DE2010597A1 - Automatische Batterieschalteranordnung - Google Patents

Description

'Union Carbide Corporation, New York, N.Y. 10017 /USA

Automatische Batteriesehalteranordnung

Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung und insbesondere eine Anordnung zum automatischen Abschalten einer Arbeitsbatterie und Anschalten einer Reservebatterie, wenn die Arbeitsbatterie unter eine vorbestimmte Arbeitsspannung fällt.,

Die Erfindung ist insbesondere nützlich in Verbindung mit Luftzellenbatterien, die in großer Zahl für Eisenbahn- und Notbeleuchtungen verwendet werden. Bei beiden Benutzungsgebieten ist es üblich, periodische Inspektionen zur Prüfung der Batterieabnutzung durchzuführen, indem das spezifische Gewicht des Elektrolyten gemessen wird. Obgleich dies nach Augenmaß grob aber manchmal doch noch genügend genau für viele Notbeleuchtungsbatterien ausgeführt werden kann, ist ein Hydrometertest des .spezifischen Gewichtes des Batterieelektrolyten genauer für die Bestimmung der Batterieabnutzung und wird im allgemeinen von der Eisenbahnindustrie gefordert· Dies ist sehr zeitraubend und erfordert derzeit unvermeidliche Mehrkosten. Darüber hinaus müssen die Intervalle zwischen den Inspektionen zur Bestimmung der Batterieabnutzung kurz sein, um ein völliges Ausfallen der von der Batterie betriebenen Anlage zu verhindern; es ist wichtig, daß der Austausch der Batterie vorgenommen wird, bevor sie unter den notwendigen Spannungspegel fällt.

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Es ist Gegenstand der Erfindung die Schaffung einer Anordnung zur Benutzung mit einer Arbeitsbatterie und einer Reservebatterie, wobei die Arbeitsbatterie automatisch abgeschaltet und die Reservebatterie automatisch angeschaltet wird, wenn die Spannung der Arbeitsbatterie unter einen vorbestimmten Pegel fällt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer automatischen Batterieschaltanordnung, die eine Anzeigeeinrichtung zur sichtbaren Bestimmung aufweist, ob die Arbeitsbatterie oder die Reservebatterie die Last versagt.

Ein weiterer Gegenstand ist die Schaffung einer automatischen Batterieschalteranordnung, die billig, einfach im Betrieb und wartungsfrei ist und sehr wenig Betriebsstrom benötigt im Vergleich zu üblichen elektrischen Relais.

Nach der Erfindung ist die automatische Schalteranordnung für den Anschluß an eine Arbeits- und eine Reservebatterie vorgesehen. Die Anordnung enthält eine erste Schaltereinrichtung, wie beispielsweise einen Transistor, der elektrisch in Reihe zwischen die Arbeitsbatterie und die Last geschaltet ist, wobei diese Einrichtung normalerweise geschlossen oder "angeschaltet" ist. Eine zweite Schalteranordnung, wie beispielsweise ebenfalls ein Transistor, der elektrisch in Reihe zwischen die Reservebatterie und die Last geschaltet ist, ist ebenfalls vorhanden, die normalerweise offen oder "abgeschalter" ist. Darüber hinaus enthält die Anordnung eine Steuereinrichtung, die auf die Spannung an der Arbeitsbatterie zur Öffnung der ersten Schaltereinrichtung und zum Schließen der zweiten Schaltereinrichtung anspricht.

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Die einzige Zeichnung stellt ein Sehaltdiagramm der Schalteranordnung nach der Erfindung dar.

Die Schalteranordnung 10 einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist mit einer Arbeitsbatterie WB und einer Reservebatterie SB verbunden. Die Anordnung enthält eine erste Transistorschaltereinrichtung Q1 mit einem Emitter H, einer Basis 16 und einem Kollektor 18, sowie eine zweite Transistorschaltereinrichtung Q2 mit einem Emitter 15» einer Basis 17 und einem Kollektor 19.

Der erste Transistor Qt und der zweite Transistor Q2 sind . jeweils zwischen die Arbeitebatterie bzw. die Reservebatterie und eine Last L geschaltet, wobei die Kollektoren 18 und 19 jeweils in Reihe mit einem elektrischen Stromanzeiger 20 verbunden sind· Die Anordnung enthält ferner eine Steuereinrichtung 30, die auf die Spannung der Arbeitsbatterie derart anspricht, daß, wenn diese unter einen vorbestimmten Wert fällt, der zweite Transistor Q2, welcher normalerweise offen, d.h. "abgeschaltet" ist, geschlossen, d.h. in Sättigung gebracht wird, während der erste Transistor Q1, welcher normalerweise geschlossen, d.h. in Sättigung ist, geöffnet, d.h. "ausgeschaltet" wird, wodurch die Reservebatterie an und die Arbeitsbatterie abgeschaltet wird.

Die Steuereinrichtung kann vorzugsweise ein dritter Transistor Q3 sein, dessen Basis 26 an den Emitter H des ersten Transistors Q1 und dessen Kollektor 28 mit der Basis 16 verbunden ist, und ein vierter Transistor Q4, dessen Basis 27 mit dem Emitter 15 des zweiten Transistors Q2 und dessen Kollektor 29

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mit der Basis 17 verbunden ist. Die Emitter 24 und 25 der jeweiligen Transistoren Q3 und Q4 sind jeweils zusammen über einen gemeinsamen Widerstand 40 mit einem Anschluß der Reserve· und/Arbeitsbatterie verbunden.

Vorzugsweise ist ein Spannungsteilernetzwerk 41 zwischen dem Transistor Q4 und der Reservebatterie vorgesehen, um die Basis 27 wahlweise vorzuspannen und dadurch zu verhindern, daß Strom von der Reservebatterie zu der Last fließt, während die Arbeitsbatterie in Betrieb ist.

Im Betrieb liegt die Arbeitsbatterie WB im wesentlichen über der Last, da der Transistor Q1 sich in Sättigung befindet. Während der Zeitperiode, in der die Arbeitsbatterie Strom an die Last liefert, ist der Transistor Q2 abgeschaltet. Die Spannung V2 über dem Widerstand 40 ist zu diesem Zeitpunkt größer als die Spannung V1, die von dem Spannungsteilernetzwerk 41 gebildet wird, wodurch der Transistor Q4 außer Betrieb geschaltet oder umgekehrt vorgespannt ist. Wenn jedoch die Arbeitsbatteriespannung auf einen vorbestimmten Pegel abfällt, wird die Spannung V2 über dem Widerstand 40 kleiner als die Spannung V1, so daß die Betriebszustände der Transistoren Q4 und Q3 umgekehrt werden. Der Transistor Q4 schaltet von seinem normalen umgekehrt vorgespannten Zustand in einen vorwärts vorgespannten Zustand, was wiederum den vorgespannten Transistor Q3 umkehrt. Der Strom kann jetzt von dem positiven Anschluß der Reservebatterie SB über den Emitter 15 zu der Basis 17 des Transistors Q2 fließen, durch den Kollektor 29 zu dem Emitter 25 des Transistors Q4, durch den Widerstand 40 und zurück zu dem negativen Anschluß der Reservebatterie; dieser Strom hat eine genügende Größe,um

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den Transistor Q2 zu sättigen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Reservebatterie SB im wesentlichen über die Last geschaltet, während sich die Arbeitsbatterie WB außer Betrieb befindet, da der Transistor Q3, der nun umgekehrt vorgespannt ist, einen Stromfluß durch den Transistor Q1 verhindert, was ein Abschalten des Transistors Q1 bewirkt.

Die Meßeinrichtung 20 spricht auf einen Stromfluß in den beiden Armen 32 oder 33 an, je nachdem welche Batterie die Last versorgt. Wenn eine Überwachungsperson das Anzeigegerät sieht, welches auf einen Reservebatteriebetrieb hinweist, so weiß diese, daß es Zeit ist, die Arbeitsbatterie durch eine neue auszutauschen.

Während die Erfindung in Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten besonderen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist klar, daß gewisse Veränderungen an dieser Schaltung vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So benutzt man beispielsweise bevorzugt ein Spannungsteilernetzwerk, wie es zuvor beschrieben wurde, dieses kann jedoch auch weggelassen werden, wenn die Transistoren, die der Arbeitsbatterie zugeordnet sind, andere Eigenschaften haben, als die Transistoren, die der Reservebatterie zugehörenj es können beispielsweise Germaniumtransistoren der Arbeitsbatterie zugeordnet sein, während Siliziumtransistoren zu der Reservebatterie gehören, da deren Spannungspegelerfordernisse verschieden sind.

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Claims (4)

1. - 6 Patentansprüche

   ehalt er anordnung zur automatischen Umschaltung einei' Arbeitsbatterie und einer Reservebatterie zur Versorgung einer Last, gekennzeichnet durch eine erste Schaltereinrichtung, die in Reihe zwischen die Arbeitsbatterie und die Last geschaltet und die normalerweise geschlossen ist, eine zweite Schaltereinrichtung, die elektrisch in Reihe zwischen die Reservebatterie und die Last geschaltet und normalerweise offen ist, und eine Steuereinrichtung, die auf die Spannung über der Arbeitsbatterie anspricht, um die erste Schaltereinrichtung zu öffnen und die zweite Schaltereinrichtung zu schließen, wenn die Spannung über der Arbeitsbatterie unter einen vorbestimmten Pegel fällt.
2. 2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltereinrichtung einen ersten Transistor enthält, der zwischen die Arbeitsbatterie und die Last geschaltet und normalerweise durchgängig ist, und daß die zweite Schaltereinrichtung einen zweiten Transistor enthält, der zwischen die Reservebatterie und die Last geschaltet und normalerweise gesperrt ist.
3. 3. Schalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen dritten Transistor enthält, dessen Basis mit dem Emitter des ersten Transistors und dessen Kollektor mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, sowie einen vierten Transistor, dessen Basis mit dem Emitter des zweiten Transistors und dessen Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, wobei

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   die Emitter des dritten und vierten Transistors zusammen über einen gemeinsamen Widerstand mit einem Anschluß der Batterien verbunden sind.
4. 4. Schalteranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Spannungsteilernetzwerk, welches zwischen die Reservebatterie und den vierten Transistor geschaltet ist.

   5· Schalteranordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine elektrische Anzeigeeinrichtung, die zwischen die Last und jeweils den ersten und zweiten Transistor geschaltet ist, um anzuzeigen, 6b die Arbeitsbatterie oder die Reservebatterie die Last versorgt·

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