-
Vorrichtung zur selbsttätigen Prüfung der Kapazität von Batterien
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Prüfung
der Kapazität von Batterien, insbesondere in Notstromanlagen, durch Abschalten der
Ladeeinrichtung, Einschalten einer Belastung und überprüfen der#Batteriespannung
mittels einer Spannungsüberwachung innerhalb einer vorgegebenen Entladezeit bei
gleichzeitiger Überwachung der als Maß für die Kapazität anzusehenden Spannung,
die einen vorgegebenen Wert für die Entladeschlußspannung nicht unterschreiten darf.
-
Nach den geltenden Vorschriften für die Kapazitätsprüfung von Batterien
in Notstromanlagen ist eine ordnungsgemäße Funktion der Anlage und der Batterie
in Abständen von drei Monaten zu überprüfen, wobei die Überprüfung der Batteriekapazität
durch eine dreistündige Belastung erfolgt. Bei den für diese Überprüfung bekannten
Vorrichtungen muß die Ladeeinrichtung für die Batterie von Hand abgeschaltet werden;
auch das Einschalten einer Belastung in Form von Belastungswiderständen geschieht
von Hand. Während der dreistündigen Entladezeit muß die als Maß für die Kapazität
anzusehende Spannung der Batterie von einer Bedienungsperson mittels einer Spannungsüberwachung
beobachtet werden, wobei es außerdem erforderlich ist, darauf zu achten, daß die
Entladespannung einen von der Art der Batterie abhängigen ~ Minimalwert nicht unterschreitet,
damit Schäden an der Batterie vermieden werden. Bei einer Bleibatterie beträgt die
Minimalspannung
im allgemeinen 1,8 V pro Zelle, bei einer Nickel-Cadmium-Batterie
1,0 Volt pro Zelle. Die Speicherfähigkeit einer Batterie wird dann als ordnungsgemäß
angesehen, wenn die Spannung der Batterie nach der dreistündigen Entladezeit oberhalb
der Minimalspannung liegt.
-
Das bekannte Verfahren zur Überwachung der Kapazität von Batterien
besitzt nicht nur den Nachteil, daß manuelle Vorgänge durchgeführt werden müssen
und infolge der mehrstündigen Überwachung durch eine Bedienungsperson Fehler auftreten
können, sondern bewirkt auch die Gefahrß daß bei einem plötzlichen Netzausfall die
Notstromanlage nicht betriebsbereit ist.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur selbsttätigen Prüfung der Kapazität von Batterien, insbesondere in Notstromanlagen,
zu schaffen, die anstelle der manuellen und optischen Überwachung durch eine Bedienungsperson
eine selbsttätige Überwachung mit einer Speicherung der Ergebnisse und einer selbsttätigen
Umschaltung auf das Netz sowohl bei einer vorzeitigen als auch bei einer regulären
Beendigung des Überwachungsvorganges ermöglicht.
-
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß durch einen Schalter außer der Batteriespannungsüberwachung
eine Zeitmeßeinrichtung einschaltbar ist die entsprechend der vorgegebenen Entladezeit
Zeittaktimpulse erzewt, daß die Zeittaktimpulse als Maß für die erreichte Kapazität
in einem Zähler addiert und angezeigt werden und daß die Batteriespannungsüberwachung
und die Zeitmeßeinrichtung durch eine Vergleichsschaltung mit einem Steuerrelais
für die Beendigung des Prüfvorganges und Einschaltung des Netzes und der Ladeeinrichtung
derart verknüpft sind, daß sowohl bei Erreichen der vorgegebenen Entladezeit als
auch bei Unterschreiten der vorgegebenen Entladeschlußspannung die Um- und Rückschaltung
erfolgt, wobei beim Unterschreiten der vorgegebenen Entladeschlußspannung gleichzeitig
eine Signaleinrichtung eingeschaltet wird.
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es lediglich erforderlich,
einen Schalter zu betätigen, der über ein Schütz einerseits die Ladeeinrichtung
vom Netz und der Batterie trennt und andererseits eine Batteriespannungsüberwachung
und eine Zeitmeßeinrichtung einschaltet. Die Zeitmeßeinrichtung gibt für die vorgegebene
Entladezeit, beispielsweise drei Stunden, Zeitimpulse ab, die in einem nachgeschalteten
Zähler solange addiert werden, bis entweder die vorgegebene Entladezeit erreicht
oder eine vorgegebene Minimalspannung der Batterie unterschritten wird. Erreicht
die an einen Verbraucher, beispielsweise einen Belastungswiderstand oder einen Umrichter,
angeschlossene Batterie die vorgegebene Entladeeit, ohne daß die vorgegebene Minimalspannung
unterschritten wird, sind im Zähler hundert Prozent der möglichen Zeitimpulse aufaddiert
worden. Die Batteriekapazität betrug somit beim Beginn des Prüfungsvorganges hundert
Prozent. Wird dagegen während der vorgegebenen Entladezeit die Minimalspannung unterschritten,
schaltet die Batteriespannungsüberwachung mittels eines Relais die Belastung ab
und verbindet-die Batterie wiederum mit der vom Netz gespeisten Ladeeinrichtung.
Im Zähler wurde bis zu diesem Zeitpunkt eine bestimmte Anzahl von Zeitimpulsen addiert.
-
Diese sind ein Maß dafür, auf welchen Wert die Speicherkapazität der
Batterie abgefallen ist. Anhand dieses Wertes kann entschieden werden, ob die Batterie
für einen bestimmten Zeitraum noch benutzbar ist oder ausgetauscht werden muß.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zeitmeßeinrichtung
durch einen Frequenzteiler gebildet, der die Impulse aus dem Netz entnimmt und entsprechend
der vorgegebenen Entladezeit in Meßimpulse umwandelt. Bei einer vorgegebenen Entladezeit
von drei Stunden erzeugt der Frequenzteiler nach 1,8 Minuten jeweils einen Zeittaktimpuls,
so daß nach Ablauf der drei Stunden hundert Impulse im Zähler gespeichert sind,
die demgemäß einer Batteriekapazität von hundert Prozent entsprechen.
-
Damit bei einem Ausfall des Netzes die Batterie der Notstromanlage
als Stromlieferant zur Verfügung steht, ist gemäß einem
weiteren
Merkmal der Erfindung das Steuerrelais durch eine Netzüberwachung bei Ausfall des
Netzes einschaltbar. Hierdurch stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung sicher, daß
auch während des Prüfvorganges die Batterie im Notfall zur Verfügung steht Der Netzüberwachung
ist eine bei Netzausfall einschaltende Signaleinrichtung, beispielsweise eine Signallampe,
zugeordnet, so daß der Grund für die Unterbrechung des Prüfvorganges jederzeit erkennbar
ist.
-
Bei einer bevorzugten Ausfübrungsform kann als Belastung während der
vorgegebenen Entladezeit der Gleichrichter der Ladeeinrichtung als netzgeführter
Umrichter verwendet werden, so daß die bei der Entladung der Batterie während des
Prüfvorganges anfallende Energie in das Natz zurückgeführt wird.
-
Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, dem Zähler eine
Anzeigevorrichtung mit Siebensegment-Ziffernanzeige zuzuordnen, so daß auch nach
Ablauf der Kapazitätsprüfung für die Uberwachungsperson erkennbar ist, zu welchem
Ergebnis der selbsttätig ablaufende Prüfvorgang geführt hat.
-
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung
und Fig. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtungsteile.
-
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild ist eine Batterie
1 als Teil einer Notstromanlage mittels eines Netzschützes 2 normalerweise mit einem
Gleichrichter 3 einer Ladeeinrichtung verbunden, welche innerhalb gewisser Grenzen
die Kapazität der Batterie 1 auf dem Nennwert hält. Um die Kapazität dieser Batterie
1 gemäß den Vorschriften, beispielsweise nach Ablauf von drei Monaten, selbsttätig
zu überprüfen, ist die im Blockschaltbild oberhalb der gestrichelten Linie dargestellte
und durch ein eigenes Setzgerät 14 mit Gleichstrom versorgte Überwachungsvorrichtung
angeordnet. Alle Bauelemente, Widerstände, integrierte
Schaltkreise,
Leuchtdioden, und Displays dieser Vorrichtung sind auf einer gedruckten Schaltung
stoß- und erschütterungsfest verlötet und in einem allseitig gekapselten, druck-
und schlagfesten Instrumenten-Normgehäuse angeordnet, dessen Vorderansicht in Fig.
1 dargestellt ist.
-
Die Bauteile umfassen einen Schalter 4, durch dessen Betätigung das
Netz schütz 2 den Gleichrichter 3 vom Netz und von der Batterie 1 trennt. Gleichzeitig
werden eine Batteriespannungsüberwachung 5 und eine Zeitmeßeinrichtung 6 ein#eschaltet.
Die Zeitmeßeinrichtung 6 besteht aus einem Frequenzteiler, der die Impulse aus dem
Netz entnimmt und entsprechend der vorgegebenen Entladezeit in Meßimpulse umwandelt.
Beträgt die vorgegebene Entladezeit beispielsweise drei Stunden, wandelt die Zeitmeßeinrichtung
6 die aus dem Netz entnommenen Impulse derart um, daß an ihrem Ausgang alle 1,8
Minuten ein Impuls ansteht. Diese Zeittaktimpulse werden in einem nachgeschalteten
Zähler 7 addiert. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel stehen somit in diesem Zähler
7 mit Ablauf der Entladezeit eine Mehrzahl von Zeittaktimpulsen an, die dem Prozentsatz
des verstrichenen Anteils der vorgegebenen Entladezeit entsprechen.
-
Um den Zählerstand sichtbar zu machen, ist dem Zähler 7 eine Anzeigevorrichtung
8 nachgeschaltet, die mit einer Siebensegment-Ziffernanzeige 8a versehen ist. Die
Siebensegment-Ziffernanzeige 8a zeigt somit laufend den Prozentsatz der vorgegebenen
Entladezeit an, der bis zum Betrachtungszeitpunkt seit Einschalten der Vorrichtung
verstrichen ist.
-
In der Batteriespannungsüberwachung 5 wird laufend überwacht, daß
die während des Entladevorganges herrschende Batteriespannung einen vorg«pbenen
Minimalwert nicht unterschreitet. Bei einer Blei-Batterie beträgt dieser Minimalwert
1,8 Volt pro Zelle; bei einer Nickel-Cadmium-Batterie 1,0 Volt pro Zelle.
-
Die Batteriespannungsüberwachung 5 und der Zähler 7 sind miteinander
durch eine Vergleichsschaltung 9 verknüpft, der ein Steuerrelais 9a nachgeschaltet
ist. Sobald die Vergleichsschaltung
9 vom Zähler 7 die Mitteilung
erhält, daß hundeltProzent der Zeittaktimpulse erreicht sind, betätigt sie über
das Steuerrelais 9a das Netzschütz 2, so daß der Prüfvorgang beendet und der Gleichrichter
3 wieder mit dem Netz und der Batterie 1 ver -bunden wird. Die Siebensegment-Ziffernanzeige
8a zeigt in diesem Fall mit konstant leuchtenden Ziffern das Ergebnis der selbsttätigen
Prüfung an, wonach bei Beginn des Prüfvorganges die Batterie 1 eine Kapazität von
hundert Prozent besaß. Bei Beendigung des Prüfvorganges erfolgt somit selbsttätig
ein Anschließen der Batterie 1 an die Ladeeinrichtung, so daß die Batterie 1 nach
einer gewissen Zeit wieder voll einsatzfähig zur Verfügung steht.
-
Sollte während des Prüfvorganges mittels der Batteriespannungsüberwachung
5 festgestellt werden, daß die Batteriespannung den vorgegebenen Minimalwert unterschreitet,
löst die Batteriespannungsüberwachung 5 mittels der Vergleichsschaltung 9 das Steuerrelais
9a aus. In diesem Fall wird der Prüfvorgang abgebrochen und vor Ablauf der vorgegebenen
Entladezeit eine Umschaltung der Batterie vom Verbraucher auf die Ladeeinrichtung
mit dem Gleichrichter 3 vollzogen. Durch einen zwischen die Vergleichsschaltung
9 und die Siebensegment-Ziffernanzeige 8a eingefügten Blinkgeber 10 als Signaleinrichtung
wird in diesem Fall bewirkt, daß die Ziffern der Siebensegment-Ziffernanzeige 8a
im Takt blinken. Die Überwachungsperson wird hierdurch darauf aufmerksam gemacht,
daß der Prüfvorgang nicht durch Erreichen der vorgegebenen Entladezeit, sondern
durch Unterschreiten der von der Batteriespannungsüberwachung 5 überwachten Minimalspannung
beendet worden ist. Anhand der auf der Siebensegment-Ziffernanzeige 8a erkennbaren
Ziffern kann die Überwachungsperson entscheiden, ob die Batterie 1 für einen begrenzten
Zeitraum noch benutzbar ist oder sofort ausgewechselt werden muß.
-
Um die in einer Notstromanlage angeordnete Batterie 1 bei Netzausfall
zur Versorgung der Verbraucher verwenden zu können, ist eine Netzüberwachung 11
vorgesehen. Sollte während-des Prüfvorganges das Netz ausfallen wird dies auf einer
Anzeige 12
angezeigt. Durch eine Verbindung der Netzüberwachung
11 mit dem Steuerrelais 9a wird gleichzeitig das Netz schütz 2 betätigt, so daß
die Batterie 1 zur Versorgung der an die Notstromanlage angeschlossenen Verbraucher
zur Verfügung steht. Auch in diesem Fall zeigt die Anzeige 12 für den Netzausfall
der Überwachungsperson an, daß der Prüfvorgang nicht ordnungsgemäß abgelaufen ist.
Er muß nach Wiedereinschalten des Netzes erneut durch Betätigen des Schalters 4
durchgeführt werden, sobald die Batterie 1 wieder ausreichend aufgeladen worden
ist.
-
Als Verbraucher können Belastungswiderstände 13 verwendet werden.
-
Außerdem ist es möglich, den Gleichrichter 3 während der vorgegebenen
Entladezeit als netz geführten Umrichter zu verwenden, so daß die bei der Prüfentladung
der Batterie 1 entnommene Energie in das Netz zurückgeführt wird.
-
Die perspektivische Darstellung der Vorrichtung in Fig. 1 läßt erkennen,
daß für die Durchführung des voranstehend beschriebenen selbsttätigen Prüfvorganges
lediglich die Betätigung des Schalters 4 erforderlich ist, weil der Prüfvorgang
anschliessend selbsttätig abläuft, wobei für eine Überwachungsperson jederzeit erkennbar
ist, ob der Prüfvorgang noch läuft oder ob er zwischenzeitlich beendet wurde, wobei
auch das Ergebnis des Prüfvorganges mit einem Blick erfaßt werden kann. Entweder
zeigt die beim Ausführungsbeispiel als Signallampe ausgebildete Anzeige 12 an, daß
eine vorzeitige Beendigung infolge Netzausfall notwendig war oder daß eine Beendigung
durch die Vergleichsschaltung 9 vorgenommen wurde. In diesem Fall ist entweder eine
erreichte hundertprozentige Kapazität von der Siebensegment-Ziffernanzeige 8a ablesbar
oder eine im Takt blinkende Kapazitätsangabe unterhalb hundert Prozent, wobei die
aufblinkenden Ziffern signalisieren, daß vor Ablauf der vorgegebenen Entladezeit
eine Unterschreitung der Minimalspannung aufgetreten ist.