DE19616542C2 - Vorrichtung zum Überwachen eines Batterieblockes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen eines einzelnen Batterieblockes einer aus mehreren Blöcken aufgebauten Batterie.

Batterien, die aus mehreren, beispielsweise bis zu 30 einzelnen Batterieblöcken ausgebaut sind, kommen insbesonde­ re bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen zum Einsatz, bei denen beim Ausfall der Netzversorgung die Stromversor­ gung von einer Notstromanlage mit der Batterie als Strom­ quelle übernommen wird.

Um eine zuverlässige Funktion im Bedarfsfall sicherzu­ stellen, d. h. insbesondere sicherzustellen, daß die Batterie die geforderte Spannung liefert, müssen regelmäßige Funk­ tionsprüfungen durchgeführt werden, bei denen alle einzelnen Batterieblöcke der Batterie von derartigen unterbrechungs­ freien Stromversorgungsanlagen durchgemessen werden müssen, um festzustellen, ob jeder einzelne Batterieblock die von ihm geforderte Spannung liefert. Ein fehlerhafter Batterie­ block wird durch Einkreisen des Fehlerortes lokalisiert, was mit hohem Zeitaufwand verbunden ist. Da das Durchmessen der Batterie ohne Last nur die Leerlaufspannungen erfaßt, ist darüber hinaus eine künstliche Last vorzusehen, was den Aufwand weiter erhöht. Schließlich ist bei diesem üblichen Verfahren auch nur der momentane Zustand der Batterie erfaß­ bar, Batterieblöcke, deren Spannung Schwankungen ausgesetzt ist, d. h. deren Spannung kurzzeitig bereits die untere Gren­ ze des Sollspannungsbereiches unterschritten hat, sich da­ nach aber wieder erholt hat, können nicht festgestellt wer­ den. Es ist somit in dieser Weise nicht mit hoher Zuverläs­ sigkeit sicherzustellen, daß im Bedarfsfall die Batterie die Leistung bringt, die von ihr gefordert wird.

Aus der DE 44 08 740 C1 ist eine Schaltungsanordnung zur Überprüfung einer mehrzelligen Batterie mit wenigstens einer Meßschaltung an jeder Zelle zur Messung veränderlicher physikalischer oder chemischer Meßgrößen wie Spannung und Temperatur mit Hilfe entsprechender Meßfühler bekannt. Diese bekannte Schaltungsanordnung ist zur Auswertung und Anzeige der Meßwerte mit einer mit der zugehörigen Meßschaltung integrierten Auswerteschaltung in Form eines Mikrocontrol­ lers versehen, die allerdings eine zusätzliche Stromversor­ gung benötigt, was einen erheblichen Aufwand darstellt und weitere Fehlerquellen schafft.

Aus der DE 38 42 883 A1 ist weiterhin eine Schutzschal­ tung für eine aus mehreren Beleuchtungselementen bestehende elektrischen Beleuchtungseinrichtung bekannt, die auf Über- und Unterstrom anspricht und die Stromzufuhr unterbricht, wenn der Strom über einen oberen Grenzwert ansteigt oder unter einen unteren Grenzwert abfällt. Eine derartige Schutzschaltung eignet sich nicht als Überwachung eines einzelnen Batterieblocks einer aus mehreren Blöcken aufge­ bauten Batterie, da sie beim Auftreten einer Fehlfunktion die gesamte Batterie abschalten würde, so daß diese ihre Funktion als Notstromanlage nicht mehr erfüllen könnte.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine meßtechnische Überwachung der einzel­ nen Batterie möglich ist und die ohne eine zusätzliche Stromversorgung auskommt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Aus­ bildung gelöst, die im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltun­ gen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an jedem Batte­ rieblock jeweils einer Batterie vorgesehen, so daß jeder Batterieblock permanent überwacht werden kann. Sollte an einem Batterieblock die Spannung den unteren Grenzwert des Sollspannungsbereiches unterschreiten, so tritt an der er­ findungsgemäßen Vorrichtung eine dauerhafte Fehlermeldung auf, die auch dann bestehen bleibt, wenn sich die Spannung dieses potentiell defekten Batterieblockes wieder erholen soll. Durch eine optische Überprüfung ist es dann ohne wei­ teres möglich, auch bei großen Batterien mit einer Vielzahl von zusammengeschalteten Batterieblöcken defekte Blöcke sofort zu erkennen und rechtzeitig auszutauschen. Das führt zu einer erheblich erhöhten Betriebssicherheit einer unter­ brechungsfreien Stromversorgungsanlage, die mit einer aus mehreren Blöcken bestehenden Batterie ausgerüstet ist, deren Blöcke in dieser Weise überwacht werden.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Ausführungs­ beispiels,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Anschlußklem­ me des Ausführungsbeispiels und

Fig. 3 das Schaltbild der Schaltungsanordnung des Aus­ führungsbeispiels.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht die Vorrich­ tung zum Überwachen eines Batterieblockes einer aus mehreren Blöcken aufgebauten Batterie aus einem Kasten 1, an dem außen eine optische Anzeige 2, beispielsweise eine Leucht­ diodenanzeige, sowie ein Tastschalter 3 vorgesehen sind, die Bauteile einer internen Schaltungsanordnung sind, deren Schaltbild in Fig. 3 im einzelnen dargestellt ist. Aus dem Kasten 1 führen Anschlußleitungen 4 heraus, mit denen die interne Schaltungsanordnung mit den Polklemmen eines Batte­ rieblockes verbindbar sind. Die Anschlußleitungen 4 haben vorzugsweise Anschlußklemmen 5 der in Fig. 2 dargestellten Art, die so ausgebildet sind, daß sie auf die Polklemmen eines Batterieblockes passen. Da die Polklemmen eines Batte­ rieblockes in der Regel in Form eines Sechskantschraubenkop­ fes ausgebildet sind, haben die Anschlußklemmen 5 vorzugs­ weise einen kappenartigen Aufbau in Form eines Schraubenkop­ fes, mit dem sie auf die Polklemmen des Batterieblockes ge­ preßt werden können. Die Verbindung zwischen den schrauben­ kopfförmigen Anschlußklemmen 5 und den Anschlußleitungen 4 kann über Kabelschuhe erfolgen.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist die interne Schaltungsanordnung so ausgebildet, daß sie ihren Schal­ tungszustand ändert, wenn die Spannung über den Polklemmen des angeschlossenen Batterieblockes unter den unteren Grenz­ wert des Sollspannungsbereiches fällt.

Dazu ist ein Relais vorgesehen, dessen Relaisspule K1 in einem Stromversorgungskreis zwischen den Anschlüssen an die Polklemmen des Batterieblockes liegt. In diesem Strom­ versorgungskreis befindet sich der Tastschalter T1. Der Kontakt K1.1 des Relais legt in seinen beiden Stellungen je­ weils eine von zwei Leuchtdioden D1, die in verschiedenen Farben, beispielsweise in rot und in grün leuchten, an Span­ nung. Im Stromversorgungskreis der Relaisspule K1 liegt wei­ terhin eine Z-Diode D2, die bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes des Sollspannungsbereiches des Batterieblockes sperrt.

Die oben beschriebene Vorrichtung mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung arbeitet in der folgenden Weise:

Die Vorrichtung wird mit den Polklemmen des Batterie­ blockes verbunden, was beispielsweise dadurch erfolgen kann, daß sie am Block befestigt und mit den beiden Leitungen 4 an die Polklemmen angeschlossen wird. Dabei ist der Tastschal­ ter T1 geöffnet, er sollte bei der Verpolung nicht betätigt werden, um eine Beschädigung der Vorrichtung zu vermeiden. Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ist so aufge­ baut, daß nach dem Anklemmen an den Batterieblock die Leuchtdiode D1 in einer Farbe, beispielsweise in rot auf­ leuchtet. Wenn der Tastschalter T1 geschlossen wird, zieht das Relais an, so daß der Kontakt K1.1 umschaltet und die Leuchtdiode D1 in der anderen Farbe, nämlich grün aufleuch­ tet. Dieser Zustand wird über den Selbsthaltekreis aus der Z-Diode D2, der Relaisspule K1 und dem Kontakt K1.1 beibe­ halten.

Das Aufleuchten der Leuchtdiode D1 in grün besagt, daß die Überwachungsvorrichtung betriebsbereit ist, ein weiteres Aufleuchten der Leuchtdiode D1 in grün bedeutet, daß die Spannung des angeschlossenen Batterieblockes im Sollspan­ nungsbereich, beispielsweise zwischen 3,2 und 4,5 V bei einem 4 V Batterieblock, zwischen 4,8 und 6,7 V bei einem 6 V Batte­ rieblock und zwischen 9,6 und 13,5 V bei einem 12 V Batterie­ block liegt.

Wenn die untere Grenzspannung des Betriebsspannungs­ bereiches des betreffenden Batterieblockes unterschritten wird, sperrt die Z-Diode D2, wodurch die Stromversorgung der Relaisspule K1 unterbrochen wird und das Relais abfällt. Der Relaiskontakt K1.1 schaltet um, so daß die Leuchtdiode D1 in rot aufleuchtet. In dieser Weise wird signalisiert, daß der betreffende Batterieblock fehlerhaft ist.

Der Kontakt K1.1 des Relais ist als Selbsthaltekontakt geschaltet, der seinen Schaltungszustand beibehält, auch wenn die Spannung über den Polklemmen des Batterieblockes wieder ansteigen sollte und die Z-Diode D2 wieder durch­ schalten sollte. Der Kontakt K1.1 kann nur durch ein Betäti­ gen des Tastschalters T1 rückgesetzt werden.

In der obigen Weise kann somit auch bei einer Zusammen­ schaltung von vielen Batterieblöcken mit einem Blick eine Aussage über den Zustand jedes einzelnen Batterieblockes getroffen werden. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß ein einmaliges Unterschreiten des unteren Grenzwertes des Betriebsspannungsbereiches eines Batterieblockes sozusagen gespeichert wird, so daß ein derartiger defekter Batterie­ block auch dann noch erkannt werden kann, wenn sich seine Spannung nach einer Wiederaufladung erholt hat.

Ein als fehlerhaft erkannter Batterieblock kann jeder­ zeit ausgetauscht werden, die Überwachungsvorrichtung kann dann an dem neuen Batterieblock wieder angebracht werden.

Im obigen wurde eine Ausführungsform beschrieben, mit dem bestehende Batterien nachgerüstet werden können. Es ist aber gleichfalls möglich, die Schaltungsanordnung von Fig. 3 mit dem Tastschalter 3 und dem Anzeigeelement 2 in jedem Batterieblock einer aus mehreren Blöcken aufgebauten Batte­ rie integriert vorzusehen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Überwachen eines einzelnen Batterieblocks einer aus mehreren Blöcken aufgebauten Batterie, gekenn­ zeichnet durch eine mit Anschlußklemmen für die Anschlüsse des Batterieblocks versehene Schaltungsanordnung aus einem Selbsthalteschaltkreis, in dem ein Schaltglied (D2) liegt, das bei einem Abfall der Spannung über den Anschlüssen des Batterieblocks unter den unteren Grenzwert des Sollspann­ ungsbereiches sperrt, und aus Anzeigeelementen (D1), deren Anzeigezustand über den Selbsthalteschaltkreis gesteuert ist und die beim Sperren des Schaltgliedes (D2) eine Fehlermel­ dung geben, derart, daß dieser Zustand der Schaltungsanord­ nung auch dann beibehalten wird, wenn die Spannung über den Anschlüssen des Batterieblocks wieder über den unteren Grenzwert des Sollspannungsbereiches ansteigt und das Schaltglied (D2) wieder durchschaltet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (D2) eine Z-Diode ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzeigeelemente (D1) verschiedenfarbige Leuchtdiodenelemente sind, die in Abhängigkeit vom Schal­ tungszustand des Selbsthalteschaltkreises wechselweise auf­ leuchten.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlußklemmen kappenartig ausgebildet sind und auf die Polklemmen von Batterieblöcken gepreßt werden können.