DE2629271C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Notstromanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Notstromanlagen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Notstromanlagen bestehen in aller Regel aus einer Batterie und einem Ladeglcichrichter, über ilen von einer Wcchselstromquclle her die Batterie über eine flochladungsphase stets auf einer Erhaltungsladung gehalten wird.

Um die Einsatzfähigkeit der Batterie stets zu gewährleisten ist es bekannt, den Ladezustand der Batterie automatisch zu überprüfen und dazu insbesondere die Verbindungslcitung Gleichrichter-Batterie bzw. Batterie-Verbraucher durch eine Meßeinrichtung /u überwachen, die bei Sicherungsausfall, bei Leitungsbruch und sonstigen Störungen ein Signal

Die bisher bekannten Meßeinrichtungen beruhen zumeist auf Messungen der Ausgangswelligkeit des zwischen Batterie und Ladegleichrichter fließenden Stromes. Dies kann entweder die von) Ladegleichrichter abgegebene Welligkeit sein, es kann aber auch eine dem Strom von einer besonderen Wechselstromquelle aufgeprägte Welligkeit sein. Ist die Batterie noch richtig angeschlossen und hat sie noch ih. e volle Leistung, so ist die Ausgangswelligkeit gering, da die Batterie durch ihre Kapazität und Gegenspannung den Ladestrom glättet. Fällt die Batterie aber aus, so liegt die volle Welligkeit an deren Ausgang, was mit einem geeigneten Meßgerät angezeigt wird.

Diese Meßeinrichtungen haben jedoch erstens den Nachteil, daß sie nur bei ungeglätteten Gleichrichtern angewendet werden können, und zweitens ist die Welligkeit auch bei einem ungeglätteten Gerät kein unbedingt sicheres Kriterium, um die Batteriezuleitung zu überwachen. Die Welligkeit ist nämlich abhängig vom Ladestrom bzw. Verbraucherstrom, von der Batteriekapazität und von der Schaltung und dem Imienwiderstand des Gleichrichters, also durchaus auch von Kriterien, die über die Betriebsbereitschaft der Anlage bzw. den Ladezustand der Batterie nichts aussagen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von Notstromanlagen anzugeben, dem diese Nachteile nicht anhaften, und das sich also nicht auf die Messung der Welligkeit stützt.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Ausgangsspannung des Ladegleichrichters und die Batteriespannung über eine Brückenschaltung verglichen werden, wobei die Batterie, aufgeteilt in zwei Teile, den einen Zweig der Brücke und die Gerätespannung, geteilt über entsprechende Widerstände, den anderen Zweig der Brücke darstellen, und das Ausgangssigna! der Brückendiagonale einer Meß- bzw. Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

Zu diesem Zweck werden am Ladegleichrichter und an der Batterie Teilspannungen abgegriffen und über die Brückenschaltung miteinander verglichen. Auf der Seite des Ladegleichrichters erfolgt der Abgriff mittels eines Spannungsteilers, der eine Teilspannung der Gesamt-Ausgangsspanining liefert, während auf der Batterieseite ein entsprechend gestalteter Zwischenabgriff vorgenommen wird.

Insbesondere wird dabei vorgeschlagen, vom Spannungsteiler die halbe Ausgangsspannung abzugreifen und an der Batterie einen Mittenabgriff anzubringen. Es ist zwar nicht unbedingt erforderlich, daß die Batterie symmetrisch aufgeteilt wird, jedoch sollten im Hinblick auf eine erhöhte Meßgenauigkeit die an der Batterie abgegriffenen Teilspannungcn um nicht mehr als 20% voneinander verschieden sein.

In der Brückendiagonale kann als eigentlicher Spannungsvergleicher ein Differenzverstärker vorgesehen sein, dem ein Schwellwertschalter in Form eines Relais mit einer bestimmten Anspreehspanming nachgeschaltct ist. Das Relais schaltet dann seinerseits eine Anzeigeeinrichtung, die den gestörten Zustand der Notstromanlage anzeigt.

Bei ungeglätteten Ladegleichrichtern, die bei Batterieausfall wenigstens eine Rest-Welligkeit liefern, kann diese Welligkeit zusätzlich zur Anzeige herangezogen werden. Zu diesem /weck ist dem Spannuugs-

vergleicherein Oleichrichter mit Glättungskondensator nachgeschaltet. Durch diese Schaltungselemente wird die Welligkeit gleichgerichtet und bewirkt ein sofortiges starkes Ansteigen der Meßspannung, die das Relais besonders schnell ansprechen läßt. Bei geglätteten Gleichrichtern kann zu diesem Zweck dem Meßkreis von außen her ein Wechselstrom überlagert werden, der z. B, an der Primärseite des Gleichrichters abgegriffen werden kann.

In der Zeichnung ist die Schaltung nach der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. In ihr ist der mit 1 bezeichnete Ladegleichrichter mit seiner Primär- und Sekundärseite dargestellt. Ihm gegenüber liegt die Batterie 2. Der Ladegleichrichter und die Batterie sind durch die Zuleitungen 3 und 4 miteinander verbunden, wobei in jeder Leitung eine Sicherung 5 bzw. 5 a untergebracht ist. Ladegleichrichterseitig ist ein Spannungsteiler, bestehend aus den Festwiderständen A₁; A₂ und dem Potentiometer R_s vorgesehen, an dem eine Teilspannung U_Rl bzw. U_R2 der Ausgangsspannung U_c des Ladegleichrichters abgegriffen werden kann.

Die Batterie 2 ist mit einem Zwischenabgriff 6 versehen, an dem die Teilspannung U_Bl bzw. U_B2 der Batteriespannung U₈ anliegt. Wie bereits betont, ist es nicht erforderlich, daß die Batterie symmetrisch aufgeteilt wird. Der Abgleich der Brücke wird am Spannungsteiler R₁; R₂ und R_y vorgenommen. Jedoch ist eine symmetrische Aufteilung anzustreben, im Hinblick auf eine erhöhte Meßgenauigkeit. Das heißt U_Bl sollte von U_B2 nicht mehr als 20% abweichen.

Außerdem ist ein Differenzverstärker 7 vorgesehen, der im Diagonalzweig der Brücke liegt, und dessen beiden Eingängen die Teilspannung von U_G und U_B zugeführt werden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 7 führt über einen Trimmwiderstand 8 zu einem Gleichrichter 9 mit Glättungskondensator 10 und weiter zu einem Verstärker Il und einem Relais 12. Dieses Relais 12 schaltet eine Warnlampe 13, die das eigentliche Signal für Störungen im Batteriezustand darstellt.

Der Abgleich der Brücke erfolgt über R₃, und zwar derart, daß bei intakter Anlage an dem in der Brükkcndiagonalc liegenden Differenzverstärker 7, bzw. an dem zwischen seinen Eingängen liegenden Widerstand R₁ die Spannung 0 anliegt.

Denn wenn U₀, = U₀-, und U_a, = U_n, und U_R. = Ug. und C/_Ä, = U_g2 ist, dann ist U₀₁ = I). Das heißt t/*, = U_R1 = i/ "u_n.

Auch wenn Ü_g{ ungleich Ü_B2 ist, was dann der Fall ist, wenn die Zellenzahl der Batterie 2 nicht durch 2 teilbar ist, dann ist die Brücke abgeglichen, wenn U_RX = Ug ,und U_R1= U_B2ist, auch wenn U_a{ ungleich

^UH2 '^St·

Der Überwachungsvorgang ist nun folgender: Im Falle eines Fehlers, z. B. bei Sicherungsausfall oder bei Leiiungsbruch, Zellenschluß, Zellenverbinder offen usw. sinkt die Batteriespannung ab. Dies hat zur Folge, daß die Brücke verstimmt wird, denn U₁. bleibt konstant, und somit auch U_Rl und U_R1, während U_B1 und U_B1 kleiner werden. Die Folge ist, daß am Eingang des Differenzverstärkers 7 (bzw. im Brückenzweig) eine Spannung entsteht. Diese Spannung wird zur Auswertung verstärkt und über das Relais 12 angezeigt.

Liefert der Ladegieichrichter eine reine, geglättete Spannung, so liegt an den Eingängen des Differenzverstärkers 7 ebenfalls eine reine üisichspannung und die Einschaltung der Warnlampe 13 ist .·>ο lange verzögert, bis die Differenzspannung den Ansprechwert des Relais erreicht hat. Liefert dagegen der Ladegieichrichter bei Ausfall der Batterie eine zusätzliche Welligkeit, was bei allen ungeglätteten Geräten der Fall ist, so wird diese Welligkeit im Gleichrichter 9 gleichgerichtet und dient zusätzlich der Messung. Das hat zur Folge, daß die Meßspannung sofort stark ansteigt und das Relais 12 unverzögert schaltet.

Bei geglätteten Ladegleichrichtern kann man sich diese zusätzliche Messung dadurch nutzbar machen, daß man an der Primärseite des Gleichrichters einen Wechselstrom abgreift und ihn mittels einer Leitung 14 auf den Meßkreis gibt. Dieser Wechselstrom liegt in der Größenordnung von ca. 20 μΑ und beeinflußt den Ladestrom in keiner Weise.

Das erfundene Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens haben insbesondere die Vorteile, daß erstens eine echte Überwachung der Zuleitung sowohl während der Hochladung als auch wahrend der Erhaltungsladung der Batterie gegeben ist; zweitens ist diese überwachung unabhängig von der jeweiligen Batteriespannung; und drittens kann das Verfahren universell, d. h. sowohl bei geglätteten als auch bei ungeglätteten Ladegleichrichtern angewendet werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (8)

26 29 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung von aus einer Batterie und einem wechselstromgespeisten Ladegleichrichter bestehenden Notstramanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Ladegleichrichters (1) und die Spannung der Batterie (2) in einer Brückenschaltung miteinander verglichen werden, wobei die in ■ zwei Teile unterteilte Batterie (2) den einen Zweig der Brücke, und die über entsprechende Widerstände (R₁; R₁; R₃) geteilte Gerätespannung den anderen Zweig der Brücke darstellt, und das Ausgangssignal der Brückendiagonale einer Meßbzw. Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ladegleichrichter (1) und an der Batterie (2) gleiche Teilspannungen abgegriffen und über die Brückenschaltung miteinander verglichen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Brückendiagonale verstärkt und danach der Meßbzw. Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dab' Ausgangssignal des Spannungsvergleichers zusätzlich gleichgerichtet und danach verstärkt und der Meß- bzw. Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

5. Verfahrennach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßkreis zusätzlich ein Meßstrom üterlagev< wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch l.dadui h gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Differentialverstärkcr (7) besteht, dem ein Schwellwertschalter (12) mit Meß- bzw. Anzeigevorrichtung (13) nachgeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Differentialverstärker (7) und den Schwellwertschalter (12) ein weiterer Verstärker (11) geschaltet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6, und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Differcntialverstärkcr (7) und den weiteren Verstärker (11) ein Gleichrichter (9) mit Glättungskondensator (10) geschaltet ist.