DE1944991C3 - Geregelte Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung mit einer Pufferbatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine geregelte Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung mit einer Pufferbatterie zur Speisung mehrerer veränderbarer elektrischer Lasten durch Gleichstrom, bei der die Batterie mindestens zwei in Serie liegende Abschnitte aus aufladbaren Akkumulatorzellen enthält, bei der für jeden Batterieabschnitt ein Laderegler vorgesehen ist, der elektrisch mit dem zugehörigen Batterieabschnitt verbunden ist und auf eine vorgegebene Ladungsabnahme des Batterieabschnitts anspricht, bei der ein Transformator mit einer entsprechenden Anzahl galvanisch voneinander getrennter Sekundärwicklungen vorgesehen ist, und bei der je eine Vollweg-Gleichrichterbrücke elektrisch zwischen die Anschlüsse der einzelnen Sekundärwicklungen und die Anschlüsse der Laderegler gelegt ist, um beim Ansprechen eines Ladereglers dem betreffenden Batterieabschnitt und gleichzeitig den elektrischen Lasten pulsierenden Gleichstrom zuzuführen.

Bei bekannten Sicherheits-Stromversorgungseinrich- tungen mit aufladbaren Zellen muß entweder die elektrische Belastung der Einrichtung konstant oder das ίο Arbeitsspiel der Einrichtung klein sein. Wenn die Belastung konstant ist, können die Zellen an ein Ladegerät angeschlossen werden, das so eingestellt ist, daß es einen konstanten Ladestrom abgibt Diese Einrichtungen können Rheostaten in Reihe zwischen der batterie und dem Ladegerät enthalten, so daß sie kleine konstante Ladestromimpulse abgeben, die die Batterie nicht überladen.

Bei Sicherheits-Stromversorgungseinrichtungen, die

eine veränderbare elektrische Last speisen müssen, genügt eine Konstantstrom-Ladeeinrichtung nicht, weil der Laststrom die Kapazität der Batterien überschreiten kann. Wenn der Ladestrom auf die Kompensation starker Lastströme eingestellt ist, können die Batterien überladen und zerstört werden, und wenn der Ladestrom auf die Kompensation des mittleren Ladestrom eingestellt ist, genügt die Einrichtung nicht den Anforderungen bei Spitzenbelastungen.

In digitalen Rerh.;->nlagen werden häufig dynamische MOS-Speicher verwendet, um bei vertretbaren Kosten eine große Rechenkapazität zu erhalten. Dynamische Speicher müssen ständig mit Strom versorgt werden, wenn die gespeicherte Information erhalten bleiben soll. Ein kurzzeitiger Ausfall der Stromversorgung kann den Verlust der in den υ Speichern vorhandenen Information zur Folge haben. Ein kurzzeitiger Stromausfall kann durch ein ungewolltes Ereignes (höhere Gewalt) oder ein unabsichtliches Herausziehen des Netzsteckers hervorgerufen werden. Wenn ein Stromausfall eintritt, mi.3 sofort ein ⁴⁽¹ Hilfsstromversorgungsaggregat eingeschaltet werden, ohne daß der dem Speicher zugeführte Strom unterbrochen wird.

Aus der DE-AS 12 93 869 ist eine geregelte Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Der zweite Batterieabschnitt dient dazu, bei Ausfall der Netzspannung in Serienschaltung mit dem ersten Batterieabschnitt eine erhöhte Batterieausgangsspannung über den Laderegler dem Verbraucherkreis zuzuführen, damit dem Verbraucher trotz Zwischenschaltung des Ladereglers die ursprünglich vorhandene Verbraucherspannung zugeführt werden kenn.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine geregelte Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der einzelne Batterieabschnitte aufladbar sind und die Aufladeeinrichtungen sowohl den Laststrom als auch den Batterieladestrom gleichzeitig liefern, wobei jeweils einem Batterieabschnitt ein Verbraucher oder eine Verbrauchergruppe zugeordnet ist, denen auch bei Unterbrechung der Aufladeeinrichtungen ständig Laststrom zugeführt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste elektrische Last parallel zu zwei Batterieabschnitten und eine zweite elektrische Last parallel zum zweiten dieser Batlerieabschnitte angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind

durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die geregelte Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung pro Batterieabschnitt einen Verbraucher oder eine Verbrauchergruppe auch bei veränderlicher Last sicher speist, wobei jeweils ein Laderegler für je einen betreffenden Batterieabschnitt in Abhängigkeit vom Grad der Ladung diesen Batterieabschnitt mit Aufladeeinrichtungen verbindet, die den Batterieabschnitt aufladen und gleichzeitig der elektrischen Last Gleichstrom zuführen. Die Batterie regelt die Ausgangsspannung der Gleichstromversorgung und versorgt die elektrischen Lasten sowohl bei Spitzenstrombelastung als auch bei Ausfall der Aufladeeinrichtungen mit Strom. Die Aufladeeinrichtungen zum Laden der Batterieabschnitte werden derart betrieben, daß sie sowohl den Batterie-Ladestrom als auch den mittleren Laststrom liefern.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen geregelten Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung;

Fig.2 ein schematisches Schaltbild der geregelten Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung gemäß F i g. 1;

Fig.3 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherl.eits-Stromversorgungseinrichtung.

Die geregelte Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung nach Fig. 1 enthält eine Batterie 10 mit zwei Batterieabschnitten 11 und 12, um einem ersten Verbraucher oder Last 13 elektrische Energie mit einer Spannung V, und einer zweiten Last 15 elektrische Energie mit einer Spannung V₂ zuzuführen. Ein Batterie-Ladegerät 17 und ein Laderegler 19 sind elektrisch verbunden, um den Laststrom Il 1 der ersten veränderbaren Last 13 und einen Ladestrom I₂ der Batterie 10 zuzuführen. Ein zweites Ladegerät 21 und der zugehörige Laderegler 23 sind elektrisch verbunden und führen der zweiten veränderbaren Last Ϊ5 den Laststrom Il 2 und der Batterie den Ladestrom U zu.

Die Batterie 10 besteht aus mehreren aufladbaren Zellen, die in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise handelt es sich bei den Zellen um Nickel-Kadmium-Zellen mit einer Spannung von etwa 1,4VoIl Jede Zelle enthält gesinterte Platten zur Verringerung des inneren Widerstandes der Zelle und um die durch die Speisewechselspannung hervorgerufene Welligkeit so gering wie möglich zu halten.

Die Batterie 10 kann zwei Spannungen Vi und Vi abgeben. Die Spannung V\ ist gleich der Summe aller Zellenspannungen. Uv. Spannung V₂ ist gleich der Ausgangsspannung des Batterieabschnitts 12 und kleiner als die Spannung Vi. Vorzugsweise enthält die Batterie 18 Zellen, so daß die Spannung Vi etwa gleich 25 Volt ist, während die Spannung V₂ als Summenspannung von vier Zellen etwa 5 Volt beträgt.

l\ ist der Ausgangsslrom des Ladegeräts 17. Er ist gleich der Summe des durch die Last 13 fließenden Stroms Il ι und des Ladestromes h der Batterie 10. /3 ist der Ausgangsstrom des Batterie-Ladegerätes 21 und gleich der Summe des durch die Last 15 fließenden Stroms li. 2 und des Ladestroms Λ der Batterie 10. Die Ladeströme h und U werden der Batterie aus den Ladegeräten zugeführt und von Ladereglern 19 und 23 gesteuert, die die Stromzufuhr in Abhängigkeit vom Gasdruck in den Zellen der Batterieabschnitte 11 und 12 regeln.
Nach F i g. 2 besteht die Batterie 10 aus Abschnitten

11 und 12, die elektrisch miteinander verbunden sind. Vorzugsweise besteht der Batterieabschnitt 12 aus vier Zellen, die zusammen eine Spannung V₂ von etwa 5 Volt abgeben. Der Batterieabschnitt 11 besteht aus weiteren vierzehn Zellen und gibt zusammen mit dem Batterieabschnitt 12 eine maximale Spannung Vi von von vorzugsweise 25 Volt ab. Das Batterie-Ladegerät 17 umfaßt die Sekundärwicklung 29 eines Konstantspannungs-Transformators 31 und eines Vollweg-Gleichrichters 33. Der Laderegler 19 ist schematisch als Druckschalter 35 dargestellt und mit der Ausgangszelle des Batterieabschnitts 11 verbunden. Das Batterie-Ladegerät 21 umfaßt eine weitere Sekundärwicklung 37 und einen daran angeschlossenen Vollweg-Gleichrichter 39. Der Laderegler 23 ist schematisch als Druckschalter 41 dargestellt und mit der Ausgangszelle des Batterieabschnitts 12 verbunden. Di-. Druckschalter 35 und 4i sprechen auf den Gasdruck des \n c-βγ Batterie gebildeten Sauerstoffes an. Wenn eine Batterie vollgeladen ist, ist der Gasdruck hoch, und wenn die Batterie schwach geladen ist, ist der Druck niedrig.

Der Druckschalter 35 verbindet das Ladegerät 17 mit dem Batterieabschnitt 11, wenn die Ladung dieses Batterieabschnitts so schwach ist, daß der Druck in diesem Batterieabschnitt unterhalb einem vorbestimmten Wert liegt. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist der andere Pol des Gleichrichters 33 mit der Verbindungsstelle zwischen den Batterieabschnitten 11 und 12 über eine Leitung 43 verbunden.

Der Druckschalter 41 wirkt in ähnlicher Weise wie der Druckschalter 35, d. h. er verbindet das Ladegerät 21 mit dem Batterieabschnitt J2, wenn der Batterieabschnitt 12 nur soweit geladen ist, daß der Druck in diesem Batterieabschnitt unter einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn der Druckschalter 41 ausgelöst w^:rd, nimmt der Batterieabschnitt 12 Ladestrom /4 auf, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Wie in F i g. 2 gezeigt ist, ist der andere Pol des Gleichrichters 39 über eine Leitung 45 mit dem Endanschluß des Batterieabschnitts 12 verbunden. Nach F i g. 2 ist jedes Batterie-Ladegerät 17 und 21 unabhängig vom anderen mit der Batterie 10 verbunden. Wenn die Belastung des Batteneabschnitts

12 so stark ist, daß die darin gespeicherte Ladung einen vorbestimmten Wert unterschreitet, verbindet der Druckschalter 41 das Ladegerät 21 mit diesem Batterieabschnitt. Während sich der Batterieabschnitt 12 auflädt, kann sich der Batterieabschnitt 11 über die Last 13 entladen. Der Ladestrom wird den Zellen nur dann zugeführt, wenn es erforderlich ist. Wenn die Belastung der Batterien auf null verringert wird, werden auch die Ladeströme /₂ und U auf null verringert und die Batterieabschnitte 11 \·τΔ 12 nicht überladen.

Fig.3 zeigt eine vollständige Stromversorgungseinrichtung, die ausgewählte Teile, z. B. Speichervorrichtungen eines Rechners oder einer Biiromaschine, im Falle der Unterbrechung der Wechselstromversorgung, aber auch eine veränderbare Last mit dem unter normalen Bedingungen erforderlichen Strom versorgt. An die Anschlüsse 45 und 47 der Primärwicklung des Transformators 49 ist ein Wechselstromnetz angeschlossen. Die Sekundärwicklung 51 und der Brücken-

6"j gleichrichter 53 bilden ein Batterie-Ladegerät, das über dne Diode 55 und einen Druckschalter 57 mii dem positiven Anschluß der Batterie 59 verbunden ist. Die Batterie 59 besteht aus zwei Batterieabschnitten 61 und

63. Eine weitere Sekundärwicklung 65 und der daran angeschlossene Vollweg-Gleichrichter 67 ist über einen Druckschalter 69 mit dem Batterieabschnitt »>3 verbunden. Ein Relais 71 ist zwischen die Anode des Gleichrichters 55 und die Rückstromleilurig 73 der Stromversorgungseinrichtung geschaltet. Zwischen dem Druckschalter 57 und dem positiven Pol der Batterie 59 liegt eine Hilfs-Zeitschaltung 75. Die Zeitschaltung 75 ist über Ruhekontakte 77 des Relais 71 an die Batterie angeschlossen. Ein Spannungsteilernetzwerk, bestehend aus Widerständen 79 und 81, liegt zwischen den Kontakten 77 und dir Leitung 73. Ein monostabiler Multivibrator 83 ist an den Vcröindungspunkten 85 der beiden Widerstände angeschlossen. Ein JK-Flipflop 87 ist über eine Leitung 89 mit seinem dominierenden Setzeingang DS an den Verbindungspunkt 85 der beiden Widerstände angeschlossen. An den 1-Ausgang des Hiptiop »7 ist ein Reiais 9i über einen Verstärker 90 angeschlossen. Der Ausgang des Multivibrators 83 ist mit dem K-Eingang des Flipflop 87 verbunden. Arbeitskontakte 93 und 95 des Relais 91 dienen zur wählbaren Ein- und Aufschaltung von Ausgängen der Strom versorgungseinrich lung.

Das Relais 71 ist erregt, wenn dem Transformator 49 Wechselstrom zugeführt wird. Wenn das Relais erregt ist, sind die Kontakte 77 geöffnet, so daß das Potential des Verbindungspunktes 85 zwischen den beiden Widerständen 79 und 81 null oder gleich dem Erdpotential ist, da die Leitung 73 geerdet ist. Wenn dem DS-Eingang des JK-Flipflop 87 null Volt zugeführt werden, wird das Relais 91 erregt, so daß die Kontakte ^r> 93 und 95 geschlossen werden. Wenn die Wechselstromversorgung ausfällt, fällt das Relais 71 ab, so daß die Batterie über die Kontakte 77 mit dem Spannungsteilernetzwerk verbunden wird. Daraufhin erscheint ein positives Potential am Verbindungspunkt 85 und an der

ι" Leitung 89, das einerseits den Multivibrator 83 auslöst und andererseits das Flipflop 87 vorbereitet oder freigibt.

Die Verzögerungszeit des Multivibrators 83 ist so gewählt, daß der Rechner eine Operation bei alleiniger

i^r> Stromentnahme aus der Batterie 59 beenden kann. Wenn die Verzögerungszeit des Multivibrators abgelaufen ist, wird dem K-Eingang des Flipflop 87 ein positives Signal zugeführt, das den 1-Ausgang des Hipflop auf null umschaltet. Daraufhin fällt das Relais 91 ab, so daß

'" sich die Kontakte 93 und 95 öffnen. Vorzugsweise sind nur die Speicherschaltungen an die Ausgangsanschlüsse 97 bzw. 99 und den Anschluß 73 und alle übrigen Belastungskreise an die Ausgangsanschlüsse 101 bzw. 103 und den Anschluß 73 angeschlossen. Die Kontakte

-> 93 und 95 unterbrechen die Stromzufuhr aller Schaltungen mit Ausnahme der Speicherschaltungen, wen<i die Wechselstromversorgung unterbrochen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Geregelte Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung mit einer Pufferbatterie zur Speisung mehrerer veränderbarer elektrischer Lasten durch Gleichstrom, bei der die Batterie mindestens zwei in Serie liegende Abschnitte aus aufladbaren Akkumulatorzellen enthält, bei der für jeden Batterieabschnitt ein Laderegler vorgesehen ist, der elektrisch mit dem zugehörigen Batterieabschnitt verbunden ist und auf eine vorgegebene Ladungsabnahme des Batterieabschnitts anspricht, bei der ein Transformator mit einer entsprechenden Anzahl galvanisch voneinander getrennter Sekundärwicklungen vorgesehen ist, und bei der je eine Vollweg-Gleichrichterbrücke elektrisch zwischen die Anschlüsse der einzelnen Sekundärwicklungen und die Anschlüsse der Laderegler gelegt ist, um beim Ansprechen eines Ladereglers dein betreffenden Batterieabschnitt und gleichzeitig den elektrischen Lasten pulsierenden Gleichstrom zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste elektrische Last (13) parallel zu zwei Batterieabschnitten (10, 11; 61, 63) und eine zweite elektrische Last (15) parallel zum zweiten (12) dieser Batterieabschnitte angeordnet ist.

2. Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied (75) vorgesehen ist und auf einen Ausfall der den Transforma. ,r (49) speisenden Stromquelle anspricht und derart betre'bbar \s' daß es mindestens eine der elektrischen Lasten eine vorbestimmte Zeit nach dem Ausfall der Stromquelle von den Batterieabschnitten (61, 63) trennt und den Stromfluß aus den Batterieahschnitten (61, 63) zu den anderen elektrischen Lasten aufrechterhält.

3. Sicherheits-Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laderegler (19, 23; 35, 41; 57, 59) als Druckschalter ausgebildet sind, die im Ladestromkreis der Batterie-Abschnitte (11, 12; 61, 63) liegen und auf den Druck in den Batterie-Abschnitten (11, 12; 61, 63) ansprechen, daß die Druckschalter (35,41; 57,69) die Vollweggleichrichter (33, 39; 53, 67) mit den Batterie-Abschnitten (11, 12; 61, 63) verbinden, wenn der Druck unter einen ersten vorgegebenen Wert abfällt, und die Vollweg-Gleichrichter (33, 39; 53, 67) von den Batterie-Abschnitten (11, 12; 61, 63) trennen, wenn der Druck einen zweiten vorgegebenen Wert überschreiten.