DE2313958A1

DE2313958A1 - Notstromversorgungsgeraet, insbesondere fuer eine leuchte

Info

Publication number: DE2313958A1
Application number: DE2313958A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Dr Beermann
Original assignee: Ceag Licht- und Stromversorgungstechnik 4770 Soest GmbH; CEAG Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
Current assignee: ABB Ceag Licht und Stromversorgungstechnik GmbH
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1973-03-21
Publication date: 1974-09-26
Also published as: SE391422B; DE2313958C3; DE2313958B2; FR2222780A1; FR2222780B3; BE810519A; NL7403180A; IT1007214B; GB1430322A

Description

Reg. Nr. CP 277 G-DT 15. März 1973

Ksr/mü

CEAG Licht- und Stromversorgungstechnik GmbH 477 Soest/Westfalen, Senator-Schwarz-Ring 26

Notstromversorgungsgerät, insbesondere für eine Leuchte

Die Erfindung betrifft ein Notstromversorgungsgerät, insbesondere für eine Leuchte.

Notstromversorgungen für elektrische Verbraucher müssen Einrichtungen enthalten, die als Energiespeicher arbeiten können. Als solche werden Akkumulatorenbatterien bevorzugt eingesetzt. Hier haben sich in letzter Zeit besonders die wartungsfreien Typen sowohl de:r Blei- als auch der Nickel-Cadmiumakkumulatoren durchgesetzt und erreichen unter den Bedingungen der Dauerladung auch befriedende Lebensdauern. Aus der DT-OS 1 765 830 ist es bekannt, als Energiespeicher Primärelemente in Notstromversorgungen anzuwenden und jeden Netzausfall durch eine Anzeigevorrichtung bemerkbar zu machen. Als Vorteil dieses Vorschlages wird der niedrige Anschaffungspreis der Primärelemente genannt. Zieht man außer den Investitionskosten noch andere Kosten bei Untersuchungen der Wirtschaftlichkeit in Betracht, so erkennt man, daß nur bei sehr großer Versorgungssicherheit des öffentlichen Netzes eine Notstromversorgung mit Trockenbatterien sinnvoll ist. Im allgemeinen gibt man aber von vornherein dem Akkumulator als Energiespeicher den Vorzug und verweist auf den Umstand, daB durch Aufladen desselben dieser nach jeder Entladung mit geringen Kosten wieder voll gebrauchsfähig wird.

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Seit langem ist es bekannt, daß sich Trockenbatterien reaktivieren lassen. Es existieren verschiedene Vorschläge zur Durchführung dieses Verfahrens, die im wesentlichen darauf gerichtet sind, eine möglichst lange Gebrauchsdauer der Batterie im Wechselspiel zwischen Entladung und Reaktivierung zu erreichen. Diese Verfahren sind aber unter den besonderen Einsatzbedingungen in Notstromversorgungsgeräten nicht geeignet, die erforderliche langjährige Betriebsbereitschaft zu gewährleisten.

Die Nachteile der bekannten mit Batterien betriebenen Notstromversorgungen liegen daher darin, daß Notstromversorgungsgeräte mit Akkumulatoren hohe Investitionskosten erfordern bzw. daß Notstromversorgungsgeräte mit Trockenbatterien nur bei sehr großer Versorgungssicherheit wirtschaftlich sind und daß Trockenbatterien nur kurze Lebensdauer haben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Notstromversorgungsgeräte zu vermeiden und die bekannte Reaktivierbarkeit von Trockenbatterien in solchen Geräten zu nutzen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Notstromversorgungsgerät zur elektrischen Energiespeicherung eine Batterie von reaktivierbaren Primärelementen, insbesondere eine alkalische Zink-Mangan-Batterie mit hoher Lagerfähigkeit besitzt, daß für den Verbraucher, der nur bei Energieabgabe durch die Batterie mit dieser verbunden ist, eine Abschaltvorrichtung vorgesehen ist, über die der Batterie nur eine einstellbare Teilmenge der gespeicherten Energie entnehmbar ist und daß eine Ladevorrichtung zur anschließenden automatischen Aufladung der Batterie vorgesehen ist, die über einen Überladeschutz von der Batterie abtrennbar ist.

Anhand von Fig. 1 wird eine der Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gerätes beschrieben. An das Netz angeschlossen

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ist eine Gleichrichterschaltung 1, deren Gleichstromausgang mit dem einen Pol eines Schalters 2 verbunden ist. Der andere Pol des Schalters 2 ist mit der einen Elektrode der Batterie 3 verbunden, an die noch der eine Pol eines weiteren Schalters 4 angeschlossen ist. Der andere Pol des Schalters 4 ist mit dem Verbraucher 5 verbunden. Ist der Schalter 2 geschlossen, so fließt ein Gleichstrom in die Batterie 3, wenn die Netzspannung vorhanden ist. Ist der Schalter 4 geschlossen, so gibt die Batterie Energie an den Verbraucher ab.

Die anderen Baugruppen 6, 7, 8, 9 steuern die Schalter 2 und 3 in Abhängigkeit vom Zustand des Netzes und der Batterie 3· Der Zustand des Netzes wird vom Netzwächter 6 überwacht, an dessen Ausgang ein Schaltsignal entsteht, wenn z. B. die Netzspannung ausfällt oder einen bestimmten Betrag unterschreitet. Tritt dieser Fall ein, so soll die Notversorgung des Verbrauchers 5 einsetzen, d. h. der Schalter 4 muß geschlossen werden. Dieser Schalter 4 kann sich aber nur schließen, wenn gleichzeitig mit dem Einschaltsignal des Netzwächters 6 auch ein Einsehaltsignal der Entladeüberwachung 8 auf das UND-Gatter 9 gelangt. Durch diese Verknüpfung wird erreicht, daß der Batterie nur Strom entnommen werden kann, wenn die Batterie noch genügend Energieinhalt hat. Die Entladeüberwachung 8 und das UND-Gatter 9 sind nur in Punktion, wenn die Netzspannung nicht vorhanden ist. Diese Baugruppen müssen daher parallel zum Verbraucher 5 aus der Batterie gespeist werden. Kehrt die Spannung des Netzes in voller Höhe wieder, so entfällt das Einschaltsignal des Netzwächters 6 und das UND-Gatter 9 wird gesperrt, so daß der Schalter 4 wieder öffnet. Der Verbraucher ist nun von der Batterie abgetrennt. Damit die Entladeüberwachung 8 und das UND-Gatter 9 die Batterie nicht weiter belasten, werden sie durch ein Schaltsignal des Netzwächters 6 mittels des Schalters 10 der Batterie abgetrennt .

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Bei Wiederkehr der Netzspannung wird durch den Netzwächter 6 ein weiterer Schaltvorgang eingeleitet, indem der Netzwächter 6 einen Impuls auf den einen Eingang einer Speicherschaltung 11 gibt. Der Speicher 11 wird dadurch in eine Lage gekippt, die den Schalter 2 schließt und somit die Batterie mit der Gleichrichterschaltung 1 verbindet. Wenn die Netzspannung vorhanden ist, fließt dann ein Gleichstrom in die Batterie 3 und "lädt" diese auf solange, bis an der Aufladekontrolle 7 die Abschaltschwelle erreicht wird. Tritt dieser Fall ein, so wird der Speicher 11 durch ein Signal der Aufladekontrolle 7 wieder zurückgekippt und der Schalter 2 wieder geöffnet, dann wird der "Ladestrom" wieder unterbrochen.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ncfcstromversorgungsgerätes ist aus den zwei besonderen Eigenschaften der aus alkalischen Zink-Mangan-Zellen bestehenden Batterie 3 abgeleitet. Diese Batterie besitzt eine viele Monate betragende Lagerfähigkeit, d. h. wenn sie nicht von Strom durchflossen wird, treten in ihrem Inneren kaum den Ladungszustand ändernde chemische Umsetzungen auf. Die andere Eigenschaft besteht in der begrenzten Wiederaufladbarkeit der'Batterie, d. h. für eine begrenzte Anzahl von Zyklen ist sie durch Aufladen reaktivierbar, wenn ihr nur ein Teil der gespeicherten Energie entnommen wurde. Die erstgenannte Eigenschaft macht diese Batterie besonders geeignet für Notstromversorgungen, die unter Umständen monatelang nur im Bereitschaftsbetrieb stehen. Aufgrund der hohen Lagerfähigkeit kann die Batterie jederzeit Energie an den Verbraucher abgeben. Allerdings wird diese hohe Lagerfähigkeit nur erreicht, wenn weder ein entladener noch ein ladender Strom durch die Batterie 3 fließt. Deshalb ist die Batterie 3 normalerweise sowohl vom Verbraucher 5, als auch vom Ladegerät-1- abgetrennt, ebenfalls von der Entladekontrolle 8 und dem UND-Gatter 9. An der Batterie angeschlossen bleibt lediglich die Abfrageleitung für die Aufladekontrolle 7, die lediglich von einem Abfragestrom

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durchflossen wird, der vernachlässigbar klein ist gegen den Leckstrom der Batterie. Die Baugruppen für den Netzwächter 6, die Aufladekontrolle 7 und das Speicherglied 11 werden aus der Gleichrichterschaltung 1 versorgt und belasten die Batterie nicht weiter. Beim Entwurf der Schaltung für die Aufladekontrolle 7 und den Speicher 11 ist allerdings zu beachten, daß bei kurzzeitigen Netzausfällen (wenige Sekunden Dauer) mit Rücksicht auf die Lagerfähigkeit der Batterie eine erneute Aufladung unerwünscht ist. Die logischen Verknüpfungen dieser Schaltung sind demnach so auszulegen, daß diese Bedingung erfüllt wird.

Um die Wiederaufladbarkeit der Batterie 3 zu nutzen, muß beachtet werden, daß bei Energieab/*abe an den Verbraucher 5 nur ein Teil der gespeicherten Energiemenge abgegeben wird. Nach Angaben der Batteriehersteller sind als entnehmbare Teilmenge etwa 30 $> der gesamt gespeicherten Energie verfügbar, was bei der Dimonsionierung der Batterie für einen Verbraucher gegebener Leistungsaufnahme und gegebener Versorgungszeit zu beachten ist. Das erfindungsgemäße Notstromversorgungsgerät enthält deshalb eine Entladekortrolle 8, deren Aufgabe es ist, die Entladung der Batterie 3 zu überwachen und bei einem bestimmten Grad der Entladung ein Abschaltsignal auf das Gatter 9 abzugeben. Als Meßgröße, die über den Entladezustand der Batterie Auskunft gibt, wird man z. B. die Klemmenspannung der Batterie 3 abgreifen. Andererseits ist die Wiederaufladbarkeit der Batterie nur dann nutzbar, wenn mit Sicherheit vermieden wird, daß die Batterie 3 überladen wird. Umfangreiche Versuche ergaben, daß die bei Akkumulatoren gebräuchlichen Ladeverfahren, insbesondere die Dauerladung mit Konstantansp-annung bei dieser'Batterie 3 nicht geeignet sind. Im wesentlichen ist dieser Befund auf die Langzeitstabilität und das Teinperaturverhalten der Leerlaufspannung der Batterie 3 zurückzuführen; diese Leerlaufspannung ist im stärkeren Maße von der Umgebungstemperatur

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abhängig als bei Akkumulatoren und sinkt zudem noch mit jedem Lade- Entladezyklus. Der bei Konstantspannungsladung sich gegen Ladungsende einstellende Restladestrom würde somit in unzulässiger Weise sich ändern. Ein wesentliches Element der Erfindung ist es daher auch, den Ladestrom abzuschalten, wenn die Batterie voll reaktiviert ist. Deshalb wird die Batterie nach beendeter Ladung durch Öffnen von Schalter 2 von der G-leichrichterschaltung 1 abgetrennt.

Als Kriterium für den Volladezustand der Batterie 3 bietet sich in besonderer V/eise ihre Klemmenspannung an. Fig. 2 zeigt schematisch den Verlauf dieser Spannung über der Aufladezeit, wenn mit konstantem Strom geladen wird. Untersuchungen zeigen, daß der steile Anstieg der Klemmenspannung dann eintritt, wenn die Batterie 3 praktisch voll geladen ist. Als Abschaltkriterium für die Aufladekontrolle 7 wird man daher entweder den Spannungsanstieg (du/dt) oder auch das Überschreiten einer bestimmten Abschaltspannung ΤΓΛ an den Batterieklemmen benutzen.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt im Einsatz von preisgünstigen Trockenbatterien in Notstromversorgungsgeräten. Eine hohe Gebrauchsdauer der Batterien wird erreicht, indem nach jeder Entladung die Batterie wieder reaktiviert wird und sowohl Entladung als auch Aufladung durch Schaltvorrichtungen kontrolliert werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. J Notstromversorgungsgerät, insbesondere für eine Leuchte,

dadurch gekennzeichnet, daß es zur elektrischen Energiespeicherung eine Batterie von reaktivierbaren Primärelementen, insbesondere eine alkalische Zink-Mangan-Batterie mit hoher Lagerfähigkeit besitzt, daß für den Verbraucher, der nur bei Energieabgabe durch die Batterie mit dieser verbunden ist, eine Abschaltvorrichtung vorgesehen ist, über die der Batterie nur eine einstellr bare Teilmenge der gespeicherten Energie entnehmbar is« und daß eine Ladevorrichtung zur anschließenden Aufladung der Batterie vorgesehen ist, die über einen Überladeschutz von der Batterie abtrennbar ist.

2. Notstromversorgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in der Batterie im vollständig geladenen Zustand gespeicherte elektrische Energiemenge erheblich die vom Verbraucher benötigte Energiemenge überschreitet.

3. Notstromversorgungsgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überladeschutz auf die Spannung oder auf den Spannungsanstieg der Batterie bei Ladung mit konstantem Strom anspricht.

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