung der Einrichtung konstant oder das Arbeitsspiel der Einrichtung klein sein. Wenn die Belastung konstant ist, können die Zellen an ein Ladegerät angeschlossen werden, daß so eingestellt ist, daß es-einen konstanten Ladestrom abgibt. Diese Einrichtungen können Rheostaten in Reihe zwischen der Batterie und dem Ladegerät enthalten, so daß sie kleine konstante Ladestromimpulse abgeben, die die Batterie nicht überladen.

Bei Stromversorgungseinrichtungen, die eine veränderbare elektrische Belastung speisen müssen, genügt■eine Konstantstrom-La'deeinrichtung nicht, weil der Laststrom die Kapazität der Batterien überschreiten kann. Wenn der Ladestrom auf die Kompensation starker 'Lasts-tröme eingestellt ist, können die Batterien überladen und zerstört werden, und wenn der Ladestrom auf die Kompensation des mittleren Laststroms

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eingestellt ist, genügt die Einrichtung nicht den Anforderungen bei Spitzenbelastungen.

In digitalen ßeehenanlagen werden häufig dynamische MOS-Speicher verwendet^ um bei vertretbaren Kosten eine große Rechenkapazität zu erhalten. Dynamische Speicher müssen ständig mit Strom versorgt werden, wenn die gespeicherte Information erhalten bleiben soll. Ein kurzzeitger Ausfall der Stromversorgung kann den Verlust der in den Speichern gespeicherten Information zur Polge haben. Ein kurzzeitiger Stromausfall kann durch ein ungewolltes Ereignis (höhere Gewalt) oder ein unabsichtliches Herausziehen des Netzsteckers hervorgerufen werden. Wenn ein Stromausfall auftritt, muß sofort ein Hilfsstromversorgungsaggregat eingeschaltet werden, ohne daß der den Speichern zugeführte Strom unterbrochen wird. -

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine batteriebetriebene Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, deren Batterien aufladbar sind und bei der das Batterieladegerät sowohl den Laststrom als auch den Batterieladestrom gleichzeitig liefern kann und die in der löge ist, einem elektrischen Verbraucher ständig Strom zuzuführen, auch dann, wenn der der Stromversorgungseinrichtung zugeführte Wechselstrom unterbrochen wird.

Uach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein Ladegerät mit der Batterie in -Reihe geschaltet ist, daß dieses Ladegerät derart ausgebildet ist, daß es gleichzeitig der Batterie Ladestrom und der Last Gleichstrom zuführen kann, und daß ein Laderegler an die Batterie angeschlossen ist und auf 'den Grad der Ladung der Batterie anspricht und der-» art betreibbar ist, daß er die Batterie in Abhängigkeit vom Grad der Ladung der Batterie mit dem Ladegerät verbindet.

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Das Batterie-Ladegerät liegt zwischen einer Wechselstromquelle und der Batterie. Der Laderegler ist während des Betriebs mit der Batterie verbunden und verbindet das Batterie-Ladegerät elektrisch mit der Batterie in Abhängigkeit vom Grad der Ladung der Batterie. Die Batterie regelt die Ausgangsspannung der Stromversorgungseinrichtung und versorgt den elektrischen Verbraucher bei Spitzenstrorabelastung mit Strom. Das Ladegerät ist derart betreibbar, daß es sowohl den. Batterie-Ladestrom als auch den mittleren Leststrom liefert. -

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. - -

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Gleichstromversorgungseinrichtung.

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild der Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Gleichstromversorgungseinrichtung. -

Die Gleiehstromversorgungseinrichtung nach Fig. 1 enthält eine Batterie 10 mit zwei Teilen Π und Π 2, um einer ersten Last 13 (auch Verbraucher genannt) elektrische Energie mit einer Spannung V₁ und einer zweiten Last elektrische Energie mit einer Spannung V« zuzuführen. Ein Batterie-Ladegerät und ein Laderegler 19 sind elektrisch verbunden, um den Last-Btrom It-j der ersten veränderbaren Last 13 und einen Lade-

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strom I₂ der Batterie"10 zuzuführen. Ein zweites Ladegerät 21 und der zugehörige Laderegler-23 sind elektrisch verbunden und führen der zweiten veränderbaren Last den Laststrom It₂ ^un<* ^äer Batterie den Ladestrom I, zu.

Die Batterie 10 besteht aus mehreren aufladbaren Zellen, die in Reihe geschaltet»sind. Vorzugsweise handelt es sich bei den Zellen um Mckel-Kadmium-Zellen mit einer Spannung " von etwa 1,4 Volt. Jede Zelle enthält gesinterte Platten zur Verringerung des inneren Widerstands der Zelle und um die durch die Speisewechselspannung hervorgerufene Welligkeit so gering wie möglich zu halten»

Die Batterie 10 kann zwei Spannungen V^ und V₂ abgeben. Die Spannung V| ist gleich der Summe aller Zellenspannungen. Die. Spannung V₂ ist gleich der Ausgangsspannung des Teils 12 und kleiner als die Spannung V₁. Vorzugsweise enthält die Batterie 18 Zellen, so daß die Spannung V^ etwa gleich 25 Volt ist, während die Spannung V₂ als Summenspannung von vier Zellen etwa 5 Volt beträgt.

I₁ ist der Ausgangsstrom des Ladegeräts 17. Er ist gleich der Summe des durch die Last 15 fließenden Stroms I₁., und des Ladestroms I₂ der Batterie 10. I, ist der Ausgangsstrom des Batterie-Ladegeräts 21 und gleich der Summe des durch die Last.15 fließenden Stroms I_TO und des Ladestroms !,der. Batterie 10. Die Ladeströme I₂ und I. werden der Batterie aus den Ladegeräten zugeführt und von Ladereglerri 19 und 23 gesteuert, die die Stromzufuhr in Abhängigkeit vom Gasdruck in den Zellen der Batterieteile 11 und 12 regeln. " .

Nach Fig. 2 besteht die Batterie 10 aus Teilen 11 und 12, die elektrisch miteinander verbunden sind. Vorzugsweise besteht *der Teil 12 aus vier Zellen_s die zusammen eine _:Spannung

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Vp von etwa 5 Volt abgeben. Der Teil 11 besteht aus weiteren vierzehn Zellen und gibt zusammen mit dem Teil 12 eine maximale Spannung V^ von vorzugsweise 25 Volt ab. Das Batterie-Ladegerät 17 umfaßt die Sekundärwicklung 29 eines Konstantspannungstransformators 31 und eines Vollweg-Gleichrichters 33· Der Laderegler 19 ist schematisch als Druckschalter 35 dargestellt und mit der Ausgangszelle des Teils 11 der Batterie verbunden. Das Batterie-Ladegerät 2.1 umfaßt eine weitere Sekundärwicklung 37 und einen daran angeschlossenen Vollweg-Gleichrichter 39· Der Laderegler 23 ist schematisch als Druckschalter 41 dargestellt und mit der Ausgangszelle des Batterieteils 12 verbunden. Die Druckschalter 35 und 41 sprechen auf den Gasdruck des in der Batterie gebildeten Sauerstoffs an. Wenn eine Batterie vollgeladen ist, ist der Gasdruck hoch, und wenn die Batterie schwach geladen ist, ist der Druck niedrig.

Der Druckschalter 35 verbindet das Ladegerät 17 mit dem Batterieteil 11, wenn die Ladung dieses Batterieteils so schwach ist, daß der Druck in diesem Batterieteil unterhalb einem vorbestimmten Wert liegt. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist'der andere Pol des Gleichrichters 33 mit der Verbindungsstelle zwischen den Batterieteilen 11 und 12 über eine Leitung 43 verbunden.

Der Druckschalter 41 wirkt in ähnlicher Weise wie der Schalter 35, d.h. er verbindet das Ladegerät 21 mit dem Batterieteil 12, wenn der Batterieteil 12 nur soweit geladen ist, daß der Druck in diesem Batterieteil unter einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn der Druckschalter 41 ausgelöst wird, nimmt der Batterieteil 12 Ladestrom I, auf, wie es^;in Pig. 1 gezeigt ist. Wie in i*ig* 2 gezeigt ist, ist der andere Pol des Gleichrichters 39 über eine Leitung 45 mit dem Endanschluß des Batterieteils 12 verbunden. Nach fig« 2 ist jedes

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Batterie-Ladegerät 17 und 21 unabhängig vom anderen mit der Batterie 10 verbunden, Wenn die Belastung des Batterieteils 12 so stark ist, daß die darin gespeicherte Ladung einen vorbestimmten Wert unterschreitet, verbindet der Druckschalter 41 das Ladegerät 21 mit diesem Batterieteil. Während sich der Batterieteil 12 auflädt, kann sich der Batterieteil 11 über die Last 13 entladen. Der Ladestrom wird den Zellen nur dann zugeführt, wenn es erforderlich ist. Wenn die Belastung der Batterien auf null verringert wird, werden auch die Ladeströme Xp und I. auf null verringert und die Batterieteile 11 und 12 nicht überladen. -.

Fig* 3 zeigt eine vollständige Stromversorgungseinrichtung, die ausgewählte Teile , z.B. Speichervorrichtungen eines Rechners oder einer Büromaschine, im Falle der Unterbrechung der Wechselstromversorgung, aber auch eine veränderbare Last mit dem unter normalen Bedingungen erforderlichen Strom versorgt« An die Anschlüsse 45 und 47 der Primärwicklung des Transformators 49 ist ein Wechselstromnetz angeschlossen. Die Sekundärwicklung 51 und der Brückengleichrichter 53 bilden ein Batterie-Ladegerät, das über eine Diode 55 und einen Drucksehalber 52 mit dem positiven Anschluß der Batterie 59 verbunden ist. Die Batterie 59 besteht aus zwei Teilen 61. und 63. Eine weitere Sekundärwicklung 65 und der daran angeschlossene Vollweg-Brückengleichrichter 67 ist über einen Druckschalter 69 mit dem Batterieteil 63 verbunden. Ein Relais 71 ist zwischen die Anode des Gleichrichters 55 und die Rückstromleitung 73 der Stromversorgungseinrichtung geschaltet. Zwischen dem Druckschalter 57 und dem positiven Pol der Batterie 59 liegt eine Hilfszeitschaltung 75. Die Zeitschaltung 75 i-st über Ruhekontakte 77 des Relais 71 an die Batterie angeschlossen. Ein Spannungsteilernetzwerk, bestehend aus Widerständen 79 und 81, liegt zwischen den Kontakten 77 und der Leitung 73. Ein monostabiler Multivibrator 83 ist an den

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Verbindungspunkt 85 der beiden Widerstände angeschlossen. Ein JK-Flipflop 87 ist über eine Leitung 89 mit seinem dominierenden Setzeingang DS an den Verbindungspunkt 85 der beiden Widerstände angeschlossen. An den 1-Ausgang des Flipflop 87 ist ein Relais 91 Über einen Verstärker 90 angeschlossen. Der Ausgang des Multivibrators 83 ist mit dem K-Eingang des Flipflop 87 verbunden. Arbeitskontakte 93 und 95 des Heiais 91 dienen zur wählbaren Ein- und Ausschaltung von Ausgängen der Stromversorgungseinrichtung.

Das Relais 71 ist erregt, wenn dem Transformator 49 Wechselstrom zugeführt wird. Wenn das Relais erregt ist, sind die Kontakte 77 geöffnet, so daß das Potential des Verbindungspunktes 85 zwischen den beiden Widerständen 79 und 85 null oder gleich dem Erdpotential ist, da die Leitung 73 geerdet ist. Wenn dem DS-Eingang des JK-Plipflop 87 null Volt zugeführt werden, wird das Relais 91 erregt, so daß die Kontakte 93 und 95 geschlossen werden. Wenn die Wechselstromversorgung ausfällt, fällt das Relais 71 ab, so daß die Batterie über die Kontakte 77 mit dem Spannungsteilernetzwerk verbunden wird. Daraufhin erscheint ein positives Potential am Yerbindungspunkt 35 und an der Leitung 89, das einerseits den Multivibrator 83 auslöst und andererseits das Flipflop 87 vorbereitet oder freigibt.

Die Yerzögerungszeit des Multivibrators 83 ist so gewählt, daß der Rechner eine Operation bei alleiniger Stromentnahme aus der Batterie 59 beenden kann. Wenn die Verzögerungszeit des Multivibrators abgelaufen ist, wird dem K-Eingang des Flipflop 87 ein positives Signal zugeführt, das den 1-Ausgang des Flipflop auf null umschaltet. Daraufhin fällt das Heiais 91 ab, so daß sich die Kontakte 93 und 95 öffnen. Vorzugsweise sind nur die Speicherschaltungen an die Ausgangs anschlüsse 97 und 99 und alle übrigen Belastungskreise an die

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Ausgangsanschlüsse 101 und 103 angeschlossen. Die Kontakte 93 und 95 unterbrechen die Stromzufuhr aller.§chaltungen mit Ausnahme der Speicherschaltungen, wenn die-Weehseistromversorgung unterbrochen wird.

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ORieiNAL INSPECTED

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Claims

Pat entansprüc he

ΓΙ .!Geregelte Gleichstromversorgungseinrichtung für eine veränderbare elektrische Last,_#mit einer Batterie, die mehrere in Reihe geschaltete aufladbare Zellen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladegerät (z.B. 17) mit der Batterie (z.B. 10) in Reihe geschaltet ist, daß dieses Ladegerät derart ausgebildet ist, daß es gleichzeitig der Batterie Ladestrom und der Last (z.B. 13) Gleichstrom zuführen kann, und daß ein Laderegler (z.B. 19) an die Batterie angeschlossen ist und auf den Grad der Ladung der Batterie anspricht und derart betreibbar ist, daß er die Batterie in Abhängigkeit vom Grad der Ladung der Batterie'mit dem Ladegerät· verbindet.
2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß das Batterie-Ladegerät einen KonstantSpannungstransformator mit einer entkoppelten Sekundärwicklung und einen Vollweg-Gleichrichter enthält, der zwischen die Sekundärwicklung und den Laderegler geschaltet ist und der Batterie einen durch den Laderegler beeinflußten pulsierenden Gleichstrom zuführt.
3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laderegler ein Druckschalter ist, der im Ladestromkreis der Batterie liegt und auf den Druck in der Batterie anspricht, daß dieser Schalter das Batterie-Ladegerät mit der Batterie verbindet, wenn der Druck niedriger als ein erster vorbestimmter Wert ist, und das Batterie-Ladegerät von der Batterie trennt, wenn der Druck tinea awtittn vorbestimmten Wert |>J^lf|f^;3 ORIGINAL INSPECTED

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4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 für veränderbare elektrische Lasten, d a d u r c h g e k en η zeichnet, daß mindestens zwei aufladbare Batteriezellen in Reihe geschaltet sind, daß das Ladegerät mit jeder der Batteriezellen in Reihe geschaltet ist und derart ausgebildet ist, daß es gleichzeitig den Zellen Ladestrom und den Lasten Gleichstrom zuführen kann, und daß ein Ladegerät-Regler elektrisch mit jeder der Batteriezellen verbunden und derart betreibbar ist, daß er eine der Zellen mit dem Ladegerät aufgrund einer vorbestimmten Abnahme der "Ladung in dieser einen Zelle verbindet.
5. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das Ladegerät einen Konstantspannungstransformator mit einer entkoppelten Sekundärwicklung und einen Vollweg-Brückengleichrichter enthält, der zwischen die Sekundärwicklung und den Ladegerät-Regler geschaltet ist -und der Zelle beim Einschalten des Ladegerät-Reglers pulsierenden Gleichstrom zuführt.
6. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r^ c h gekennzeichnet, daß der Ladegerät-Regler ein druckempfindlicher Schalter ist und mit der Zelle verbunden ist und auf den Druck in der Zelle anspricht und das Ladegerät mit der Zelle verbindet, wenn der Druck in der Zelle einen vorbestimmten Wert unterschreitet, und das Ladegerät von der Zelle trennt, wenn der Druck einen zweiten vor- bestimmten Wert überschreitet.
7. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 für veränderbare elektrische Lasten, gekennzeichnet durch tint «rat· sufladbare Batterie-Zelle in Parallelschaltung mit einer eraten elektrischen Last, ein erstes ·■ Zellen-Ladegerät, einen ersten Begier in Reihenschaltung

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mit der ersten^Batterie^MlIe ^;ünd i

Ladegerät, ^:efnd derartige Betreibfoarkei¹* i^i^eeü*ö^en* ^ Regle3?sV^edöß^er- das ^iste^Zetlien^Iiöiegeiä^mttitei - ^ ersten.Batterie-Belie und der ereten-Lastoaufgründe ei-·-

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ist, daß er das zweite Zellen-Ladegerät mit der zweiten
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und daß ein Zeitglied auf einen Ausfall der Stromquelle anspricht und derart betreibbar ist, daß es mindestens eine der elektrischen Lasten eine vorbestimmte Zeit nach dem Ausfall der Stromquelle von den Batterit-Zellen trennt und den Stromfluß aus den Batterie-Zellen zu den anderen elektrischen Lasten aufrechterhält.
9. Stromversorgungseinrichtung nach ein©© des vorhergehenden Ansprüche, da d u r cn ge k e η η ζ « i c h η β t_s IaS die aufladbaren Zellen gesinterte Nickel-Kadmium-Platten enthalten. ' . .

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