DE2454944B1

DE2454944B1 - Vorrichtung zum UEberwachen und Schalten eines Gleichstromkreises

Info

Publication number: DE2454944B1
Application number: DE19742454944
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ELEK SCHEN STRASSENVERKEHR MBH; GES Gesellschaft fuer Elektrischen Strassenverkehr GmbH
Current assignee: ELEK SCHEN STRASSENVERKEHR MBH; GES Gesellschaft fuer Elektrischen Strassenverkehr GmbH
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1976-04-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen und Schalten eines Gleichstromkreises, insbe- Brückenschaltung liegendes Widerstandsthermometer 18 auf. Nachgeschaltet ist ein als Schmitt-Trigger geschalteter Operationsverstärker 19, an dessen Ausgang ein elektromagnetisches Relais 20 angeschlossen ist.
Eine dem vorgegebenen Übertemperaturwert entsprechende Spannung liegt am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 an, während die der tatsächlichen Temperatur der Akkumulatoren 2 entsprechende Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 angelegt ist. Wird der vorgegebene Übertemperaturwert erreicht, entsteht am Ausgang des Operationsverstärkers 19 ein Signal, durch das das Relais 20 betätigt wird. Infolge Erregung des Relais 20 wird der Kontakt 21 geschlossen und der Thyristor 17 gezündet. Mit der Zündung des Thyristors 17 werden die beiden parallelgeschalteten Relaisauslöser 10, 12 betätigt, die ihrerseits die beiden Schloßschalter 5, 7 öffnen.
Die Spannungsmeßeinrichtung 14 zur Überwachung der Akkumulatorenentladung weist einen im Gleichstromkreis 1 angeordneten Shunt 22 auf, an dem eine dem Entladestrom proportionale Spannung abgegriffen wird. Gleichzeitig wird auch ein verhältnisgleicher Teil der Batteriespannung abgegriffen. Beide Spannungen bilden als Summe eine Istwertspannung, die am invertierenden Eingang eines weiteren, ebenfalls als Schmitt-Trigger geschalteten Operationsverstärkers 23 anliegt, während die Sollwertspannung dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 23 zugeführt ist. Durch das am Ausgang des Operationsverstärkers 23 auftretende Signal wird ein elektromagnetisches Relais 24 erregt, welches wiederum einen Kontakt 25 betätigt, wodurch der Thyristor 17 gezündet wird. Der Thyristor 17 seinerseits betätigt wiederum die Relaisauslöser 10, 12 und damit die beiden Schloßschalter 5, 7. Auf diese Weise wird eine unzulässige Entladung der Akkumulatoren 2 unterbunden.
Die Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 3 weist im wesentlichen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise auf wie die zuvor beschriebene Vorrichtung. Unterschiedlich ist, daß separate Überstromauslöser fehlen. Deren Funktion wird vielmehr von dem ersten Relaisauslöser 10 und dem zweiten Relaisauslöser 12 übernommen. Der erste Relaisauslöser 10 ist einerseits unmittelbar und andererseits über einen mit dem ersten Schloßschalter 5 gekuppelten Hilfskontakt, eine einstellbare RC-Kombination 27 als Verzögerungsglied und den zweiten Relaisauslöser 12 mit einem mit dem zweiten Schloßschalter 7 gekuppelten Hilfskontakt verbunden. Der mit dem ersten Schloßschalter 5 gekuppelte Hilfskontakt ist bei geschlossenem ersten Schloßschalter 5 geöffnet, während der mit dem zweiten Schloßschalter 7 gekuppelte Hilfskontakt bei geschlossenem zweiten Schloßschalter 7 geschlossen ist. Als Überstrommeßeinrichtung dient der im Gleichstromkreis 1 angeordnete Shunt 22, der mit dem Thyristor 17 verbunden ist. Bei Zünden des Thyristors 17 oder Betätigen der Schalteinrichtung 4 wird zunächst der erste Schloßschalter 5 geöffnet und der mit ihm gekuppelte Hilfskontakt geschlossen. Der zweite Relaisauslöser 12 wird dann infolge der RC-Kombination 27 verzögert erregt und öffnet schließlich den zweiten Schloßschalter 7.
Die F i g. 4 und 5 zeigen die Vorrichtung in einer mechanisch-konstruktiven Ausführung. Der erste Schloßschalter 5 mit seinen Auslösern 8 bis 10 und der zweite Schloßschalter 7 mit seinen Auslösern 11, 12 sind jeweils zu einem flachen Bauteil 29 bzw. 30 zusammengefaßt und durch Verbindungsschienen 31, 32, miteinander verbunden. Der dem ersten Schloßschalter 5 parallelgeschaltete Widerstand 6 dient als eine der Verbindungsschienen 31 bzw. 32 und ist, wie F i g. 6 zeigt.
mäanderförmig ausgebildet. Die die Schloßschalter 5, 7 und Auslöser 8 bis 12 enthaltenden Bauteile 29, 30 lassen Einschaltdruckknöpfe 33, Ausschaltschieber 34 und Anschlüsse 35 bis 37 erkennen. Außerdem ist an beiden Bauteilen 29, 30 mittels Schrauben 38 eine Halteschiene 39 für die als Blockbaustein 40 ausgebiidete Elektronik der Meßeinrichtungen 13,14 befestigt.
sondere eines Akkumulatoren aufweisenden Antriebsgleichstromkreises in einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb, bestehend aus einem im Gleichstromkreis angeordneten, letzteren bei Auftreten eines Überstromes selbsttätig unterbrechenden Schaltgerät und einer Schalteinrichtung zum willkürlichen Öffnen und Schließen des Gleichstromkreises.
Bei bekannten Vorrichtungen der genannten Gattung besteht das den Gleichstromkreis bei Auftreten eines Überstromes selbsttätig unterbrechende Schaltgerät regelmäßig aus einer Sicherung und die Schalteinrichtung zum willkürlichen Öffnen und Schließen des Gleichstromkreises aus einem in Reihe zur Sicherung liegenden Schalter (DT-PS 4 85 990). Für die meisten Anwendungsfälle genügen die bekannten Vorrichtungen den gestellten Anforderungen. Überall da jedoch, wo zwischen Betriebsstrom und Überstrom nur geringe Differenzen bestehen, können die bekannten Vorrichtungen keinen ausreichenden Schutz gewährleisten, weil die Ansprechgenauigkeit des Schaltgerätes mit zu großen Fehlern behaftet ist. Insbesondere bei Akkumulatoren aufweisenden Antriebsgleichstromkreisen in Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb hat man festgestellt, daß die Akkumulatoren trotz Überstromsicherung und das Schaltgerät oder die Schalteinrichtung an den zugehörigen Kontakten infolge Lichtbogenbildung einer vorzeitigen Zerstörung oder einem zu frühen Verschleiß unterliegen. Da für die Zukunft mit einem erheblich sich vergrößernden Einsatz von durch Akkumulatoren angetriebenen Kraftfahrzeugen zu rechnen ist, kommt diesem Problem besondere Bedeutung zu.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu finden, die bei hoher Lebensdauer und geringen Wartungsansprüchen einen optimalen Schutz des Gleichstromkreises garantiert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schaltgerät aus einem ersten Schloßschalter, einem dem ersten Schloßschalter parallelgeschalteten Widerstand, einem dem ersten Schloßschalter bzw.
dem Widerstand in Reihe geschalteten zweiten Schloßschalter und den beiden Schloßschaltern zugeordneten Auslösern besteht, wobei mittels der Auslöser bei Auftreten des Überstromes zunächst der erste Schloßschalter und danach der zweite Schloßschalter geöffnet wird, und daß den Auslösern die willkürlich betätigbare Schalteinrichtung und Meßeinrichtungen zum Überwachen weiterer kritischer Zustandsparameter des Gleichstromkreises zugeordnet sind.
Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, daß bei einer in der beschriebenen Weise kaskadenartig arbeitenden Vorrichtung sowohl ein definierter Schalteinsatzpunkt gewährleistet als auch bei hohen Abschaltleistungen eine schädliche Lichtbogenausbildung vermieden werden kann, weil der Strom durch Öffnen des ersten Schloßschalters zwangsweise über den dem ersten Schloßschalter parallelgeschalteten Widerstand geleitet wird und damit der zweite Schloßschalter nur noch den entsprechend reduzierten Überstrom abschalten muß. Darüber hinaus eröffnet die beschriebene Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit eines sehr umfassenden Schutzes von Gleichstromkreisen und insbesondere von darin befindlichen Akkumulatoren.
Eine angestrebte gleichmäßige Beanspruchung der Schaltstrecken der Schloßschalter wird erzielt, wenn der dem ersten Schloßschalter parallelgeschaltete Widerstand für ein Verhältnis der Abschaltleistung des ersten Schloßschalters zu der des zweiten Schloßschalters von etwa 3 1 ausgelegt ist.
Im einzelnen kann der Schutz gegen Überstrom nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, die sich in der Praxis gut bewährt hat, dadurch erreicht werden, daß dem ersten Schloßschalter ein erster elektromagnetischer und/oder ein thermischer Überstrom.
auslöser sowie ein erster Relaisauslöser und dem zweiten Schloßschalter ein zweiter elektromagnetischer Überstromauslöser sowie ein zweiter Relaisauslöser zugeordnet sind, daß die Überstromauslöser des ersten Schloßschalters im Gleichstromkreis dem ersten Schloßschalter in Reihe vorgeschaltet sind und der zweite Überstromauslöser dem zweiten Schloßschalter in Reihe mit dem dem ersten Schloßschalter parallelgeschalteten Widerstand vorgeschaltet ist. Der erste Relaisauslöser und der zweite Relaisauslöser können dabei in Reihen- oder Parallelschaltung an die Meßeinrichtungen sowie die willkürlich betätigbare Schalteinrichtung angeschlossen sein. Eine weitere Ausführungsform, die sich durch besonders einfachen Aufbau auszeichnet, besteht darin, daß dem ersten Schloßschalter ein erster Relaisauslöser und dem zweiten Schloßschalter ein zweiter Relaisauslöser zugeordnet ist und der erste Relaisauslöser über ein Verzögerungsglied mit dem zweiten Relaisauslöser verbunden ist und daß den beiden Relaisauslösern ein im Gleichstromkreis angeordneter Shunt als Überstrommeßeinrichtung zugeordnet ist. Das Verzögerungsglied besteht bei dieser Ausführungsform vorzugsweise aus einer einstellbaren RC-Kombination. Mit Hilfe der beschriebenen Ausbildung kann sowohl eine stromrichtungsabhängige Auslösung der Schloßschalter erreicht werden als auch in bestimmten Betriebszuständen eine Auslösung verhindert oder verzögert werden.
Den Meßeinrichtungen zum Überwachen der kritischen Zustandsparameter des Gleichstromkreises ist vorteilhafterweise ein die beiden Relaisauslöser ansteuernder Thyristor nachgeschaltet. Die Art der einzusetzenden Meßeinrichtungen zum Überwachen weiterer kritischer Zustandsparameter, d. h. anderer Zustandsparameter als Überstrom, wird regelmäßig vom Aufbau des Gleichstromkreises abhängen. So bestehen diese beispielsweise aus einer Temperatur- und/oder Spannungs- und/oder Druck- und/oder Kraftmeßeinrichtung. Bei Akkumulatoren kann die Temperaturmeßeinrichtung zum Schutz vor Übertemperatur, beispielsweise infolge Überladung, aber auch vor Untertemperatur eingesetzt werden. So darf z. B. die Elektrolyttemperatur eines Bleiakkumulators +55"C nicht überschreiten, während die untere Betriebstemperatur einer Natrium-Schwefel-Batterie bei +280°C liegt. Die Temperaturmeßeinrichtung, an welche der Thyristor angeschlossen ist, weist nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ein in einer Brückenschaltung liegendes Widerstandsthermometer auf. Die Spannungsmeßeinrichtung kann z. B. einen Akkumulator vor zu starker Entladung und Zerstörung schützen; die vom Entladestrom abhängige Entladeschlußspannung wird regelmäßig von den Akkumulatorenherstellern angegeben. Eine entsprechende Spannungsmeßeinrichtung besteht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung aus einem im Gleichstromkreis angeordneten Shunt, der mit dem zuvor bereits erwähnten Shunt identisch sein kann, wobei aus der am Shunt abgegriffenen Spannung und einem verhältnisgleichen Teil der Betriebsspannung eine Istwertspannung gebildet ist, die am invertie-

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Überwachen und Schalten eines Gleichstromkreises, insbesondere eines Akkumulatoren aufweisenden Antriebsgleichstromkreises in einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb, bestehend aus einem im Gleichstromkreis angeordneten, letzteren bei Auftreten eines Überstromes selbsttätig unterbrechenden Schaltgerät und einer Schalteinrichtung zum willkürlichen Öffnen und Schließen des Gleichstromkreises, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Schaltgerät (3) aus einem ersten Schloßschalter (5), einem dem ersten Schloßschalter (5) parallelgeschalteten Widerstand (6), einem dem ersten Schloßschalter (5) bzw. dem Widerstand (6) in Reihe geschalteten zweiten Schloßschalter (7) und den beiden Schloßschaltern (5, 7) zugeordneten Auslösern (8 bis 12) besteht, wobei mittels der Auslöser (8, 9, 11 bzw. 10, 12) bei Auftreten des Überstromes zunächst der erste Schloßschalter (5) und danach der zweite Schloßschalter (7) geöffnet wird, und daß den Auslösern (10, 12) die willkürlich betätigbare Schalteinrichtung (4) und Meßeinrichtungen (13, 14) zum Überwachen weiterer kritischer Zustandsparameter des Gleichstromkreises (1) zugeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem ersten Schloßschalter (5) parallelgeschaltete Widerstand (6) für ein Verhältnis der Abschaltleistung des ersten Schloßschalters (5) zu der des zweiten Schloßschalters (7) von etwa 3 :1 ausgelegt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Schloßschalter (5) ein erster elektromagnetischer und/oder ein thermischer Überstromauslöser (8 bzw. 9) sowie ein erster Relaisauslöser (10) und dem zweiten Schloßschalter (7) ein zweiter elektromagnetischer Überstromauslöser (11) sowie ein zweiter Relaisauslöser (12) zugeordnet sind, daß die Überstromauslöser (8, 9) des ersten Schloßschalters (5) im Gleichstromkreis (1) dem ersten Schloßschalter (5) in Reihe vorgeschaltet sind und der zweite Überstromauslöser (11) dem zweiten Schloßschalter (7) in Reihe mit dem dem ersten Schloßschalter (5) parallelgeschalteten Widerstand (6) vorgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Relaisauslöser (10) und der zweite Relaisauslöser (12) in Reihen- oder Parallelschaltung an die Meßeinrichtungen (13, 14) sowie die willkürlich betätigbare Schalteinrichtung (4) angeschlossen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Schloßschalter (5) ein erster Relaisauslöser (10) und dem zweiten Schloßschalter (7) ein zweiter Relaisauslöser (12) zugeordnet ist und der erste Relaisauslöser (10) über ein Verzögerungsglied (26) mit dem zweiten Relaisauslöser (12) verbunden ist und daß den beiden Relaisauslösern (10, 12) ein im Gleichstromkreis (1) angeordneter Shunt (21) als Überstrommeßeinrichtung zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied (26) aus einer einstellbaren RC-Kombination besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Meßeinrichtungen (13, 14)- ein die beiden Relaisauslöser (10, 12) ansteuernder Thyristor (17) nachgeschaltet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (13, 14) zum Überwachen weiterer kritischer Zustandsparameter des Gleichstromkreises aus einer Temperatur- und/oder Spannungs- und/oder Druck- und/oder Kraftmeßeinrichtung bestehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Temperaturmeßeinrichtung bestehende Meßeinrichtung (13) ein Widerstandsthermometer (18) aufweist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsthermometer (18) in einer Brückenschaltung liegt, an welche der Thyristor (17) angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Spannungsmeßeinrichtung bestehende Meßeinrichtung (14) aus einem im Geichstromkreis (1) angeordneten Shunt (22) besteht, daß aus der am Shunt (22) abgegriffenen Spannung und einem verhältnisgleichen Teil der Betriebsspannung eine Istwertspannung gebildet ist, die am invertierenden Eingang eines als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärkers (23) anliegt und mit einer am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers (23) anliegenden Sollwertspannung verglichen ist, und daß der Operationsverstärker (23) dem Thyristor (17) vorgeschaltet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine dem Schaltgerät (3) zugeordnete Vorwarnungseinrichtung.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung einer Ladezustandsanzeigeeinrichtung ein Energie-oder Ladungsdurchflußmeßgerät für Akkumulatoren (2) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die willkürlich betätigbare Schalteinrichtung (4) als Fernbedienung ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der willkürlich betätigbaren Schalteinrichtung (4) ein Zeitschaltwerk zugeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schloßschalter (5) mit seinen Auslösern (8 bis 10) und der zweite Schloßschalter (7) mit seinen Auslösern (11, 12) jeweils zu einem flachen Bauteil (29, 30) zusammengefaßt sind und zwischen den durch Verbindungsschienen (31, 32) verbundenen Bauteilen (29, 30) die Meßeinrichtungen (13, 14) als Blockbaustein (40) angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der dem ersten Schloßschalter (5) parallelgeschaltete Widerstand (6) eine der Verbindungsschienen (31 bzw. 32) ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (6) mäanderförmig ausgebildet ist.