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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.
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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.
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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 Gefahr, daß bei einem plötzlichen Netzausfall die Notstromanlage nicht betriebsbereit ist.
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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.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Schalter außer der Batterienspannungsüberwachung eine Zeitmeßeinrichtung einschaltbar ist, die entsprechend der vorgegebenen Entladezeit Zeittaktimpulse erzeugt, 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.
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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 Entladezeit, 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.
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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.
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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.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform 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 Netz zurückgeführt wird.
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Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, dem Zähler eine Anzeigevorrichtung mit Siebensegment-Ziffernanzeige zuzuordnen, so daß auch nach Ablauf der Kapazitätsprüfung für die Überwachungsperson erkennbar ist, zu welchem Ergebnis der selbsttätig ablaufende Prüfvorgang geführt hat.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt
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Fig. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung, und
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Fig. 2 ein Blockschaltbild der Vorrichtungsteile.
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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 Netzgerät 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.
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Die Bauteile umfassen einen Schalter 4, durch dessen Betätigung das Netzschütz 2 den Gleichrichter 3 vom Netz und von der Batterie 1 trennt. Gleichzeitig werden eine Batteriespannungsüberwachung 5 und eine Zeitmeßeinrichtung 6 eingeschaltet. 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.
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Um den Zählerstand sichtbar zu machen, ist dem Zähler 7 eine Anzeigevorrichtung 8 nachgeschaltet, die mit einer Siebensegment-Ziffernanzeige 8 a versehen ist. Die Siebensegment-Ziffernanzeige 8 a zeigt somit laufend den Prozentsatz der vorgegebenen Entladezeit an, der bis zum Betrachtungszeitpunkt seit Einschalten der Vorrichtung verstrichen ist.
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In der Batteriespannungsüberwachung 5 wird laufend überwacht, daß die während des Entladevorganges herrschende Batteriespannung einen vorgegebenen 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.
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Die Batteriespannungsüberwachung 5 und der Zähler 7 sind miteinander durch eine Vergleichsschaltung 9 verknüpft, der ein Steuerrelais 9 a nachgeschaltet ist. Sobald die Vergleichsschaltung 9 vom Zähler 7 die Mitteilung erhält, daß hundert Prozent der Zeittaktimpulse erreicht sind, betätigt sie über das Steuerrelais 9 a das Netzschütz 2, so daß der Prüfvorgang beendet und der Gleichrichter 3 wieder mit dem Netz und der Batterie 1 verbunden wird. Die Siebensegment-Ziffernanzeige 8 a 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.
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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 9 a 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 8 a eingefügten Blinkgeber 10 als Signaleinrichtung wird in diesem Fall bewirkt, daß die Ziffern der Siebensegment-Ziffernanzeige 8 a 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 Siegbensegment-Ziffernanzeige 8 a erkennbaren Ziffern kann die Überwachungsperson entscheiden, ob die Batterie 1 für einen begrenzten Zeitraum noch benutzbar ist oder sofort ausgewechselt werden muß.
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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 12angezeigt. Durch eine Verbindung der Netzüberwachung 11 mit dem Steuerrelais 9 a wird gleichzeitig das Netzschütz 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.
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Als Verbraucher können Belastungswiderstände 13 verwendet werden. Außerdem ist es möglich, den Gleichrichter 3 während der vorgegebenen Entladezeit als netzgeführten Umrichter zu verwenden, so daß die bei der Prüfentladung der Batterie 1 entnommene Energie in das Netz zurückgeführt wird.
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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 8 a 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.
- Bezugsziffernliste
1 Batterie
2 Netzschütz
3 Gleichrichter
4 Schalter
5 Batteriespannungsüberwachung
6 Zeitmeßeinrichtung
7 Zähler
8 Anzeigevorrichtung
8 a Siebensegment-Ziffernanzeige
9 Vergleichsschaltung
9 a Steuerrelais
10 Signaleinrichtung
11 Netzüberwachung
12 Anzeige
13 Belastungswiderstand
14 Netzgerät