DE3829073C1 - Safety discharge system for accumulators - Google Patents

Safety discharge system for accumulators

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Abstract

The reaching of the discharge cut-off voltage in diving lamps which are powered by accumulators must be indicated to the diver in advance, since without forewarning that the discharge cut-off voltage is being reached and without extension of the residual operating time of the accumulator, the diver may possibly have to surface in darkness or become lost in a cave. In order for the reaching of the discharge cut-off voltage of an accumulator to be indicated in advance, and in order for it to be possible to extend the residual operating period then remaining, the load is periodically switched off and on when an accumulator voltage is reached which is somewhat higher than the discharge cut-off voltage. Since the frequency is in excess of 25 Hz, the impression is given - if the load is an incandescent lamp - not of flashing, but rather the impression of a softly glowing incandescent bulb. When the discharge cut-off voltage is reached, the load is now additionally switched off periodically for a longer period of time. Again, if the load is an incandescent lamp, the clear impression of flashing then results. The advantages achieved with the invention are warning beforehand of impending reaching of the discharge cut-off voltage and the extended operating period and the repeated switching of the load with recovery of the accumulator. Diving can therefore be made more safe in the case of cave diving and night diving.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsentladesystem für Akku­ mulatoren, das bei Erreichen von zwei unterschiedlich hohen, vorgegebenen Akkumulatorenspannungen die zu versorgende Last mit zwei unterschiedlichen Impulsformen vom Akkumulator ab­ trennt, insbesondere für den Einsatz in Taucherlampen.The invention relates to a safety discharge system for batteries mulators, which when two different heights are reached, predetermined accumulator voltages the load to be supplied with two different pulse shapes from the accumulator separates, especially for use in diving lamps.

Bei Taucherlampen, die mit Akkumulatoren betrieben werden, muß dem Taucher vor dem Erreichen der zweiten vorgegebenen Akkumulatorspannung, die auf die Entladeschlußspannung ein­ gestellt werden kann, ein sicheres Signal gegeben werden, da ohne Vorwarnung auf das Erreichen der Entladeschluß­ spannung und ohne Verlängerung der Restbetriebsdauer des Akkumulators der Taucher eventuell im Dunkeln auftauchen muß oder sich in einer Höhle verirrt.With diving lamps, which are operated with accumulators, must be given to the diver before reaching the second Accumulator voltage, which is based on the final discharge voltage a safe signal can be given, since without warning of reaching the end of discharge voltage and without extending the remaining operating time of the The divers' accumulator may appear in the dark must or get lost in a cave.

Stand der Technik ist es, Geräte bei Erreichen der Entlade­ schlußspannung des Akkumulators, abzuschalten (DE-OS 27 32 794 und DE-OS 32 01 758) und als Schaltelemente n- oder p-Kanal MOSFETS zu verwenden.State of the art is devices when the discharge is reached final voltage of the accumulator, switch off (DE-OS 27 32 794 and DE-OS 32 01 758) and as switching elements n- or p-channel To use MOSFETS.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Erreichen der Entlade­ schlußspannung eines Akkumulators vorher anzuzeigen und die dann verbleibende Restbetriebsdauer zu verlängern. Bei Erreichen der Entladeschlußspannung wird dann die Last solange abgeschaltet, bis sich der Akkumulator erholt hat und die Akkumulatorspannung etwas über die Entladeschluß­ spannung gestiegen ist. The object of the invention is to achieve the discharge to indicate the final voltage of an accumulator beforehand and to extend the remaining operating time. When the final discharge voltage is reached, the load switched off until the battery has recovered and the battery voltage is slightly above the end of discharge tension has risen.  

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Erreichen der ersten vorgegebenen Akkumulatorspannung und noch nicht erreichen der zweiten vorgegebenen Akku­ mulatorspannung, die auf die Entladeschlußspannung einge­ stellt wird, die Last nur noch mit Rechteckimpuls­ förmigem Strom versorgt wird, dessen Frequenz über 25 Hz liegt. Ist die Last eine Glühbirne, so leuchtet diese dann etwas schwächer. Dadurch erkennt der Taucher vorher das Erreichen der Entladeschlußspannung und durch den nur noch impuls­ förmigen Betrieb der Taucherlampe wird die zu verbleibende Restbetriebsdauer verlängert.The object is achieved in that Reaching the first predetermined accumulator voltage and has not yet reached the second specified battery mulator voltage, which is turned on the discharge voltage the load only with a rectangular pulse shaped current is supplied, whose frequency is above 25 Hz. If the load is a light bulb, it lights up a little weaker. As a result, the diver recognizes the achievement beforehand the final discharge voltage and by the only pulse shaped operation of the diving lamp becomes the remaining one Remaining operating time extended.

Bei Erreichen der zweiten vorgegebenen Akkumulator­ spannung, die auf die Entladeschlußspannung eingestellt wird, wird die Last mit Rechteckimpuls-förmigem Strom versorgt, deren Frequenz über 25 Hz liegt und zu der logisch ein Rechtecksignal addiert wird, dessen Frequenz unter 10 Hz liegt. Ist die Last eine Glühbirne, so blinkt diese dann etwas schwächer, wobei die Blinkfrequenz für das menschliche Auge sichtbar ist. Das Erreichen der Entladeschlußspannung wird sichtbar.When the second predetermined accumulator is reached voltage set to the final discharge voltage will, the load with rectangular pulse-shaped current supplied, whose frequency is above 25 Hz and to the logical a square wave signal is added, the frequency of which is below 10 Hz lies. If the load is a light bulb, it will flash a little weaker, the blinking frequency for the human eye is visible. Reaching the final discharge voltage will visible.

Der Gegenstand der Erfindung eignet sich hervorragend für den Einsatz in Geräten, die mit Akkumulatoren betrieben werden müssen und aus Sicherheitsgründen nur für kurze Zeiten vom Akkumulator getrennt werden dürfen, z. B. in Taucherlampen, Notbeleuchtungen, Alarmanlagen, Feuermeldeeinrichtungen.The object of the invention is ideal for use in devices operated with accumulators must be and for security reasons only for short periods may be separated from the accumulator, e.g. B. in diving lamps, Emergency lighting, alarm systems, fire alarm systems.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind das vor­ zeitige Anzeigen der bald erreichten Entladeschlußspannung und die verlängerte Restbetriebsdauer und das wiederein­ schalten der Last bei Erholung des Akkumulators.
The advantages achieved by the invention are the early indication of the soon-to-be discharge voltage and the extended remaining operating time and the restart of the load when the battery recovers.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (Abb. 5) ist wegen der Übersichtlichkeit in 4 Teilzeichnungen (Abb. 1-4) dargestellt, die im folgenden beschrieben werden:An embodiment of the invention ( Fig. 5) is shown for clarity in 4 partial drawings ( Fig. 1-4), which are described below:

  • - Fig. 1 in Abb. 1 zeigt Funktionsblock 1 Dieser zeugt mit einer Z-Diode (DZ 1) und einem Vor­ widerstand (R 1) eine Referenzspannung (Uref). Mit Hilfe des Kondensators (C 1) steigt beim Einschalten die Referenzspannung langsamer an als die Versorgungs­ spannung (Us), was ein sicheres Einschalten des Überwachungssystems gewährleistet.- Fig. 1 in Fig. 1 shows function block 1 This testifies with a Zener diode (DZ 1 ) and a resistor (R 1 ) before a reference voltage (Uref) . With the help of the capacitor (C 1 ), the reference voltage rises more slowly than the supply voltage (Us) when switching on, which ensures safe switching on of the monitoring system.
  • - Fig. 2 in Abb. 1 zeigt Funktionsblock 2 Dieser vergleicht mit einem Operationsverstärker (OP 1) die Referenzspannung (Uref) mit der von dem Spannungs­ teiler (R 2, R 3, P 1) erzeugten Vergleichsspannung. Der Spannungsteiler muß so eingestellt sein, daß beim Erreichen der ersten vorgegebenen Akkumulatorspannung die Vergleichs­ spannung gleich groß ist wie die Referenzspannung. Ist die Vergleichsspannung kleiner als die Referenzspannung, so wird die Ausgangsspannung (Uop 1) vom Operationsverstärker von Us auf ca. 2 V geändert. Mit der Diode (D 1) wird ver­ hindert, daß die Ausgangsspannung wieder auf Us steigt.- Fig. 2 in Fig. 1 shows function block 2 This compares with an operational amplifier (OP 1 ) the reference voltage (Uref) with the reference voltage generated by the voltage divider (R 2 , R 3 , P 1 ). The voltage divider must be set so that when the first predetermined battery voltage is reached, the comparison voltage is the same as the reference voltage. If the comparison voltage is lower than the reference voltage, the output voltage (Uop 1 ) is changed by the operational amplifier from Us to approx. 2 V. The diode (D 1 ) prevents the output voltage from rising to Us again.
  • - Fig. 3 in Abb. 1 zeigt Funktionsblock 3 Dieser vergleicht mit einem Operationsverstärker (OP 2) die Referenzspannung (Uref) mit der von dem Spannungs­ teiler (R 4, R 5, P 2) erzeugten Vergleichsspannung. Der Spannungsteiler muß so eingestellt sein, daß beim Erreichen der zweiten vorgegebenen Akkumulatorspannung die Vergleichs­ spannung gleich groß ist wie die Referenzspannung. Ist die Vergleichsspannung kleiner als die Referenzspannung so wird die Ausgangsspannung (Uop 2) vom Operationsverstärker von Us auf ca. 2 V geändert. Durch den Widerstand (R 6) erhält die Schaltschwelle des Operationsverstärkers eine Hysterese, d. h., die Vergleichsspannung muß erst wieder etwas größer sein als die Referenzspannung, damit die Ausgangs­ spannung wieder auf Us wechselt. Der Kondensator (C 2) setzt die Grenzfrequenz herunter, da dieser Schaltungsteil frei schwingt. Somit erzeugt dieser Funktionsblock das notwendige Rechtecksignal von unter 10 Hz wenn die Ver­ gleichsspannung die Größe der Referenzspannung erreicht hat.- Fig. 3 in Fig. 1 shows function block 3 This compares with an operational amplifier (OP 2 ) the reference voltage (Uref) with the reference voltage generated by the voltage divider (R 4 , R 5 , P 2 ). The voltage divider must be set so that when the second predetermined battery voltage is reached, the comparison voltage is the same as the reference voltage. If the comparison voltage is lower than the reference voltage, the output voltage (Uop 2 ) is changed by the operational amplifier from Us to approx. 2 V. The resistance (R 6 ) gives the switching threshold of the operational amplifier a hysteresis, ie the reference voltage must first be slightly larger than the reference voltage so that the output voltage changes again to Us . The capacitor (C 2 ) lowers the cut-off frequency because this circuit part oscillates freely. This function block therefore generates the necessary square-wave signal of less than 10 Hz when the comparison voltage has reached the size of the reference voltage.
  • - Fig. 4 in Abb. 1 zeigt Funktionsblock 4 Dieser erzeugt mit den Transistoren (T 1, T 2), den Wider­ ständen (R 7, R 8, R 9, R 10), den Kondensatoren (C 3, C 4) und der Diode (D 2) ein Rechtecksignal von über 25 Hz. Mit der Wahl des Periodenverhältnisses wird gleichzeitig der Faktor bestimmt, mit dem die Restbetriebsdauer ver­ längert wird und wie die Last dann impulsweise versorgt wird.- Fig. 4 in Fig. 1 shows function block 4 This generates with the transistors (T 1 , T 2 ), the resistors (R 7 , R 8 , R 9 , R 10 ), the capacitors (C 3 , C 4 ) and the diode (D 2 ) a square wave signal of over 25 Hz. With the choice of the period ratio, the factor is determined at the same time, with which the remaining operating time is extended and how the load is then supplied in pulses.
  • Dieses Rechtecksignal steuert über die Widerstände (R 11, R 12, R 13) und den Kondensator (C 5) den Transistor (T 3).This square wave signal controls the transistor (T 3 ) via the resistors (R 11 , R 12 , R 13 ) and the capacitor (C 5 ).
  • Der Transistor (T 4) wird über die Widerstände (R 14, R 15), den Kondensator (C 6) und die Z-Diode (DZ 2) von der Aus­ gangsspannung (Uop 1) vom Operationsverstärker (OP 1) aus dem Funktionsblock 2 (F 2) gesteuert. Die Z-Diode eliminiert dabei die 2 V, die der Operationsverstärker auch dann noch liefert, wenn er theoretisch die Ausgangs­ spannung auf 0 V legen soll. The transistor (T 4 ) via the resistors (R 14 , R 15 ), the capacitor (C 6 ) and the Zener diode (DZ 2 ) from the output voltage (Uop 1 ) from the operational amplifier (OP 1 ) from the function block 2 (F 2 ) controlled. The Z-diode eliminates the 2 V, which the operational amplifier also delivers when it should theoretically set the output voltage to 0 V.
  • Der Transistor (T 5) wird über die Widerstände (R 16, R 17), den Kondensator (C 7) und die Z-Diode (DZ 3) von der Aus­ gangsspannung (Uop 2) vom Operationsverstärker (OP 2) aus dem Funktionsblock 3 (Fig. 3) gesteuert. Die Z-Diode eliminiert dabei die 2 V, die der Operationsverstärker auch dann noch liefert, wenn er theoretisch die Ausgangs­ spannung auf 0 V legen soll.The transistor (T 5 ) is via the resistors (R 16 , R 17 ), the capacitor (C 7 ) and the Zener diode (DZ 3 ) from the output voltage (Uop 2 ) from the operational amplifier (OP 2 ) from the function block 3 ( Fig. 3) controlled. The Z-diode eliminates the 2 V, which the operational amplifier also delivers when it should theoretically set the output voltage to 0 V.
  • Der Funktionsblock 4 erhält durch die Transistoren (T 3, T 4, T 5) einen Open-Collector Ausgang (Qoc). Die Transistoren (T 3, T 4, T 5) sind miteinander so angeord­ net, daß folgende Logik gilt:Function block 4 receives an open collector output (Qoc) through the transistors (T 3 , T 4 , T 5 ) . The transistors (T 3 , T 4 , T 5 ) are arranged with one another such that the following logic applies:
  • Der Ausgang (Qoc) kann nach 0 V Strom aufnehmen, wenn der Transistor (T 5) und der Transistor (T 3) oder der Transistor (T 5) und der Transistor (T 4) leitend sind.The output (Qoc) can draw current after 0 V if the transistor (T 5 ) and the transistor (T 3 ) or the transistor (T 5 ) and the transistor (T 4 ) are conductive.
  • - Fig. 51 in Abb. 3 zeigt Funktionsblock 5
    Dieser enthält ein oder mehrere parallel geschaltete Halbleiterelemente (FET), die durch den Open-Collector Ausgang (Qoc) aus dem Funktionsblock 4 und dem Wider­ stand (R 18) gesteuert werden. In diesem Beispiel sind die Halbleiterelemente p-Kanal MOS FETs, die den Last­ stromkreis schalten. Da die Eingangskapazitäten der p-Kanal MOS FETs nicht zu unterschätzen sind, muß der Widerstand (R 18) niederohmig (um ein bis drei Kiloohm) gehalten werden. Dann verbraucht der Funktionsblock 5 nach Fig. 51 soviel Strom wie alle anderen Funktionsblöcke zusammen. Deshalb noch eine zweite, bessere, Variante von Funk­ tionsblock 5.     - Fig. 51 in Fig. 3 shows function block 5
    This contains one or more semiconductor elements (FET) connected in parallel, which were controlled by the open collector output (Qoc) from function block 4 and the counter (R 18 ). In this example, the semiconductor elements are p-channel MOS FETs that switch the load circuit. Since the input capacitances of the p-channel MOS FETs should not be underestimated, the resistance (R 18 ) must be kept low (by one to three kilohms). Then function block 5 according to FIG. 51 consumes as much current as all other function blocks together. Therefore, a second, better, variant of function block 5 .
  • - Fig. 52 in Abb. 4 zeigt Funktionsblock 5 (Zweite Variante) Dieser enthält ebenfalls ein oder mehrere parallel geschaltete Halbleiterelemente (FET), die aber durch mehrere parallel geschaltete CMOS Inverter angesteuert werden. Ein CMOS Inverter enthält eine komplementäre Gegentaktausgangsstufe.- Fig. 52 in Fig. 4 shows function block 5 (second variant) This also contains one or more semiconductor elements (FET) connected in parallel, but these are controlled by several CMOS inverters connected in parallel. A CMOS inverter contains a complementary push-pull output stage.

Claims (2)

1. Sicherheitsentladesystem für Akkumulatoren, das bei Erreichen von zwei unterschiedlich hohen, vor­ gegebenen Akkumulatorspannungen die zu versorgende Last mit zwei unterschiedlichen Impulsformen vom Akkumulator abtrennt, insbesondere für den Einsatz in Taucherlampen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - der dem Akkumulator (A) entnommene Strom dient zur Versorgung der Last (L) und zur Versorgung des Über­ wachungssystems (S),
  • - der Laststromkreis wird mit einem oder mehreren parallel geschalteten Halbleiterelementen (FET) geschaltet,
  • - das Halbleiterelement (FET) besteht aus n-Kanal oder p-Kanal MOS FET oder aus pnp oder npn Transistoren,
  • - vor Erreichen einer ersten vorgegebenen Akkumula­ torspannung wird die Last mit konstantem Strom versorgt,
  • - bei Erreichen der ersten vorgegebenen Akkumulator­ spannung und vor Erreichen einer zweiten vorgegebenen Akkumulatorspannung wird die Last mit Rechteckimpuls-förmigem Strom versorgt, dessen Frequenz über 25 Hz liegt,
  • - bei Erreichen der zweiten vorgegebenen Akkumulator­ spannung wird die Last mit Rechteckimpuls-förmigem Strom versorgt, dessen Frequenz über 25 Hz liegt und zu der logisch ein Rechtecksignal addiert wird, dessen Frequenz unter 10 Hz liegt,
  • - die erste vorgegebene Spannung größer ist als die zweite vorgegebene Spannung,
  • - das Überwachungssystem (S) besteht aus fünf logischen Funktionsblöcken (F 1 bis F 5), deren physikalische Wirkungen sich überlagern können.
1. Safety discharge system for accumulators, which, when two differently high, given accumulator voltages are reached, separates the load to be supplied from the accumulator with two different pulse shapes, in particular for use in diving lamps, characterized by the following features:
  • - The current drawn from the accumulator (A) serves to supply the load (L) and to supply the monitoring system (S) ,
  • the load circuit is switched with one or more semiconductor elements (FET) connected in parallel,
  • the semiconductor element (FET) consists of n-channel or p-channel MOS FET or pnp or npn transistors,
  • - before reaching a first predetermined accumulator voltage, the load is supplied with constant current,
  • when the first predetermined accumulator voltage is reached and before a second predetermined accumulator voltage is reached, the load is supplied with rectangular pulse-shaped current, the frequency of which is above 25 Hz,
  • - When the second predetermined accumulator voltage is reached, the load is supplied with rectangular pulse-shaped current, the frequency of which is above 25 Hz and to which a square wave signal is logically added, the frequency of which is below 10 Hz,
  • the first predetermined voltage is greater than the second predetermined voltage,
  • - The monitoring system (S) consists of five logical function blocks (F 1 to F 5 ), the physical effects of which can overlap.
2. Sicherheitsentladesystem nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:
  • - der Funktionsblock 1 (Fig. 1) erzeugt eine Referenz­ spannung, die unabhängig von der Akkumulator­ spannung ist, und stellt diese dem gesamten Über­ wachungssystem (S) zur Verfügung,
  • - der Funktionsblock 2 (Fig. 2) mißt und vergleicht die Akkumulatorspannung mit der Referenzspannung und zeigt bei Erreichen der ersten vorgegebenen Akkumu­ latorspannung dies dem Funktionsblock 4 (Fig. 4) durch ein Signal an, das nicht gelöscht wird, auch wenn die Akkumulatorspannung über die erste vorgegebene Akkumulatorspannung steigt,
  • - der Funktionsblock 3 (Fig. 3) mißt und vergleicht die Akkumulatorspannung mit der Referenzspannung und zeigt bei Erreichen der zweiten vorgegebenen Akku­ mulatorspannung dies dem Funktionsblock 4 (Fig. 4) durch ein Signal an, das wieder gelöscht wird, wenn die Akkumulatorspannung etwas über die zweite vorgege­ bene Akkumulatorspannung steigt,
  • - der Funktionsblock 4 (Fig. 4) erhält von den Funktions­ blöcken 2 und 3 je ein Signal, woraus die not­ wendigen Rechteck-Impulsformen generiert und an den Funktionsblock 5 (Fig. 5) weitergeleitet werden,
  • - der Funktionsblock 5 (Fig. 5) steuert mit dem vom Funktionsblock 4 generierten Signal ein oder mehrere parallel geschaltete Halbleiterelemente (FET).
2. Safety unloading system according to claim 1, characterized by the following features:
  • - The function block 1 ( Fig. 1) generates a reference voltage, which is independent of the battery voltage, and makes this available to the entire monitoring system (S) ,
  • - The function block 2 ( Fig. 2) measures and compares the accumulator voltage with the reference voltage and, when reaching the first predetermined accumulator voltage, the function block 4 ( Fig. 4) by a signal that is not deleted, even if the accumulator voltage is above the first predetermined battery voltage increases,
  • - The function block 3 ( FIG. 3) measures and compares the accumulator voltage with the reference voltage and, when the second predetermined accumulator voltage is reached, indicates this to the function block 4 ( FIG. 4) by a signal which is deleted again when the accumulator voltage is slightly above the second predetermined battery voltage increases,
  • - Function block 4 ( FIG. 4) receives a signal from function blocks 2 and 3 , from which the necessary rectangular pulse shapes are generated and forwarded to function block 5 ( FIG. 5),
  • - Function block 5 ( FIG. 5) controls one or more semiconductor elements (FET) connected in parallel with the signal generated by function block 4 .
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