DE2106701A1 - Verfahren und Einrichtung zur An wendung von Akkumulatorenbatterien, ins besondere Batterien fur Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

DR. ING. E. HOFFMANN DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Societe Nationale Industrielle Aerospatiale, Paris, Frankreich

VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR ANWENDUNG VON AKKUMULATORENBATTERIEN, INSBESONDERE BATTERIEN FÜR LUFTFAHRZEUGE.

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren a und eine Vorrichtung zur Sicherstellung der Ladung von Akkumulatorenbatterien und deren Entladung in einem Verbraucherstromkreis, und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf eine Nickel-Cadmium-Batterie.

Es ist bekannt, daß die Akkumulatorenbatterien gewöhnlich als Puffer in einem Verbrauchernetz angeordnet sind, das von einer

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Gleichstromquelle wie einem Generator oder von einer mit einem Gleichrichter verbundenen Viechseistromquelle gespeist wird. Will man nun für das Gewicht, die Kapazität (in A/h) und die Möglichkeiten für momentane Entladung (in A) Optimalwerte für eine Akkumulatorenbatterie erzielen, so erhält man, besonders bei Cadmium-Nickel-Akkumulatoren, Batterien, die auf die Ladestromstärke und überbelastung sehr empfindlich reagieren, die man gewöhnlich zur Belastung der Batterien herangezogen hat.

Tatsächlich können die elektrischen Eigenschaften einer Akkumulatorenbatterie durch Verwendung dünner Platten mit großer Oberfläche verbessert werden, die sehr eng zueinander angeordnet sind. Die gleiche Wirkung erzielt man auch mit sehr dünnen Trennwänden, die mit den Platten in Kontakt stehen, zwischen denen sie angeordnet sind, und die so gebaut sind, daß zwischen den Platten, und praktisch in den Trennwänden selbst, da diese schwammig sind, eine kleine Menge eines Elektrolyten eingeschlossen ist. Dieser Elektrolyt kann nur sehr schwer durch Zusatz eines Reservestoffes erneuert werden, da dieser leicht aufgrund der Schwierigkeit, mit der die Flüssigkeit zwischen die Platten eindringen kann, schwindet.

Aus diesem Grund sind die Elektrolytreserven der Batterien sehr klein, besonders bei Cadmium-Nickel-Batterien. Bei den letzteren ist zudem die Menge des Elektrolyten eine Funktion des jeweiligen Ladungszustandes der Batterie.

Ein teilweises Schwinden von Wasser aus dem Elektrolyten resultiert aus seiner Verdunstung wie auch aus der elektrolytischen Dissoziation bei Ende der Ladung und bei überbelastung. Dieser Schwund wird durch die Erwärmung der Batterie beschleunigt, die aus dem Joule'sehen Effekt, aus der bei Ladung oder

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Entladung der Batterie je nach Bauart auftretenden chemischen exothermischen Reaktion, oder aus dem Ansteigen der umgebenden Temperatur resultiert.

Diese Erscheinungen, die von dem zur Ladung der Batterie verwendeten Mittel unabhängig sind und unvermeidlich auftreten, wenn die Batterie laufend an ein Ladungsgerät oder ein Lade- und Verbrauchernetz angeschlossen ist (Pufferbatterie), werden noch verstärkt, wenn mittels Wellenstromquellen aufgeladen wird. Tatsächlich kann gegen Ende der Batterieaufladung \ und bei Ansteigen der Spannung, diese Spannung bei jedem Minimum der Ladespannung auf einen Wert ansteigen, der höher
liegt als die Ausgangsspannung, so daß sich die Batterie an
Stromspeisepunkten über das Netz entlädt und es unmöglich wird, eine volle Ladung der Batterie zu erzielen.

Es ist bekannt, die Akkumulatoren bei konstantem Strom oder
bei konstanter Spannung aufzuladen.

Für den Fall, daß bei Gleichstrom aufgeladen wird, wurde schon der Vorschlag gemacht, die vom Konstrukteur bestimmte Ladestromstärke in Form von aufeinanderfolgenden Ladungsstufen λ wieder herzustellen. Das Ende jeder Stufe, beispielsweise der Stufe 3, könnte durch die Spannung der Batterie bestimmt und durch, ihre Temperatur korrigiert werden. Die letzte Stufe wird während der ganzen Zeit, in der die Batterie unter Netzspannung steht, aufrechterhalten, was die geladene Batterie einer permanenten Oberbelastung unterwirft.

Diese Methode erschwert unnötigerweise die Ladestromstärke,
da zu Beginn der Aufladung die Stromstärke praktisch keine
Rolle spielt, jedoch ist vor allem diese Ladestromstärke für

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die Konservierung der Batterie sehr nachteilig, da sie den Elektrolyten bei Beendigung der Aufladung systematisch dissoziiert.

Ähnliche nachteilige Wirkungen treten bei der Ladestromstärke unter konstanter Spannung auf. Um eine überbelastung zu vermeiden, kann diese jedoch genau bestimmt werden. Jedoch steigt hierauf die Belastung nur sehr langsam an und man erreicht nur sehr schwer .eine ausreichende gleichbleibende Belastung.

Es wurde weiterhin der Vorschlag gemacht, die Batterien bei konstanter Spannung durch kurze Stromstöße aufzuladen. Bei Ladegeräten, wie sie schon bei Luftfahrzeugen verwendet werden, wird daher die Batterie zwischen vorgegebenen Spannungen gehalten. Jedoch pendelt sich die Spannung der Batterie nach Aufladung auf einen Wert ein, der unter dem nach Beendigung der Aufladung erhaltenen Spannungsniveau liegt, weshalb nach jeder Aufladungsperiode der Batterie systematisch eine ergänzende Aufladung zugeführt wird, der jedoch keine Entladung folgt. Eine derartige Einrichtung, die es ermöglicht, einen Zustand völliger Aufladung (100%) aufrechtzuerhalten, ruft eine systematische überbelastung und folglich einen Verlust an Elektrolytflüssigkeit hervor.

Im Hinblick auf die Aufrechterhaltung eines Zustandes völliger Ladung wurde auch vorgeschlagen, ähnliche elektrochemische Elemente mit kleiner Kapazität parallel zu der aufzuladenden Batterie zu schließen und die Spannungsunterschiede zwischen den beiden Elementen zu messen, um dementsprechend die Ladung zu regulieren.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, die Menge des Elektrolyten

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oder den Druck des dissoziierten und aus dem Elektrolyten entweichenden Gases als Ausgangspunkt für die Bestimmung der Beendigung der Aufladung zu nehmen.

Die Vorrichtungen dieser Art haben den offensichtlichen Nachteil, daß sie, da sie als Ausgangspunkt die elektrolytische Dissoziation selbst nehmen, es nicht ermöglichen, dieser entgegenzuwirken.

Jedoch sind bei all diesen bekannten Ladeverfahren bei konstantem Strom oder bei konstanter Spannung besondere Vorrichtungen mit einer eigenen Steuerung notwendig, da bei Verwendung einer Ladungsquelle für eine Akkumulatorenbatterie an Bord eines Fahrzeuges im allgemeinen, und im besonderen an Bord eines Luftfahrzeugs, der Generator, der über den Verbraucherstromkreis verzweigt ist, diesen für den normalen Bedarf speist, und die als Puffer angeordnete Batterie in aufgeladenem Zustand erhält. Diese Batterie wird geladen, um die Anläßvorgänge des Fahrzeugs und die Stromversorgung unter außergewöhnlichen Umständen, die im allgemeinen nur von kurzer Dauer sind, sicherzustellen. J

In diesem Fall kann nach Aufladung des Netzes die Spannung an den Batterie-klemmen bedeutenden Schwankungen unterworfen sein und eine Steuerung der Aufladung, wie es die Aufgabe der Batterie ist, kann nur schwer durchgeführt werden, während die Pufferanordnung der Batterie über eine längere Zeitdauer hinweg diese Verhältnissen wie bei überbelastung unterwirft.

Ziel der Erfindung ist es, die Dissoziierung des Batterieelektrol^yten zum größten Teil zu vermeiden, wobei die Batterie schnell wieder aufgeladen und in einem Zustand ausreichender Ladung gehalten wird, so daß eine normale Verwendung der

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Batterie ermöglicht wird und die Einsatzzeiten zur Wiederherstellung des Elektrolytniveaus auf einen Maximalwert auszudehnen.

Die Erfindung beruht auf der folgenden Beobachtung, die eine statistische Untersuchung von Batterien bestätigt: es besteht eine Wechselbeziehung zwischen dem Ladungszustand einer Batterie und der Gefahr der Dissoziation des Elektrolyten einerseits und dem Strom und der Ladungszeit andererseits.

Mit anderen Worten, die beiden Hauptparameter, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der Vorrichtung eine Rolle spielen und die die Arbeitsweise steuern, sind die Stärke des Ladestroms der Batterie bzw. die Ladezeit. Es liegt auf der Hand, daß die Gefahr der Dissoziation des Elektrolyten umso größer ist, je größer die Stärke des Ladestroms und je länger die Ladezeit ist.

Das Verfahren zur Anwendung einer Akkumulatorenbatterie in einem Gleichstromnetz mit einer Ladestromquelle, die normalerweise den Anforderungen dieses Netzes genügt und groß genug ist, um die Batterie aufzuladen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie über einen Relaisschalter mit dem Netz verbunden ist, der in geschlossener Stellung zumindest teilweise von einem durch die Spannung des Netzes bestimmten Abfall der Normalspannung der Batterie, und zum andern durch einen Abfall der Leerspannung der Batterie von ihrer Nominalspannung gesteuert wird, und im letzteren Fall durch ein Zeitwerk, das nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne den Ladestrom unterbricht, um die Ladeenergie so zu begrenzen, daß die Ladung der Batterie niemals 95% ihrer nominalen Kapazität überschreitet.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Anfangsladezeit sehr kurz gehalten (beispielsweise einige Minuten) , um dem Ladungszustand der Batterie und dem Zustand ihres Elektrolyten Rechnung zu tragen, während die Stärke des Ladestromes gemessen wird, zumindest zu Ende dieser Periode, und je nach dem Wert dieser Stromstärke wird die erste Periode verlängert, wenn die Stromstärke relativ schwach ist, bis dieser Stromstärkewert auf einen vorgegebenen niederen Wert abgefallen ist, oder, wenn die Stromstärke relativ groß ist, wird die Ladungszeit neu festgesetzt, wobei die Zeit nach Ablauf dieser Zeitspanne eventuell wieder geändert wird, nachdem man den bestimmten Wert erhalten hat.

Ist nun zu Ende der ersten Ladungsperiode, die der Batterie eine gewisse Energie zuführt, die Stromstärke niedrig, so bedeutet das, daß die Batterie schon einen genügend hohen Ladungsstand erreicht hat oder daß der Zustand ihres Elektrolyten (in bezug auf Menge oder Temperatur beispielsweise) die Elektri zitätsmenge beschränkt, die die Batterie noch aufnehmen könnte.

Ist im Gegensatz dazu zu Ende dieser Periode die Stromstärke sehr groß, so zeigt das einen Zustand starker Entladung der Batterie und eine gute Leitfähigkeit des Elektrolyten an, der es ermöglicht, daß diese Batterie ohne Oberbelastung noch weitere Energie aufnehmen kann.

Es kann für die Stromstärke ein gemeinsamer Ausgangspunkt gewählt werden, um zu Ende jeder Ladungsperiode aus der zeitlichen Verlängerung dieser Ladung her die Werte festzulegen, bei denen die Ladung beendet wird, die voraussetzungsgemaß unter dem Wert des Ausgangspunktes liegen und die im gleichen Maß steigen wie die Ladungszeit verlängert wird, um auf diese Weise jede Gefahr einer überbelastung schließlich auszuschalten

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Somit ermüdet die Batterie, je langer aufgeladen wird, urö in gleicher Weise nimmt auch ihr Widerstand weniger zu.

Außerdem wird vorzugsweise aus Sicherheitsgründen der Ladevorgang jedesmal beeinträchtigt, wenn der Relaisschalter geschlossen wurde, es sei, weil die Netzspannung niedrig ist, sei es aus einem anderen Grund, d.h. jedesmal wenn die Energie, nachdem sie von der Batterie abgegeben wurde, vom Netz aufgenommen wird oder werden kann.

Ebenso wird aus Sicherheitsgründen der Ladevorgang systematisch unterbrochen, wenn er lange genug gelaufen ist, beispielsweise 60 Minuten. Zudem wird aus dem gleichen Grund Alarm ausgelöst, wenn während einer Ladungsperiode der Ladestrom laufend ansteigt, selbst wenn das nur während eines sehr kurzen Zeitraumes, wie beispielsweise 2 Minuten, geschieht.

Zudem kann auch der Relaisschalter systematisch jedesmal geschlossen werden, wenn ein für die Sicherheit, des Fahrzeugs wichtiger Mechanismus über das Netz angeschaltet wird, beispielsweise bei Luftfahrzeugen bei Anschluß der automatischen Landeeinrichtung.

Eine Schaltanordnung, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Schließsignal vom Relaisschalter an einem ODER-Gatter abgenommen wird, das ein erstes Signal aufnimmt, das aus einem Vergleichskreis mit Netzspannung und mit einer Vergleichsspannung kommt, und ein zweites Signal, das in gleicher Weise von einem Vergleichskreis mit Leerspannung der Batterie und einer Vergleichsspannung kommt, wobei das Öffnungssignal des Relaisschalters einem elektronischen Zeitwerk untergeordnet

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ist, der von einem Detektor für den Stromverlauf vom Netz zur Batterie ausgelöst wird, d.h. bei Beginn der Ladung der Batterie.

Vorzugsweise schaltet nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit (erste Periode) das elektronische Zeitwerk einen Schaltkreis zum Vergleich der Ladestromstärke mit einer VergleichsStromstärke ein, der zwei Zweige umfaßt, einen, der dann eingeschaltet ist, wenn die Ladestromstärke unter der VergleichsStromstärke liegt, wobei ein Unterbrechersignal vom Relaisschalter abgegeben wird, wenn die Stromstärke auf einen vorgegebenen Wert absinkt, und einen zweiten, der eingeschaltet wird, wenn die Ladestromstärke höher liegt als die Vergleichsstromstärke, wobei in diesem Fall der Ladestrom während einer zweiten Periode von dem elektronischen Taktgeber bestimmt wird.

Der zweite Zweig des Schaltkreises kann seinerseits wieder in gleicher Weise in zwei Zweige unterteilt werden und mit gleicher Reihenfolge, um somit auf die Batterie eine zusätzliche Ladung legen zu können, wenn die Ladestromstärke erhöht bleibt trotz Zufuhr einer gewissen Ladeenergie.

Jedoch werden schließlich die Zweige des Schaltkreises immer für die Abgabe eines Unterbrechersignals ausgerichtet, wenn die Stromstärke auf einen entsprechend gewählten niedrigeren Wert abfällt.

Im allgemeinen läßt sich eine Vergleichsstromstärke nur schwer zur Durchführung einer automatischen Steuerung heranziehen. Das trifft in ganz besonderem Maße für eine Anlage mit einer Akkumulatorenbatterie zu, bei der diese Stromstärke Tausende von Amperes erreichen kann: Die eingesetzte Energie verhindert eine Änderung der Spannung durch einen Widerstand.

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Es ist eine Eigenart der Erfindung, daß die von der Stromstärke abhängigen Informationen von den Ausgangsklemmen eines Detektors, der nach dem Hall'sehen Effekt erregt ist, abgenommen werden, einerseits durch einen konstanten Strom, andererseits durch das Feld einer mit einer Anschlußklemme der Batterie verbundenen Wicklung.

Es ist bekannt, daß ein Detektor nach dem Hall'sehen Effekt aus einer rechteckigen dünnen Halbleiterplatte besteht, an der vertikal das Feld einer Spule wirkt, das von der zu messenden Stromstärke gekreuzt wird und an zwei entgegengesetzten Seiten mit zwei Speiseelektroden über einen konstanten Strom verbunden ist, während an den beiden anderen Seiten zwei Ausgangselektroden angeordnet sind, die eine Spannung proportional zur genannten Stromstärke entstehen lassen.

Aus dem gleichen Grund ist der Relaisschalter, da die eingesetzten Stromstärken wichtig sind, vorzugsweise nicht elektronisch (Thyratron, Thyristor), sondern elektromagnetisch. In diesem Fall umfaßt zur Steuerung dieses Relaisschalters der Zuführkreis seiner Spule den in Serie geschalteten Öffnungskontakt (normalerweise geschlossen) eines Relais, das das Öffnungssignal empfängt, und den Arbeitskontakt (normalerweise offen) eines zweiten Relais, das das Schließsignal des Relaisschalters empfängt.

Da der Relaisschalter unter gewissen Umständen auf Befehl geschlossen ist, ist der Arbeitskontakt eines dritten Relais, das das Befehlssignal zur Schließung empfängt, parallel zu den beiden ersten in Reihe geschalteten Kontakten geschaltet.

Die verschiedenen Signale werden vorzugsweise von Logikkreisen abgegeben (im folgenden Flip-Flop-Schaltung genannt), die die

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Vergleichskreise eingreifen lassen. Die von den verschiedenen Flip-Flop-Schaltungen abgegebenen Signale werden in weiteren Logikkreisen zusammengefaßt, die vorzugsweise an ihrem Ausgang einen Speicher aufweisen, in dem die abgegebenen Signale so lange gespeichert werden, bis ein Löschsignal kommt.

Die Speicherkreise werden vorzugsweise von einem UND-Gatter und einem ODER-Gatter gebildet werden, wobei das ODER-Gatter außer dem Startsignal das Ausgangssignal des UND-Gatters em- | pfängt, das selbst wiederum an seinem Eingang das Ausgangssignal des ODER-Gatters empfängt und die Umkehrung eines Signals zur Unterdrückung des Ausgangssignals des ODER-Gatters.

Die beigefügten Zeichnung vermitteln ein besseres Verständnis für die Ausgestaltung der Erfindung. Es zeigen

Figur 1 das Schema eines Detektors nach dem Hall'sehen Effekt;

Figur 2 ein Diagramm für die verschiedenen Stufen der Stromstärke, auf denen die verschiedenen, im Logikkreis intervenierenden Signale abgegeben werden;

Figur 3 ein ähnliches Diagramm, das die Zeiten darstellt, zu denen die verschiedenen, vom Zeitwerk abgegebenen Signale ausgesandt werden;

Figur 4 die schematische Darstellung eines kompletten Arbeitskreises einer Batterie;

Figur 5 die schematische Darstellung eines Relaisschalters, der die Batterie mit dem Versorgungsnetz mit Gleichstrom verbindet; und

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Figur 6 die schematische Darstellung eines der Flip-Flop-Kreise,

Der in Figur 1 gezeigte Detektor besteht im wesentlichen aus einer rechteckigen dünnen Halbleiterplatte 1, an deren Seiten vier Elektroden angeordnet sind; zwei Speiseelektroden E. und E_ und zwei Meßelektroden S. und S₃. Wird eine solche Platte von einem Strom i gespeist/ und mit seiner großen Fläche in ein normales Induktionsfeld gebracht, das durch die Wicklung 2, die den Strom I kreuzt, hervorgerufen wird, werden die beiden Ausgangselektroden S₁ und S_ einem Potentialunterschied unterworfen, der "Hall'sehe Spannung" genannt wird und proportional ist dem Vektorprodukt des Steuerstroms und des magnetischen Feldes, d.h.

V„ = K.t.t.

rl

wobei K der Detektorkoeffizient ist.

Bei der vorliegenden Erfindung stellt I die Stärke des die Batterie durchfließenden Stromes dar und 1 ist konstant, wodurch man an den Ausgangselektroden S. und S₂ ein Signal erhält, das proportional ist der Stärke des die Batterie durchfließenden Stromes. Nach dem Speicher und um die Signale festzuhalten, bezieht man sich auf fünf Elemente mit gefritteten Platten, deren Batterie eine Nominalspannung von 27 Volt und eine Kapazität von 25 A/h pro Element beträgt, besonders bei Nickel-Cadmium-Batterien.

In diesem Fall hat das Gleichstromnetz eine Nominalspannung von 29 Volt.

Zu beachten ist, daß all diese numerischen Werte, wie auch die im folgenden gegebenen, keinen indikativen Charakter haben,

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sondern je nach Batterie und den jeweiligen Arbeitsbedingungen verändert werden können.

Um die Ladung je nach dem Zustand der Batterie auf einen Wert zu beschränken, der zwischen 75% und 95% der Nominalkapazität schwankt, womit die abträglichen Erscheinungen ausgeschaltet werden, die aus einer überbelastung resultieren, wie beispielsweise übermäßiger Verbrauch des Elektrolyten und zu starke Erwärmung, sollte man den im folgenden gegebenen Bedingungen ä entsprechen, die durch statistische Überlegungen gegeben sind, die bezüglich der technischen Charakteristika und vor allem der Ladungskurven solcher Batterien angestellt wurden:

Die Leerspannung der Batterie wird überwacht, wenn die Ladung unterbrochen wurde und der Ladevorgang wieder einsetzt, wenn diese Spannung einen Wert annimmt, der kleiner ist als einige Volt, beispielsweise 2, unter der Nominalspannung.

Die Spannung des Verbrauchernetzes wird überwacht, wenn die ■ Batterie vom Netz abgehängt und wieder daran angeschlossen ™ wird, da ein intensiver Stromstoß daraus resultiert und einen Spannungsabfall von beispielsweise 2 Volt während einer Zeit hervorruft, die höher liegt als einige Hundertstel Millisekunden.

Wenn nach einer Aufladezeit von 5 Minuten der Ladestrom noch unter 20 A liegt, wird die Ladung solange fortgesetzt, bis der Strom auf einen Wert von 5 A abfällt. In diesem Moment wird die Ladung unterbrochen.

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Wenn nach einer Aufladezeit von 5 Minuten der Ladestrom mehr als 20 A beträgt, wird die Aufladung fortgesetzt, wobei zwei Fälle auftreten:

Im ersten Fall erreicht der Ladestrom einen Wert von 20 A noch vor Ablauf einer Gesamtladezeit von 15 Minuten: die Aufladung wird nun unterbrochen.

Im zweiten Fall liegt der Ladestrom immer noch bei einem Wert über 20 A nach einer Gesamtladezeit von 15 Minuten: die Aufladung wird fortgesetzt, bis der Stromwert auf IO A abfällt.

Die Batterie wird auch dann wieder an das Verbrauchernetz aus Sicherheitsgründen angeschlossen, wenn die automatische Steuerung eingesetzt wird, besonders während automatisch gesteuerter Landevorgänge.

Nach einmaliger Verwendung der Batterie über das Verbrauchernetz setzt der Aufladevorgang automatisch wieder ein.

In jedem Fall, auch in Fall c), fällt der Ladestrom nicht auf einen Wert unter 5 A ab, oder im Fall d) (zweite Möglichkeit), wenn der Ladestrom nicht unter 10 A abfällt, muß die Batterie unbedingt vom Netz abgehängt werden, wenn dies nach 6O Minuten Ladezeit nötig sein sollte, ausgenommen es wird über die Batterie Energie abgenommen.

Wenn während einer Ladeperiode der Ladestrom für mehr als zwei Minuten ansteigend bleiben sollte, wird eine Alarmvorrichtung

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ausgelöst.

Im obengenannten Fall c) entspricht ein Ladestrom von 5 A
einem Ladezustand von etwa 85 bis 90% der Nominalkapazität
der Batterie bei normalen Temperaturbedingungen; wenn die Ladung um einen Wert unterbrochen wird, der höher ist als die
Stromstärke (Fall d), so ist der Ladezustand in der gleichen
Größenordnung, jedoch ist der höhere Stromwert bestimmend für eine Unterbrechung der Aufladung und eine Folge des ursprünglichen Zustandes der Batterie und ihrer Temperatur. \

Die in den Figuren 4 und 5 schematisch dargestellte Schaltung gestattet einen Betrieb unter allen Bedingungen, die für eine Verwendung jeder Akkumulatorenbatterie festgelegt wurden, und besonders für eine Batterie mit 27 V Nominalspannung in einem Netz von 29 V, mit den angegebenen numerischen Werten.

Im folgenden wird festgestellt, daß in der durch die Stromzuführungslinien 49, d.h. die quer zur Wicklung 2 laufenden
Zuführungen, schematisch dargestellten Verbindung der Batterie 4 mit dem Netz der Strom positiv ist (I > O), wenn der Batterie Energie zugeführt wird, und negativ, (I< 0), wenn die Bat- A terie dem Netz Energie zuführt.

Die in Figur 4 gezeigte Schaltung besteht aus:
1) einem ersten Komplex, der die Einrichtungen zur Messung
der Lade- und Entladeströme, der Leerspannung der Batterie,
der Ladezeit, der Stromstöße über das Verbrauchernetz und zur Verarbeitung der Funktionssignale dieser Messungen umfaßt, wobei die Signale als Informationen in den zweiten Komplex geleitet werden, d.h. in den logischen Komplex.
Dieser erste Komplex umfaßt in gleicher Weise die Einrichtun-

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gen zur manuellen Steuerung der Vorrichtung.

2) einem Komplex aus elektronischen Logikkomponenten, die die vom ersten Komplex abgegebenen Informationen vergleichen, um sie dann in öffnungs- und Schließsignale für den Relaisschalter in der Verbindung der Batterie mit dem Verbrauchernetz umzuwandeln.

3) einem elektronischen und elektromechanischen Relaisschalterkomplex zum öffnen und Schließen des Verbindungskreises Batterie-Verbrauchernetz, der in Figur 5 im Ausschnitt gezeigt ist.

Weiterhin wird im folgenden festgestellt, daß der erste Komplex teilweise im zweiten integriert ist. Dieser erste Komplex umfaßt die anschließend näher beschriebenen verschiedenen Elemente.

Wie schon anhand von Figur 1 gezeigt wurde, wird die Messung des Ladestromes und Entladestromes durch einen Hall'sehen Detektor sichergestellt, der zwischen der Klemme 39 (Spannung V+) und der Masse und durch das Verbringen in das durch die Wicklung 2 hervorgerufene magnetische Feld gespeist wird.

Der Detektor gibt zwischen der Masse und der Klemme 51 ein Signal ab, das proportional ist dem durch die Wicklung 2 fließenden Strom I. Dieses Signal wird durch die Gruppe 52 von Parallelverbindungen über eine Reihe von Flip-Flop-Schaltungen 5-11, d.h. über Vergleichsschaltungen und über das Abzweigmodul 60 geleitet.

Diese Flip-Flop-Schaltungen sind dazu bestimmt, ein Signal nicht weiterzuleiten, wenn der durch die Wicklung 2 fließende Strom I bestimmte vorgegebene Werte annimmt.

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Zu diesem Zweck betätigt jede Flip-Flop-Schaltung in bekannter Weise ein oder mehrere verschiedene Vergleichswerke in einem linearen integrierten Schaltkreis in bekannter Weise. In dem Fall, daß mehrere Vergleichswerke verwendet werden, sind sie parallel geschaltet, während ihre Ausgänge am Eingang eines UND-Gatters miteinander verbunden sind. In dem Fall, daß nur eine Information über die Richtungsänderung des Stromes I notwendig ist, wird ein Schaltkreis mit einem Abzweigmodul, auf das ein anderes Vergleichswerk folgt, parallel zu den anderen i geschaltet, wobei das UND-Gatter noch einen zusätzlichen Eingang besitzt.

Beispielsweise arbeitet die Flip-Flop-Schaltung 5 (vgl. Figur 6), wenn die Stromstärke einmal ansteigt und zwischen zwei genau vorbestimmten Werten liegt.

Zu diesem Zweck wird das von dem Anschluß 52 gegebene Signal jeweils über die Anschlüsse 52a und 52b über den oberen (positiven) und unteren (negativen) Eingang der Differentialwerke 65, 66 geleitet, die über ihre anderen Eingänge 65a und 66a jeweils eine niedere und höhere Spannung als Zei*-chen für be- ι grenzte Werte der Stromstärke aufnehmen. '

Ober die Verbindung 52c wird das Signal zum Abzweigmodul 67 (Schaltkreis RC) geleitet, dessen Ausgang mit dem positiven Eingang des Differentialmoduls 68 und dessen negativer Eingang mit der Masse verbunden ist.

Die Ausgänge der drei Vergleichswerke 65, 66, 68 sind mit den drei Eingängen eines UND-Gatters 69 verbunden, der kein Ausgangssignal gibt, wenn die vom Hall'sehen Detektor gemessene Stromstärke ansteigt und zwischen zwei angegebenen Grenzwert«, liegt.

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Anhand des folgenden wird deutlich, daß die Flip-Flop-Schalter 6 und 8 nur ein Vergleichswerk umfassen, dessen einer Eingang an der Masse des Komplexes liegt und dessen Ausgang direkt ein Signal an den Schalter 6 und ein Signal zur Schaltung 8 weitergibt.

Die Flip-Flop-Schaltungen 7, 9 und 11 umfassen jeweils zwei Vergleichswerke und ein UND-Gatter. Die Stufen entsprechen entweder einem der Vermittlung eines Signals entsprechend um 10% vergrößerten, oder um den gleichen Betrag verkleinerten, Stromwert.

Die Flip-Flop-Schaltung 10 umfaßt zwei an zwei Ausgängen parallele Komplexe. Der erste umfaßt nur ein Vergleichswerk (I größer als 20 A), der zweite zwei Vergleichswerke und ein UND-Gatter (I zwischen 0 und 20 A).

Ebenso könnten diese Komplexe auch durch andere äquivalente Komplexe ersetzt werden, insbesondere die Flip-Flop-Schaltungen 6 und 8 durch einfache Schmitt-Trigger.

Unter diesen Bedingungen und mit einer Toleranzgrenze von 10% gilt:

Die Flip-Flop-Schaltung 5 gibt ein Signal E ab, wenn der Wert von I bei steigender Stromstärke zwischen 1 und 3 A schwankt. Wie aus dem folgenden ersichtlich ist, bestimmt dieses Signal vom Zeitpunkt T an, zu dem der Relaisschalter sich geschlossen hat, um eine Ladung der Batterie zu ermöglichen, den Zeitpunkt T¹ , von dem ab die Ladungsperioden einsetzen. Dieser Stromfluß I zwischen 1 und 3 A entspricht der Feststellung des Ladestromes. Dieser Stromwert wurde vorzugsweise bei einem Wert nahe Null so gewählt, daß eine neue Ladungsperiode mit Sicherheit wirksam einsetzt, beispielsweise nachdem von der Batterie Strom an das Verbrauchernetz abgegeben

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wurde, während der Wert von I umgekehrt und damit der Strom I negativ wurde.

Die Flip-Flop-Schaltung 6 gibt ein Signal ab, wenn I negativ ist, d.h. wenn sich die Batterie in das Verbrauchernetz entlädt.

Die Flip-Flop-Schaltung 7 gibt ein Signal Y ab, wenn I = + 10 A. Die Flip-Flop-Schaltung 8 gibt ein Signal B ab, wenn I positiv ist. ι

Die Flip-Flop-Schaltung 9 gibt ein Signal C ab, wenn I = + 20 A. Die Flip-Flop-Schaltung 10 gibt ein Signal D¹ ab, wenn I größer ist als 20 A, und ein Signal D, wenn I zwischen 0 und 20 A liegt.

Die Flip-Flop-Schaltung 11 gibt ein Signal F ab, wenn I = + 5 A. Das Abzweigmodul 60 (im Stromkreis RC) gibt an ein Relais 61 ein Signal ab, wenn der Ladestrom ansteigt. Das Relais 61 ist zum Schliessen auf eine Zeit von zwei Minuten eingestellt und sein Kontakt erregt eine Anzeigelampe 62, wenn also der Ladestrom länger als zwei Minuten ansteigt.

Figur 2 zeigt schematisch die Verteilung der Signale als Funktion des Stromwertes I. Entlang den verschiedenen Abstu- f fungen der Stromstärke I sind von Null an die kritischen Werte für die Stromstärke angegeben, für 1, 3, 5, 10 und 20 Amperes, und ihre entsprechenden Signale.

Zur Messung der Ladezeit ist als Meßelement ein Zeitwerk 40 vorgesehen, das durch das Signal E eingeschaltet wird. Dieses Zeitwerk gibt die Zeit jeweils in Einheiten von 5, 15 und 60 Minuten an. Es wird durch das Signal Q gestoppt und auf Null zurückgestellt, wie auch durch das Signal X, das, da es einen längeren Weg zurücklegt, abgegeben wird, um sicherzustellen,

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daß das Relais 3 geschlossen, d.h. die Aufladung unterbrochen wird.

Also gibt auch dieses Zeitwerk 40 ein Signal J zum Zeitpunkt T = T' + 5 Minuten, ein Signal H während der Zeit zwischen T' und T₂, wobei T„ = T¹ + 15 Minuten, ein Signal H¹ für die Zeit zwischen T₂ und T₃, wobei T₃ = T' + 60 Minuten, und schließlich ein Signal x¹ zum Zeitpunkt T₃ selbst ab.

Die Figur 3 zeigt schematisch die Verteilung der Signale in Abhängigkeit von der Zeit T nach T_Q.

Die Messung der Leerspannung der Batterie wird von einem Detektoreiement 36 für die Spannung durchgeführt, das die Leerspannung der Batterie 4 mit einer Vergleichsspannung (V) von 25 V vergleicht und die Flip-Flop-Schaltung 37 anregt, wenn diese Leerspannung beim Abnehmen einen Wert annimmt, der unter der Vergleichsspannung liegt. Die Flip-Flop-Schaltung 37 gibt nun ein Signal M ab, das zum Anschluß 29 des logischen Komplexes geleitet wird.

Der Detektor 36 wird betätigt, wenn er das schon erwähnte Signal X empfängt.

Um die Stromstöße im Verbrauchernetz zu messen, wird in gleicher Weise ein Spannungsdetektor angesprochen. Tatsächlich nimmt beim Entstehen eines Energiestoßes im Verbrauchernetz seine Spannung im Verlauf einer gewissen Zeit ab, Der Detektor 33 für die Spannung vergleicht die Spannung des Verbrauchernetzes (29 V) mit einer Vergleichsspannung (V) von 27 V.

Liegt die Spannung des Verbrauchernetzes über 27 Volt, so erregt der Detektor 33 eine Flip-Flop-Schaltung 35, die ein Sig-

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nal zum Gatter 28 des logischen Komplexes abgibt, Liegt die Spannung bei weniger als 27 Volt, so erregt der Detektor 33 eine Flip-Flop-Schaltung 34, die ihrerseits ein Signal zum Anschluß 31 abgibt. Die Flip-Flop-Schaltung 34 umfaßt außerdem einen Verzögerungskreis von 0,1 Sekunden, um Auslösungen zu vermeiden, wenn sich im Verbrauchernetz vorübergehende Änderungen bilden.

Wie schon oben erwähnt, umfaßt der erste Komplex außerdem |

Einrichtungen zur manuellen Steuerung und zur Betätigung der Vorrichtung.

Diese Einrichtungen umfassen im wesentlichen einen mehrpoligen Kommutator 25 mit den drei Stellungen P., P₂ und P₃, die jeweils durch die drei Schaltstufen P-, P₃ und P schematisch dargestellt sind.

Die Stellung P. ist eine Sicherheitsstellung, die im Fall eines Versagens der Vorrichtung oder bei Ausschaltung der Vorrichtung, wenn also nur die Batterie 4 verwendet wird, gebraucht wird. In dieser Stellung steuert der Kommutator 25 über die Leitung 53 den Schließvorgang des Relaisschalters A 3 für Ladung und Entladung, wobei die im Schema gezeigte Vorrichtung vom Strom abgeschnitten ist.

Bei P- verbindet der Kommutator 25 die Zuführung 26 dieser Vorrichtung über die Abzweigung 54, die den Betriebsstrom von der Batterie 4 abnimmt. Er gibt außerdem ein Dauersignal K an die Gatter 28, 29 und 12 des logischen Komplexes ab und löst zudem die Betätigung eines Hilfszeitwerks 27 aus, drie nun während 10 Sekunden ein Signal L an die Anschlußstelle 28 abgibt, wenn er von dieser Ausgangsstellung aus einer der beiden Stellungen gleitet.

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Bei der Stellung P_ wird die Zuführung 26 außer Betrieb gesetzt, der Relaisschalter 3 erhält kein Signal mehr und bleibt somit geöffnet. Diese Stellung entspricht einer völligen Unterbrechung der Verwendung der Batterie, der Vorrichtung und des Netzes.

Der aus elektronischen Logikelementen gebildete Komplex, der im wesentlichen UND- und ODER-Schaltungen umfaßt, die Signale aus dem ersten Komplex empfangen, diese kombinieren und umlegen, bis zwei gewünschte Hauptsignale kommen, d.h. das Signal Z zur Steuerung der Schließung des Relaisschalters 3 und das Signal X zur öffnung desselben.

Bei normalem Betrieb muß der Relaisschalter 3 (für Ladung und Verbrauch) in vier Fällen wieder geschlossen werden:

a) wenn der Kommutator 25 auf P₂ steht, nachdem er in eine der beiden anderen Stellungen war (nachdem beispielsweise der Betrieb allgemein unterbrochen war) und eine neue Ladeperiode beginnen muß;

b) wenn die Leerspannung unter 25 V liegt;

c) wenn die Spannung des Verbrauchernetzes einen Wert unter V annimmt (d.h. im Fall eines Stromstoßes über das Verbrauchernetz, der eine Stromzuführung von der Batterie als zusätzlicher Energiequelle notwendig macht);

d) wenn die automatische Steuerung (38), besonders bei Landevorgängen, verwendet wird (Sicherheitsmaßnahme).

Ansonsten muß eine neue Ladeperiode nach jeder Verwendung der Batterie über das Verbrauchernetz 49 einsetzen.

Der Schaltkreis zur Schließung des Relaisschalters 3, der im

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wesentlichen die UND-Gatter 28 und 29, das ODER-Gatter 30 und den Speicher für das Schließsignal umfaßt (das durch das ODER-Gatter 31 und durch das UND-Gatter 32 gebildet wird), sichert wie folgt verschiedene Funktionen:

Im ersten Fall (a) löst der Stellungswechsel des Kommutators 25 auf Pp wie oben beschrieben das Zeitwerk 27 aus, das nun während 10 Sekunden dem Gatter 28 ein Signal L zuführt.

In dieser Stellung gibt der Kommutator 25 ein Dauersignal K ab, das an die Gatter 28, 29 und 12 geleitet wird und die Lei- { tung 26 in Betrieb setzt, so daß die ganze Vorrichtung zu arbeiten beginnt.

Wenn das Verbrauchernetz eine Spannung aufweist, die höher ist als 27 V, empfängt das UND-Gatter von der Flip-Flop-Schaltung 35, die vom Detektor 33 angeregt wird, der die Spannung des Netzes überwacht, ein Dauersignal.

Danach wird das UND-Gatter 28, das gleichzeitig drei Signale empfängt, während IO Sekunden (Signal L) dem ODER-Gatter 30 ein Signal zuführen, das dieses dem ODER-Gatter 31 zuleitet. Das ODER-Gatter 31 gibt nun ein Signal Z ab, das die Schliessung des Relaisschalters3 steuert,. Gleichzeitig hebt das Signal Z das umgekehrte Signal S auf, das, wie aus dem folgenden ersichtlich ist, durch seine Gegenwart am Eingang des UND-Gatters 24 dafür sorgt, daß das öffnungssignal X des Relaisschalters 3 gespeichert wird.

Dann wird das Signal Z durch das Zwischenstück des UND-Gatters 32 zum Speicher geleitet. Dieser Speicher ist aufgeladen, so daß das Gatter 32 nicht das vom Relaisschalter 3, wenn er offen ist, erzeugte Signal N empfängt. Umgekehrt unterdrückt das vom Relaisschalter 3, wenn er sich schließt, ausgesandte Signal N das Ausgangssignal des Gatters 32 und löscht

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das im Speicher gehaltene und von den Gattern 31 und 32 gebildete Signal Z.

Der Ladestrom ist hergestellt, wenn sein Wert zwischen 1 und 3 Amperes schwankt, d.h. einige Sekunden nach Schließung des Relaisschalters 3 (Zeitpunkt T_Q), worauf die Flip-Flop-Schaltung 5 (zum Zeitpunkt T'_o) ein Betriebssignal E zum Zeitwerk 40 abgibt, das die Ladung in der weiter oben beschriebenen Weise steuert.

Wenn im zweiten Fall (b) die Leerspannung der Batterie einen Wert unter 25 Volt annimmt, gibt die Flip-Flop-Schaltung 37 an das UND-Gatter 29 ein Signal M ab, die ihrerseits schon die Signale K und N empfängt (Relaisschalter 3 offen). Das UND-Gatter 29 gibt nun an das ODER-Gatter 30 ein Signal ab_f das dieses an das ODER-Gatter 31 weiterleitet, das das Schließsignal Z für den Relaisschalter 3 abgibt, das wie oben in den Speicher verlegt wird.

Ebenso gibt die Flip-Flop-Schaltung 34 im dritten Fall (c) direkt ein Signal an das ODER-Gatter 31 ab, das das Schließsignal Z für den Relaisschalter 3 erzeugt, das wie oben in den Speicher verlegt wird, wenn die Spannung des Verbrauchernetzes einen Wert unter 27 Volt annimmt.

Schließlich gibt im vierten Fall (d) die automatische Steuerung ohne Einwirkung der Logikkreise, durch die sie betätigt wird, über den Leiter 55 ein Schließsignal an den Relaisschalter 3 ab. Zu diesem Zweck umfaßt der ganze Relaisschalter 3, wie in der Beschreibung zu Figur 5 genauer gezeigt, einen parallel zum Hauptkreis geschalteten Hilfssteuerkreis. Dieser parallele Kreis schließt sich, wenn er einen von der automatischen Steuerung gegebenen Befehl erhält und schließt sich, wenn er

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kein Signal empfängt.

Die überwachung der Ladung und die Steuerung der öffnung des Laderelaisschalters sind durch die Kreise mit den UND-Gattern 12, 13, 14, 17, 18, 19, 20, 21 und 24 und den ODER-Gattern 15, 16, 22, 23 gegeben.

Ist der Relaisschalter 3 durch das von den UND-Gattern 28 oder

29 kommende Signal Z geschlossen, so wird ein Ladestrom herge- ä stellt. Die Flip-Flop-Schaltung 5 gibt ein an das ODER-Gatter

30 und zum Zeitwerk 40 geleitetes Signal E ab, um sicherzustellen, daß der Relaisschalter geschlossen ist. Nach Ablauf von 5 Minuten gibt das Zeitwerk 40 ein Signal J zum UND-Gatter

12 ab, das schon ein Signal K empfängt (Kommutator 25 steht auf P₂). Dieses Gatter gibt nun seinerseits an die UND-Gatter

13 und 14 ein Signal G ab, worauf sich zwei Möglichkeiten ergeben :

Liegt der Ladestrom I über 20 A, so empfängt das UND-Gatter 13 unter anderem ein Signal D¹ von der Flip-Flop-Schaltung 10; darauf gibt es nun ein Signal an das ODER-Gatter 15 ab, das es über den Eingang der UND-Gatter 19 und 21 weiterleitet i und über das UND-Gatter 17 in den Speicher schickt. Tatsächlich empfängt das UND-Gatter 17 auch ein Signal B von der Flip-Flop-Schaltung 8 (I >0). Wenn der Strom I gleich Null oder negativ wird, wird der Speicher gelöscht.

Liegt der Ladestrom über 20 A, so empfängt das UND-Gatter 14 unter anderem das Signal G, ein Signal D von der Flip-Flop-Schaltung 10 (I < 20 A) und gibt darauf an das ODER-Gatter ein Signal ab, das dieses über das UND-Gatter 13 in den Speicher legt und zum Und-Gatter 20 führt. Das UND-Gatter 18 empfängt nun endlich auch das Signal B.

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In dem letzteren Fall, wenn der Strom I auf 5 A abfällt, schickt die Flip-Flop-Schaltung an das UND-Gatter 20 ein Signal F, das sich öffnet und seinerseits ein Signal χ an das ODER-Gatter 22 schickt, das dieses über die ODER-Gatter 23 und 24 in den Speicher legt. Wie schon angedeutet, öffnet sich das UND-Gatter, wenn es gleichzeitig das Signal X (öffnung des Relaisschalters) und das Signal Z (Schließen des Relaisschalters) empfängt.

Das ODER-Gatter 23 gibt nun ein Öffnungssignal X an den Relaisschalter und an den Detektor 36 ab, um diesen zur überwachung der Leerspannung der Batterie zu betätigen. Dieses Signal X besteht solange, bis das ODER-Gatter 31 das Signal Z nicht mehr abgibt (Schließen des Relaisschalters). Das Signal X wird ebenso zum Zeitwerk 40 geleitet, um dieses anzuhalten, und wieder auf Null zu stellen.

Ist außerdem der Ladekreis geöffnet, so wird der Strom I gleich Null und die Flip-Flop-Schaltung 8 gibt kein Signal B mehr an die UND-Gatter 17 und 18 ab, worauf die gespeicherten und von dem ODER-Gatter 16 abgegebenen Signale gelöscht werden. Das gleiche geschieht, wenn die Signale über das ODER-Gatter 15 und das UND-Gatter 17 in den Speicher geleitet werden.

Wenn der Strom I, wie schon erklärt wurde, nach Ablauf von 5 Minuten höher ist als 20 A, so erscheint am Ausgang des Gatters 15 ein Signal und zwei Möglichkeiten können gegeben sein:

Im ersten Fall geht der Wert von I vor Ablauf von 15 Minuten auf 20 A zurück. In diesem Zeitraum (Figur 3) gibt das Zeitwerk 40 an das UND-Gatter 21 ein Signal H ab, das immer an seinem Eingang das von dem Gatter 15 abgegebene Signal empfängt. Wird I gleich 20 A, so leitet die Flip-Flop-Schaltung

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an das UND-Gatter 21 ein Signal C. Dieses Gatter, das von drei Eingängen gespeist wird, gibt daraufhin an das ODER-Gatter 22 ein Signal ab, das seinerseits ein Signal χ abgibt, welches über das ODER-Gatter 23 das Öffnungssignal X ergibt, und der gleiche Vorgang wie oben spielt sich ab.

Im zweiten Fall liegt nach Ablauf von 15 Minuten der Strom I immer noch über 20 A. Nach diesem Zeitpunkt gibt das Zeitwerk 40 ein Signal H¹ an das UND-Gatter 19 ab, das an seinem Ein- g gang das vom ODER-Gatter 15 abgegebene Signal hat. Hat man unter anderem einen Wert von I = 10 erreicht, so gibt die Flip-Flop-Schaltung 7 ein Signal Y an das UND-Gatter 19 ab, das seinerseits an das ODER-Gatter 22 ein Signal abgibt. Der Öffnungsvorgang, der Speichervorgang und die überwachung der Leerspannung der Batterie spielen sich in der oben beschriebenen Weise ab.

Wenn im Verlauf einer Ladeperiode die Batterie durch das Netz beansprucht wird, wird folglich die Ladung unterbrochen und der Strom I umgekehrt, und die Flip-Flop-Schaltung 6 gibt ein Signal Q an das Zeitwerk 40 ab, das gestoppt und ausgeschaltet wird. Die Flip-Flop-Schaltung 6 gibt das gleiche Signal f (Q) an das ODER-Gatter 31 ab, um die Schließung des Relaisschalters 3 sicherzustellen. Nimmt der Strom wieder positive Flußrichtung an, wächst sein Wert und schwankt zwischen 1 und 3 A, so gibt der Flip-Flop-Schalter 5 ein Signal E an das Zeitwerk 40, das den Befehl für die Wiederinbetriebnahme des Zeitwerks gibt, und an das ODER-Gatter 30 ab, um sicherzustellen, daß der Relaisschalter geschlossen ist.

Jedoch kann die Ladung, auch wenn sie unterbrochen ist, nicht langer als 60 Minuten laufen. Nach Ablauf dieser Zeit gibt

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das Zeitwerk 40 das Signal χ¹, das zum ODER-Gatter 23 geleitet wird, das seinerseits das Signal X abgibt.

Schließlich wird auf den Relaisschalter 3 eingegangen (Figur 5), d.h. den elektronischen und elektromagnetischen Komplex für die öffnung und Schließung des Batterielade- und Verbraucherkreises.

Die von dem Gatter 23 und 31 abgegebenen Signale werden mit Hilfe elektronischer Leistungsverstärker, die am Eingang des Relaisschalters 3 angeordnet und günstigerweise in diesem integriert sind, verstärkt.

Das Signal Z wird in einem Verstärker 41 verstärkt, der das Relais 43, das einen Arbeitskontakt (normalerweise offen) umfaßt, erregt, und das Signal X wird in dem Verstärker 42, der das Relais 44 erregt, das einen Ruhekontakt (normalerweise geschlossen) umfaßt. Die Relais sind in ihrer Ruhestellung dargestellt, d.h. in der Stellung, die sie bei Fehlen jeglichen Signals einnehmen.

Die Relaiskontakte 43 und 44 sind in Serie in einem Stromkreis geschaltet, der die Batterie mit der Wicklung des elektromagnetischen Relaisschalters 46 verbindet. Dieser ist das letzte Element, das für die Verbindung oder die Unterbrechung der Verbindung der Batterie über das Verbrauchemetζ verantwortlich ist. Ist kein Zustand der Erregung gegeben, so wird die Verbindung unterbrochen und der Anker des Relaisschalters schließt einen Hilfsstromkreis, der für die Stromversorgung einer Anzeigelampe 47 sorgt, die am Armaturenbrett nahe dem Steuerkommutator 25 aigeordnet ist.

Der elektromagnetische Relaisschalter 46 speist in gleicher Weise in Parallelschaltung einen Potentiometerkreis 48, über

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den das über die Gatter 29 und 32 geleitete Signal N abgenommen wird. Dieser letzte Stromkreis wird durch einen Unterbrecher 50 zur manuellen Steuerung ergänzt, der neben dem Steuerkommutator 25 angeordnet werden und eventuell mechanisch mit diesem verbunden oder in diesem integriert werden kann, so daß er geöffnet ist, wenn der Kommutator 25 auf P_ oder P₁ steht, und geschlossen, wenn der Kommutator 25 auf P₂ steht.

Die Signale zur Steuerung des Schließvorgangs werden, ob sie | nun vom Kommutator 25 oder von der automatischen Steuerung 38 kommen, parallel über die Wicklung des Relais 45 geleitet, dessen unterbrecher parallel zu den Relaiskontakten 43 und 44 angeordnet ist.

Wenn ein Schließsignal zum Relais 45 geleitet wird, wird die Wicklung des Hauptrelais 46 wie auch die Relais 43 und 44 angeregt und die Batterie ist am Verbrauchernetz 49 angeschlossen.

Kommt ein Signal Z zum Verstärker 41, so schließt sich das Relais 43, gleichzeitig wird der Speicher des Signals X gelöscht, und, da das Signal X fehlt, schließt sich das Relais 44. Darauf j verbindet der Relaisschalter 46 die Batterie mit dem Verbrau- ™ ehe met ζ.

Gelangt ein Signal X über den Verstärker 42, öffnet sich das Relais 44 und der Relaisschalter 46, der keinen Strom mehr erhält/ hängt die Batterie vom Verbrauchernetz ab und führt der Anzeigelampe 47 Strom zu, die aufleuchtet, ebenso den Potentiometerkreis 48, der ein Signal N abgibt, unter anderem auch an das Gatter 32, das den Speicherplatz der Signale Z löschen muß. Sind letztere gelöscht, ist das Relais 43 nicht mehr in angeregtem Zustand und öffnet sich seinerseits.

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Die Erfindung wird bei Verwendung von als Puffer in einem elektrischen Netz mit regulierter Spannung angeordneten Akkumulatorbatterien angewendet, insbesondere bei Stromnetzen von Luftfahrzeugen oder Maschinen mit ähnlichem Netz, wie Unterseeboote, Kampffahrzeuge oder Panzer, Luftkissenfahrzeuge oder Tragflächenboote.

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Claims (29)

1. Patentansprüche

   I)J Verfahren zur Verwendung einer Akkumulatorenbatterie in einem Versorgungsnetz mit Gleichstrom, mit einer Ladestromquelle, die normalerweise den Strombedürfnissen dieses Netzes entspricht und außerdem die Batterie laden kann, dadurch gekennzeichnet , daß die Batterie (4) über einen Relaisschalter (3) mit dem Netz verbunden ist, der in geschlossener Stellung zumindest teilweise von einem durch die Span- " nung des Netzes bestimmten Abfall der Normalspannung der Batterie, und zum andern durch einen Abfall der Leerspannung der Batterie von ihrer Nominalspannung gesteuert wird, und im letzteren Fall durch ein Zeitwerk (40), das nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne den Ladestrom unterbricht, um die Ladeenergie so zu begrenzen, daß die Ladung der Batterie niemals 95% ihrer nominalen Kapazität überschreitet.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die durch das Zeitwerk (40) vorgegebene Zeitspanne genügend kurz ist, um auf eine Energie anzusprechen, die nicht ausreichend ist, um den begrenzten Ladezustand der Bat- i terie (4) aufrechtzuerhalten, während die Ladestromstärke zu mindest zu Ende dieser Zeitspanne gemessen wird, wobei diese erste Ladeperiode verlängert wird, wenn die gemessene Stromstärke relativ schwach ist, bis ihr Wert auf ein vorgegebenes niedrigeres Niveau abgefallen ist, und wenn die Stromstärke relativ groß ist, um eine neue, durch die Ladung bestimmte Zeitspanne, wonach die Stromstärke wieder gemessen wird.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vergleichsstromstärke als Meßgrenze gewählt wird, um das Ausmaß der Verlängerung der Ladezeit der

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   Batterie festzulegen.
4. 4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die am Ende jeder weiteren Ladeperiode gemessene Stromstärke mit einem anderen Vergleichswert verglichen wird, und, falls sie darunter liegen sollte, die Ladung unterbrochen wird, während sie jedoch fortgesetzt wird, wenn der gemessene Wert über dem Vergleichswert liegt, bis der Stromstärkewert auf ein anderes Niveau abgefallen ist, das über dem ersten liegt.
5. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Gesamtwert der Ladeperioden durch ein Zeitwerk (40) auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.
6. 6) Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß die als Vergleichswerte für die Stromstärke dienenden Grenzwerte nach jeder Ladeperiode gleich sind.
7. 7) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Relaisschalter (3) über das Netz systematisch während des Anschlusses einer wichtigen Sicherheitsvorrichtung, bei Luftfahrzeugen insbesondere einer automatischen Steuerung (38) bei der Landung, an dieses Netz geschlossen wird.
8. 8) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Relaisschalter (3) nach jedem Abfall der Netzspannung, der die Schließung des Relaisschalters bewirkt, geschlossen bleibt und das Zeitwerk (40) wieder betätigt wird.
9. 9) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Alarmvorrichtung ausgelöst wird, wenn wäh-

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   rend einer Ladeperiode der Ladestrom weiterhin während einer vorgegebenen Zeit zunimmt.
10. 10) Verfahren nach Anspruch l_r dadurch gekennzeichnet, daß der Ladevorgang jedesmal unterbrochen wird, wenn die Batterie (4) wieder in Betrieb genommen ist.
11. 11) Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mittels eines Relaisschalters (3) | die Verzweigung einer Akkumulatorenbatterie (4) über ein Lade- und Verbrauchernetz (49) der Batterie sichert, dadurch gekennzeichnet , daß am Ausgang zumindest eines ODER-Gatters, das ein erstes von einer ersten Einrichtung zum Vergleich der Netzspannung mit einer Vergleichsspannung kommendes, und ein zweites, von einer zweiten Einrichtung zum Vergleich der Leerspannung der Batterie mit einer Vergleichsspannung kommendes Signal empfängt, ein Schließsignal für den Relaisschalter (3) abgenommen wird, wobei das Öffnungssignal des Relaisschalters einem elektronischen Zeitwerk (40) untergeordnet ist, das von einem Detektor (36) für die Richtung des Stromflusses vom Netz zur Batterie (Laderichtung) betätigt j wird. *
12. 12) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Zeitwerk (40) so gestaltet ist, daß es am Ende einer ersten Periode ein Signal abgibt, das eine Einrichtung (1) zum Vergleich der Ladestromstärke mit einer Vergleichsstromstärke betätigt, die zwei Zweige umfaßt, einen, der aktiv ist, wenn die Ladestromstärke niedriger als der Vergleichswert ist, wobei ein Öffnungssignal für den Relaisschalter (3) abgegeben wird, wenn die Stromstärke unter ein erstes Niveau absinkt, und einen zweiten, der aktiv ist, wenn die

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    Ladestromstärke höher liegt als der Vergleichswert, wobei der Relaisschalter (3) während einer zweiten, durch das elektronische Zeitwerk (40) bestimmten Zeitspanne geschlossen bleibt.
13. 13)Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net , daß der eine der beiden Zweige der Einrichtung mit einer Vergleichseinrichtung für die Ladestromstärke und eine Vergleichsstromstärke verbunden ist, die ein Öffnungssignal für den Relaisschalter (3) abgibt, wenn die Stromstärke auf das Niveau der Vergleichsstromstärke während der zweiten Periose abfällt, jedoch das Schließsignal für den Relaisschalter hält, wenn die Stromstärke über der VergleichsStromstärke am Ende der zweiten Periode bleibt, wobei das Öffnungssignal für den Relaisschalter weiterhin gegeben wird, wenn die Stromstärke unter ein anderes, niedrigeres, über dem ersten liegendes Niveau abfällt.
14. 14) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Relaisschalter (3) elektromagnetisch ist und der Stromkreis seiner Spule (2) in Reihe geschaltete Kontakte von zwei Relais umfaßt, wobei der Kontakt des einen normalerweise offen ist und das Schließsignal aufnimmt, und das andere normalerweise geschlossen ist und das Öffnungssignal empfängt.
15. 15) Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der die beiden Relaiskontakte enthaltende Teil des Stromkreises durch den normalerweise offenen Kontakt eines dritten Relais, dessen Spule ein Dauerschließsignal des Relaisschalters (3) eirwpfängt, parallel geschlossen ist.
16. 16) Vorrichtung nach den Ansprüchen 11, 12 und 13, dadurch g e -

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    kennzeichnet , daß der Detektor für die Stromrichtung in der Verbindung zwischen dem Netz (49) und der Batterie (4) und die Einrichtungen zur Bestimmung der Stromstärke in dieser Verbindung aus einem Hall'sehen Detektor (1) bestehen, dessen Wicklung (2) des magnetischen Feldes in Reihe in der Verbindung geschaltet ist, wobei sein Halbleiter einem konstanten Strom unterworfen ist.
17. 17) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich- i net , daß die Ausgangsspannung des Detektors (1) parallel an mehrere Flip-Flop-Schaltungen (5 - 11) gelegt wird, deren verschiedene Charakteristika sich um die durch die Ausgangsspannung bestimmten Werte ändern.
18. 18) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsspannung des Detektors (1) an ein Abzweigmodul (60) gelegt wird, das bei ansteigender Spannung ein Signal abgibt, das an ein Verzögerungsrelais (61) gelegt wird, dessen einer Kontakt bei weiterhin steigender Spannung während einer vorgegebenen Zeit einen Alarm auslöst.
19. 19) Vorrichtung nach den Ansprüchen 11, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet , daß ein Einschaltkommutator (25) mit drei Stellungen vorgesehen ist, eine Stellung davon für völlige Unterbrechung der Stromzuführung, eine weitere allein für die Abgabe eines Signals für Stromzuführung vom dritten Relais, und die letzte für normalen Betrieb, wobei die gesamte Vorrichtung mit Strom versorgt wird und die Abgabe eines Signals für die Inbetriebnahme gesichert ist.
20. 20) Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net , daß der Kommutator (25) bei normaler Stellung

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    auch ein während einer kurzen Zeit nach Einschalten ein Signal abgebendes Zeitwerk (27) mit Strom speist.
21. 21) Vorrichtung nach den Ansprüchen 10, 11, 19 und 20, dadurch gekennzeichnet , daß ein erstes ODER-Gatter das Ausgangssignal von zwei UND-Gattern empfängt, wobei das erste zumindest das Signal für den Betrieb des Relaisschalters (3) und das kurzzeitige Signal des Zeitwerks (40) empfängt, während das zweite das Betriebssignal, das vom Relaisschalter (3) in offener Stellung gegebene und ein von der zweiten Vergleichseinrichtung kommendes Signal empfängt, wobei der Ausgang des ODER-Gatters mit dem Eingang eines zweiten ODER-Gatters verbunden ist, das auch direkt das Signal der ersten Vergleichseinrichtung empfängt, während das Schließsignal des Relaisschalters am Ausgang deszweiten ODER-Gatters abgenommen wird, der über seinen Eingang durch das Zwischenstück eines dritten UND-Gatters gelegt ist, das auch ein Signal vom geschlossenen Relaisschalter empfängt und somit einen Speicher für das Schließsignal bildet.
22. 22) Vorrichtung nach den Ansprüchen 8, 11 und 17, dadurch gekennzeichnet , daß eine Flip-Flop-Schaltung, die ein Signal abgibt, wenn die Stromstärke von der Batterie (4) zum Netz (49) gerichtet ist (Entladerichtung), zum elektronischen Zeitwerk (40) ein Signal zum Anhalten und für Rückstellung auf Null gibt.
23. 23) Vorrichtung nach den Ansprüchen 11, 12, 17 und 19, dadurch gekennzeichnet , daß das elektronische Zeitwerk (40) durch das Signal einer Flip-Flop-Schaltung betätigt wird, die den Anfang eines Stroms in Laderichtung feststellt, und am Ende einer ersten Periode ein Signal an den Eingang eines UND-Gatters abgibt/das an seinem anderen Eingang das

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    Betriebssignal empfängt, wobei der Ausgang dieses UND-Gatters mit dem Eingang zweier anderer UND-Gatter verbunden ist, die ihrerseits jeweils mit zwei Ausgängen einer Flip-Flop-Schaltung verbunden und von denen jeweils eines oberhalb, bzw. unterhalb eines Grenzwertes für die Stromstärke aktiv ist, wobei der Ausgang jedes dieser UND-Gatter mit dem Eingang eines von zwei ODER-Gattern eines Paares verbunden ist, deren Ausgang die Abgabe eines Öffnungssignals für den Relaisschalter (3) bestimmt, und deren Ausgänge um deren Eingänge jeweils " durch das Zwischenstück eines anderen UND-Gatters gelegt sind, das unter anderem an seinem Eingang das von einer Flip-Flop-ScheLtung abgegebene Signal empfängt, wenn der Strom in Laderichtung fließt.
24. 24) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 23, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal des ODER-Gatters des Paares, das von der Flip-Flop-Schaltung für Messung des Grenzwertes ein der unter dem Grenzwert liegenden Stromstärke entsprechendes Signal empfängt, über ein UND-Ausgangsgatter geleitet wird, das unter anderem das von einer Flip-Flop-Schaltung dann ausgesandte Signal empfängt, wenn die ^ Stromstärke ein erstes Niveau erreicht, das zu niedrig ist, um ein Öffnungssignal an den Relaisschalter (3) abzugeben, während das Ausgangssignal des anderen ODER-Gatters des Paares parallel über ein Paar von UND-Ausgangsgattern geleitet wird, von denen eines unter anderem vom elektronischen Zeitwerk (40) während einer zweiten Periode empfängt und das andere ein Signal nach dieser zweiten Periode, wobei diese UND-Gatter schließlich von zwei Flip-Flop-Schaltungen ein erstes Signal für ein Stromstärkeniveau über dem Grenzwert empfängt, wobei diese Schaltungen jeweils so gesteuert sind, daß sie ein Signal abgeben, wenn die Stromstärke auf ein niedrigeres Niveau

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    abfällt, und ein zweites Signal für ein unter dem Grenzwert liegendes Strömstärkeniveau, wobei diese beiden UND-Ausgangsgatter jeweils ein Öffnungssignal an den Relaisschalter (3) abgeben.
25. 25) Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich net , daß die Signale der drei UND-Ausgangsgatter über den Eingang von mindestens einem ODER-Gatter geleitet werden, dessen Ausgang das Öffnungssignal für den Relaisschalter (3) gibt und um seinen Eingang durch ein UND-Gatter gelegt ist, das unter anderem den Kehrwert des Schließsignals des Relaisschalters (3) empfängt.
26. 26) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net , daß das zweite Vergleichswerk der Vorrichtung durch ein Öffnungssignal des Relaisschalters aktiviert wird, während das elektronische Zeitwerk (40) ausgeschaltet und durch das Öffnungssignal auf Null zurückgestellt wird.
27. 27) Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net , daß der Anker des Relaisschalters in Ruhe über den Batteriekreis die Vorrichtung parallel zu einer Anzeigelampe (47) und einem Potentiometer (48) schließt, von denen das Signal für die Schließung des Relaisschalters (3) abgenommen wird.
28. 28) Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 27, dadurch gekennzeichnet , daß der manuell gesteuerte Kommutator (25) einen in Reihe im Stromkreis des parallel zur Anzeigelampe (47) und dem Potentiometer (48) geschalteten Komplexes einen Hilfskontakt aufweist.

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29. 29) Vorrichtung nach den Ansprüchen 11, 24 und 25, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ausgang des elektronischen Zeitwerks (40) mit dem Eingang eines ODER-Gatters verbunden ist, dessen Ausgang ein Öffnungssignal an den Relaisschalter (3) abgibt und nach einer von einem Zeitwerk (40) nach seinem Einschalten vorgegebenen Periode, die größer ist als die Gesamtsumme der vorhergehenden aufeinanderfolgenden Perioden, unter Spannung steht.

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