DE2400396C3

DE2400396C3 -

Info

Publication number: DE2400396C3
Application number: DE19742400396
Authority: DE
Filing date: 1974-01-05
Publication date: 1977-12-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung m Schütze eines von Akkumulatoren gespeisten eichstromkreises — insbesondere für ein Kraftfahr-Jg mit Elektroantrieb — gegen Überlastung und licrspannung mit einem stromdurchflossenen Shunt, ssen Spannungsahfall abgegriffen und mit einem rhältnisgleichen Teil der Betriebsspannung zu einer wertspannung addiert ist, und mit einem ersten jerstromschalter mit elektromagnetischer Auslösung. Es ist eine Schaltvorrichtung dieser Art bekannt (DT-OS 15 13 105), die eine Meßeinrichtung aufweist, die die Spannung eines Akkumulators an einem Spannungsteiler mißt. Ferner enthält die bekannte Schaltvorrichtung einen stromdurchflossenen Shunt, dessen Spannungsabfall ebenfalls von der Meßeinrichtung gemessen wird. Beide Spannungswerte werden transistorisch verglichen und steuern gemeinsam die Meßeinrichtung, an die ein Schaltrelais angeschlossen ist. Die Meßeinrichtung läßt bei einem vorbestimmten Entladezustand des Akkumulators, wenn dessen Spannung zu gering ist, das Schaltrelais zum Abfallen kommen, wenn dessen Haltespannung zu gering geworden ist Das Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb läßt sich dann in diesem Falle nicht in Betrieb nehmen. Hat jedoch der Akkumulator eine Spannung, die gleich oder größer als die vorbestimmte Spannung ist, dann zieht das Schaltrelais an, und das Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb läßt sich in Betrieb nehmen.

Dem Schaltrelais der Meßeinrichtung ist ein Zeitschalter zugeordnet, der eine vergleichsweise lange, über Minuten gehende Abfallverzögerung hat und der einen zur Steuerung einer mit der genannten Verzögerungszeit selbsttätig vorzunehmenden Abschaltung des Stromverbrauchers dienenden Kontakt aufweist. Dadurch ist gewährleistet, daß bei einem bestimmten Entladezustand des Akkumulators noch eine Zeitreserve gesichert bleibt, innerhalb welcher der Akkumulator zur Ladestelle gebracht werden kann. Nach dieser Zeit ist ein weiteres, zum Tiefentladen des Akkumulators bringendes Belasten des Akkumulators ausgeschlossen. Es ist noch ein weiterer Zeitschalter vorgesehen, der seiner erfolgenden Erregung gegenüber anzugsverzögert ausgebildet ist, und zwar anzugsverzögert über eine nur nach Sekunden zu bemessenden, der Erholung der Akkumulatorspannung nach kurzen hohen Entladeströmen entsprechenden Zeit hin. Den beiden Zeitschaltern sind je ein Relais zugeordnet. Außerdem weist die bekannte Schaltvorrichtung ein als Schütz arbeitendes Zwischenschaltrelais und einen elektromagnetischen Schalter auf. Schließlich sind bei der bekannter Schaltvorrichtung mehrere Signalvorrichtungen optischer und/oder akustischer Art zur nacheinander erscheinenden Anzeige der verschiedenen Ladezustände des Akkumulators vorgesehen. Z. B. dient eine Signallampe zur Anzeige: »Akkumulator geladen«, eine zweite Signallampe zur Anzeige: »Akkumulator entladen« und eine dritte Signallampe zur Anzeige »Fahrmotor abgeschaltet«.
Die bekannte Schaltvorrichtung weist also relativ viele elektromagnetisch betätigte Relais auf, die einer relativ großen Aufwand darstellen und viel Raurr beanspruchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltvorrichtung der oben bezeichneten Art raumspa

rend so auszubilden, daß bei Überstrom, Unterspannung und Übertemperatur eine Unterbrechung des Strom kreises erfolgt, wobei schädliche starke, durch hohe Gleichspannungen von z. B. UO, 144, 220, 360, 500 λ bewirkte Lichtbogen vermieden werden und eine hoh( Lebensdauer erreicht wird. Die Lösung dieser Aufgabt erfolgt gemäß der Erfindung durch die Kombination dei Merkmale, daß die Istwertspannung an dem invertieren den Eingang eines als Differenzverstärker arbeitendei Operationsverstärkers anliegt und mit einer an nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärker: anliegenden Sollwertspannung vergleichbar ist, dal beim Absinken der Istwertspannung unter die Sollwert spannung ein Thyristor zündet, der den ersten und einet

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zweiten Oberstromschalter zum Auslösen bringt, von denen der erste Überstromschalter noch eine thermische Auslösung und der zweite Überstromschalter eine elektromagnetische Auslösung aufweist, daß deren Magnetspule hochohmig ausgebildet ist und parallel zu der Unterbrechungsstelle des ersten Überstromschalters liegt und daß zusätzlich zum Schuize gegen Übertemperatur ein die Übertemperatur messendes Widerstandsthermometer vorgesehen ist, das in einer Brückenschaltung liegt, an die der Thyristor angeschlossen ist, der bei Erreichen einer vorbestimmten Sollwerttemperatur zündet und die beiden Überstromschalter auslöst.

Durch die Verwendung eines als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärkers und eines Thyristors, die elektronische Bauelemente darstellen, ergibt sich der Vorteil, daß neben einer raumsparenden Anordnung eine hohe Lebensdauer der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung erreicht wird, da sich ja diese elektronischen Bauelemente nicht abnutzen.

Beim Auftreten eines Überstromes löst zuerst der erste Überstromschalter entweder thermisch oder elektromagnetisch aus, so daß die Unterbrechungsstelle des ersten Überstromschalters geöffnet wird. Durch die hochohmige Magnetspule des zweiten Überstromschalters, die parallel zu der Unterbrechungsstelle des ersten Überstromschalters liegt, wird der Überstrom stark reduziert. Eine Unterbrechung des Überstromes findet nicht statt, da sich ja parallel zu der geöffneten Unterbrechungsstelle des ersten Überstromschalters die hochohmige Magnetspule des zweiten Überstromschalters befindet. Der durch diese Magnetspule fließende Strom bewirkt nun die Auslösung dieses zweiten Überstromschalters, so daß seine Unterbrechungssteile geöffnet und damit der Stromkreis der gesamten erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung unterbrochen ist. Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung werden die Kontaktstücke der Unterbrechungsstellen der beiden Überstromschalter geschont, so daß die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung eine hohe Lebensdauer aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung lassen sich hohe Leistungen bei hohen Gleichspannungen, z.B. 110, 144, 220, 360, 500V, abschalten. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung hat neben der hohen Abschaltleistung bei hohen Gleichspannungen noch den Vorteil, daß die beim Abschalten von induktiven Verbrauchern entstehenden Spannungsspitzen abgeschwächt werden.

Während die Überwachung der Unterspannung einen Akkumulator vor zu starker Entladung schützen soll, wobei der Abschaltpunkt (Entladung: 100%) für den Akkumulatorschutz bei der sogenannten Entladeschlußspannung liegt, die vom Akkumulatorhersteller angegeben wird, soll die Temperaturüberwachung einen Akkumulator vor Überladung schützen. Die Elektrolyttemperatur des Akkumulators darf 55° C nicht überschreiten.

Ebenso wie bekannte Überstromschalter können auch die Überstromschalter der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung schmal ausgebildet sein. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zur Verbesserung der raumsparenden Ausbildung die beiden Überstromschalter in Richtung ihrer Breitseiten hintereinander sowie im Abstand voneinander angeordnet und mittels zweiter Verbindungsschienen elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sein, und eine als Baustein ausgebildete elektronische Schaltung kann zwischen beiden Überstromschaltern angeordnet und an ihnen befestigt sein. Auf diese Weise bilden die beiden Überstromschalter mit dsr elektronischen Schaltung zusammen eine Baueinheit, die sich raumsparend unterbringen läßt und leicht befestigt werden kann. Hierbei kann zur weiteren Raumersparnis die eine Verbindungsschiene als Vorwiderstand, z. B. mäanderförmig, ausgebildet sein. Dadurch wird nämlich ein besonderer Vorwiderstand eingespart

Es besteht auch die Möglichkeit, die beiden Überstromschalter mit der elektronischen Schaltung in einem Gehäuse anzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich eine Baueinheit, die raumsparend untergebracht und mechanisch leicht befestigt sowie elektrisch einfach angeschlossen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung einer Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die elektronische Schaltung schematisch dargestellt ist,

F i g. 2 die Schaltung gemäß F i g. 1 mit ausführlicher elektronischer Schaltung,

Fig.3 zwei hintereinander angeordnete, mittels zweier Verbindungsschienen miteinander verbundene Überstromschalter, zwischen denen die elektronische Schaltung angeordnet und mit ihnen verbunden ist,
F i g. 4 eine Ansicht von links gemäß F i g. 3 und
F i g. 5 einen mäanderförmig ausgebildeten Vorwiderstand.

In Fig. 1 sind zwei Überstromschalter 1, 2 schematisch dargestellt. Beide Überstromschalter 1, 2 weisen eine Unterbrechungsstelle 3, ein Schaltschloß 4 und eine elektromagnetische Auslösung 5 auf. Der Überstromschalter 1 ist noch mit einer thermischen Auslösung 6 versehen. Außerdem weisen beide Überstromschalter 1, 2 je eine Hilfsspule 7 zur elektromagnetischen Auslösung auf. Die Hilfsspulen 7 sind parallel geschaltet und stehen in Verbindung mit einer elektronischen Schaltung 8, die einen Thyristor 9 aufweist. Die beiden Überstromschalter 1,2 liegen zwischen zwei Hälften 10 eines Akkumulators, der z. B. eine Gesamtspannung von 144 V aufweisen kann. Die Schaltung gemäß Fig. 1 ist noch mit einem Fernauslöser 11 versehen, durch den die beiden Überstromschalter 1, 2 aus der Ferne ausgelöst werden können.

Beim Auftreten eines Überstromes löst zunächst der Überstromschalter 1 entweder thermisch oder elektromagnetisch aus, so daß über das Schaltschloß 4 die Unterbrechungsstelle 3 geöffnet wird. Damit liegt nun ir Reihe mit der elektromagnetischen Auslösung 5 und dei thermischen Auslösung 6 des Überstromschalters 1 die elektromagnetische Auslösung 5 des Überstromschal ters 2. Die Magnetspule der elektromagnetischer Auslösung 5 des Überstromschalters 2 ist hochohmij ausgebildet und reduziert dadurch den Überstrom Trotz dieses reduzierten Überstromes spricht dis elektromagnetische Auslösung 5 des Überstromschal ters 2 an, und über das Schaltschloß 4 wird di< Unterbrechnungsstelle 3 des Überstromschalters ', geöffnet. Damit ist der gesamte Stromkreis de Schaltvorrichtung gemäß F i g. 1 unterbrochen. De Öffnungsweg des beweglichen Schaltgliedes der Unter brechungsstelle 3 des Überstromschalters 2 ist groi genug, um einen auftretenden Lichtbogen zu löscher Beim öffnen der Unterbrechungsstelle 3 des Über Stromschalters 1 tritt zwar eine Unterbrechung de Stromes der Überstromschaltvorrichtung nicht aul jedoch entsteht infolge des hohen Spannungsabfalles ai der hochohmigen Magnetspule der elektromagneti

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sehen Auslösung 5 des Überstromschalters 2 an der geöffneten Unterbrechungsstelle 3 des Oberstromschalters 1 ein Lichtbogen, der aber nicht schädlich ist. Durch die zwei Unterbrechungsstellen 3 der beiden Überstromschalter 1 und 2 wird die Gesamtspannung in zwei Teilspannungen aufgeteilt. Die elektromagnetische Auslösung 5 des Überstromschalters 2 spricht sofort nach öffnung der Unterbrechungsstelle 3 des Überstromschalters 1 an.

Die Fig.2 zeigt neben den beiden Überstromschaltern 1 und 2 die gesamte elektronische Schaltung, mit der die beiden Überstromschalter 1, 2 in Verbindung stehen.

Die elektronische Schaltung weist zunächst einen Gleichspannungswandler 12 und eine Gleichspannungsstabilisierung 13 auf, die an ihrem Ausgang eine Gleichspannung von 18 V liefert. Ferner ist die elektronische Schaltung mit einem Schaltungsteil 14 zur Überwachung der Temperatur des aus zwei Hälften 10 bestehenden Akkumulators und mit einem Schaltungsteil 15 zur Überwachung der Entladung des Akkumulators versehen.

Zur Messung der Temperatur des Elektrolyten des Akkumulators dient ein eingebautes Widerstandsthermometer 16, das in einer Brückenschaltung liegt. Der Schaltungsteil 14 weist einen Operationsverstärker 17 auf, der einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang besitzt. Am Ausgang des Operationsverstärkers 17 liegt ein elektromagnetisches Relais 18. Wird beim Ansteigen der Temperatur ein vorbestimmter Temperatursollwert überschritten, dann entsteht am Ausgang des Operationsverstärkers 17 ein Signal, durch das das elektromagnetische Relais 18 betätigt wird. Der Operationsverstärker 17 ist als Schmitt-Trigger geschaltet. Der Sollwert liegt hierbei an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 17, während die der Temperatur des Elektrolyten des Akkumulators entsprechende Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 17 angelegt ist. Bei der Erregung des elektromagnetischen Relais 18 werden Kontaktstücke 19 geschlossen, so daß der Thyristor 9 gezündet wird. Durch diese Zündung wird positive Spannung an die parallelgeschalteten Hilfsspulen 7 der beiden überstromschalter 1,2 angelegt, so daß diese beiden Überstromschalter 1, 2 zur Auslösung gebracht werden und der gesamte Stromkreis unterbrochen wird. Dadurch wird der Akkumulator gegen Übertemperatur geschützt.

Der Schaltungsteil 15 zur Überwachung der Entladung des Akkumulators weist einen Shunt 20 auf, an dem eine dem Entladestrom proportionale Spannung abgegriffen wird. Gleichzeitig wird auch ein verhältnisgleicher Teil der Batteriespannung abgegriffen. Beide abgegriffenen Spannungen bilden als Summe die Istwertspannung. Auch der Schaltungsteil 15 besitzt einen Operationsverstärker 21. Hierbei wird die

ίο Istwertspannung dem invertierenden Eingang und die Sollwertspannung dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 21 zugeführt. Auch der Operationsverstärker 21 ist als Schmitt-Trigger geschaltet. Durch das am Ausgang des Operationsverstärkers 21 auftretende Signal wird ein elektromagnetisches Relais 22 erregt, das Kontaktstücke 23 betätigt, wodurch der Thyristor 9 zum Zünden gebracht wird, so daß mittels der Hilfsspulen 7 die beiden Überstromschalter I₁ 2 auslösen. Durch diese Unterbrechung des Stromkreises

ίο wird eine zu starke unzulässige Entladung des Akkumulators verhindert.

Die F i g. 3 und 4 zeigen die beiden Überstromschalter 1, 2, die mittels zweier Verbindungsschienen 24 und 25 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.

Die Verbindungsschiene 25 kann als Vorwiderstand 26 ausgebildet sein, der gemäß F i g. 1 in Reihe mit der Magnetspule der elektromagnetischen Auslösung 5 des Überstromschalters 2 geschaltet und gemäß Fig.5 mäanderförmig ausgebildet ist. Beide Überstromschalter 1, 2 können mechanisch gleich ausgebildet sein, wobei beim Überstromschalter 2 die thermische Auslösung 6 entfernt ist. Beide Überstromschalter 1, 2 weisen einen Einschaltdruckknopf 27, Ausschaltschieber 28 und Anschlüsse 29—31 auf. Die Anschlüsse 31 stehen jeweils mit der Unterbrechungsstelle 3 in elektrischer Verbindung.

An der oberen Schmalseite der beiden Überstromschalter 1, 2 ist eine Schiene 32 mittels Schrauben 33 befestigt, an deren Unterseite ein Bleck 34 angeordnet ist, der die elektronische Schaltung aufweist.

Es besteht auch die Möglichkeit, beide Überstromschalter 1 und 2 zusammen mit der elektronischen Schaltung 8 in einem einzigen Gehäuse unterzubringen Dadurch ergibt sich eine raumsparende Baueinheit, die leicht mechanisch befestigt und in einfacher Weise elektrisch angeschlossen werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

24 OO 396 Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung zum Schütze eines von Akkumulatoren gespeisten Gleichstromkreises — insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb — gegen Überlastung und Unterspannung mit einem stromdurchflossenen Shunt, dessen Spannungsabfall abgegriffen und mit einem verhältnisgleichen Teil der Betriebsspannung zu einer Istwertspannung addiert ist, und mit einem ersten Überstromschalter mit elektromagnetischer Auslösung, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß diese Istwerispannung an dem invertierenden Eingang eines als L>ifferenzverstärker arbeitenden Operationsverstärkers (21) anliegt und mit einer am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers (21) anliegenden Sollwertspannung vergleichbar ist, daß beim Absinken der Istwertspannung unter die Sollwertspannung ein Thyristor (9) zündet, der den ersten (1) und einen zweiten Überstromschalter (2) zum Auslösen bringt, von denen der erste Überstromschalter (1) noch eine thermische Auslösung (6) und der zweite Überstromschalter (2) eine elektromagnetische Auslösung (5) aufweist, daß deren Magnetspule hochohmig ausgebildet ist und parallel zu der Unterbrechungsstelle (3) des ersten Überstromschalters (1) liegt und daß zusätzlich zum Schütze gegen Übertemperatur ein die Übertemperatur messendes Widerstandsthermometer (16) vorgesehen ist, das in einer Brückenschaltung liegt, an die der Thyristor (9) angeschlossen ist, der bei Erreichen einer vorbestimmen Sollwerttemperatur zündet und die beiden Überstromschalter (1,2) auslöst.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 mit zwei schmal ausgebildeten Überstromschaliern, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Überstromschalter (1, 2) in Richtung ihrer Breitseiten hintereinander sowie im Abstand voneinander angeordnet und mittels zweier Verbindungsschienen (24, 25) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind und daß eine als Baustein (Block 34) ausgebildete elektronische Schaltung (8) zwischen beiden Überstromschaltern (1, 2) angeordnet und an ihnen befestigt ist.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Verbindungsschiene (25) als Vorwiderstand (26), z. B. mäanderförmig, ausgebildet ist.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Überstromschalter (1, 2) mit der elektronischen Schaltung (8) in einem Gehäuse angeordnet sind.