DE2128015B1 - Schaltungsanordnung zum Schutz vor Tiefentladung eines Akkumulators in einem von einem Ladegerät aufladbaren Notstromversorgungsgerät - Google Patents

Description

• Die Schaltvorrichtung ist an den Anschlußpunkten A und B an eine gleichgerichtete, durch Kondensator C1 geglättete Netzspannung oder eine entsprechende Gleichspannung angelegt. Der der Schaltvorrichtung zugeordnete Akkumulator ist auf der rechten Seite dargestellt. Die Schaltvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Transistor T2, mit dem in Reihe eine Glühlampe L1 geschaltet ist. Die Basis des Transistors T2 ist an einen Spannungsteilers R 4, R 5 angeschlossen, der andererseits mit dem Kollektor eines Steuertransistors T 1 verbunden ist. Die Widérstände R 4 und R 5 betragen beispielsweise 16 bzw.
• 68 Ohm. Der Steuertransistor T 1 ist an seiner Emitterseite mit dem negativen Pol des Akkumulators verbunden, während die Basis an einem Spannungsteiler R1, R2 angeschlossen ist, welche z. B. 560 bzw.
• 130 Ohm betragen. Außerdem ist ein Widerstand R 3 von z. B. 62 Ohm vorgesehen, über den die Ladung erfolgt.
• Dem Widerstand R2 des Spannungsteilers ist erfindungsgemäß ein Kondensator C2 von z. B. 470 I1F parallel geschaltet. Außerdem steht die Basis des Transistors T 1 über einen Widerstand R 7 von z. B.
• 390 Ohm mit dem Kollektor des Transistors T2 in Verbindung.
• Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß in die Basisstromleitung des Steuertransistors ein Tastenschalter TS eingebaut ist.
• Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltvorrichtung ist folgende: Bei einer angelegten Netzspannung von etwa 9 bis 10 V wird der Akkumulator über den Widerstand R 3 aufgeladen. Da die Spannung über R3, bezogen auf den Emitter des Transistors T1, negativ ist, ist der Transistor T 1 und damit auch der Transistor T 2 gesperrt. Beim Ladevorgang wird der Kondensator C2 auf die am Widerstand R2 anliegende Spannung aufgeladen. Der über den niederohmigen Glühlampenwendel an den negativen Pol des Akkumulators angeschlossene Widerstand R 7 unterstützt die Sperrung beider Transistoren T1 und T2.
• Beim Ausfall der Netzspannung findet eine Entladung des Kondensators C2 über den Basis-Emitter-Widerstand des Transistors T 1 zum negativen Pol des Akkumulators statt. Der Transistor T 1 wird hierdurch durchgesteuert und desgleichen auch der Transistor T2, so daß die Glühlampe L-1 aufleuchtet. Der Widerstand R 7 ist jetzt über den niederohmigen Kollektor-Emitter-Widerstand des Transistors T 2 mit dem positiven Pol des Akkumulators verbunden und stabilisiert die Leitungsfunktion der Transistoren T 1 und T2.
• Die Entladung des Kondensators C2, die durch einen Netz ausfall ausgelöst wird, ist also maßgebend für den Schaltzustand, der durch die wechselseitige Wirkungsweise des Widerstandes R 7 stabilisiert wird.
• Die Folge ist ein verbesserter Batterieschutz. Ist die Schaltvorrichtung vom Netz getrennt und wird dann ein geladener Akkumulator mit der Schaltung verbunden, so bleiben die Transistoren T1 und T2 gesperrt, und es fließt nur ein Batterieentladestrom von etwa 5 mA. Hierdurch ist es möglich, bei der Installation einer großen Anzahl von Notstromversorgungsgeräten die Batterie über einen langen Zeitraum von mehreren Wochen zu schützen. Durch den Einbau des Tastenschalters TS wird die Funktion eines Sicherheits-Lichtbedarfsschalters mit selbsttätiger elektronischer Rückstellung gewährleistet: Wird nach einem Netz ausfall und dem Aufleuchten der Glühlampe L1 der Tastenschalter betätigt, so wird der Stromkreis kurzzeitig unterbrochen, und die Glühlampe L1 erlicht Gelangt der Tastenschalter wieder in seine Ruhestellung, so fließt nur ein Batterieentladestrom von etwa 5 mA über die Spannungsteilerkette R 1, R 2, R 3. Da die Transistoren T 1 und T 2 gesperrt bleiben und der Kondensator C2 bereits entladen ist; kann die Glühlampe L 1 nicht aufleuchten. Das bedeutet, daß das Einschalten der Glühlampe L1 nur durch einen Netzausfall stattfinden kann, so daß dann der Kondensator C2 entladen wird.
• Erfolgt ein Entladen des Akkumulators über die nominelle Betriebsdauer hinaus, so soll das Notstromversorgungsgerät bei einer Akkumulatorenspannung von etwa 0,8 bis 1 V pro Zelle abgeschaltet werden.
• Das Erreichen des Tiefentladeschutzes bedeutet, daß die Emitter-Basis-Spannung U3 vom Transistor T1 von 0,7V unterschritten wird. Der Kollektorstrom vom Transistor T1, der dem Basisstrom des Transistors T 2 entspricht, wird kleiner und die Kollektor-Emitter-Strecke vom Transistor T2 hochohmiger.
• Aus der hochohmig werdenden Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T2 ergibt sich eine größere Wirksamkeit der Verbindung des Widerstandes R7, der Glühlampenwendel und des negativen Poles des Akkumulators. Die Transistoren T1 und T2 werden sofort gesperrt. Der Entladestrom des Akkumulators fällt auf etwa 5 mA ab, und die Batteriespaunung wird auf 1,2 V pro Zelle erhöht. Das Wiedereinschalten ist nur möglich, wenn zumindest kurzzeitig Netzspannung angelegt war.
• Mit der Schaltung nach Fig. 1 werden bei der Entladung folgende Spannungs- und Stromwerte erhalten: U1 = 2,4 V 11 = 1,2 A U2 = 0,38 V 12 = 1,13 A U3 = 0,8V 13 = 114mA UCE=73mV I4=120mA.
• Die entsprechenden - Werte für den Tiefentladeschutz sind folgende: = = 2,4 V 11 = 3,9 mA U2 = 18 mV I 2 = 440 I1A U3 = 0,47 V 13 = 19,5 pa 14 = 300 FA 15 = 26 A.
• Zur Vervollständigung der Schaltung nach F i g. 1 ist darauf hinzuweisen, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Glühlampe L 1 Werte von 2,4 V und 3 Watt hat und der üblicherweise verwendete Kondensator C1 50 ,aF. Mit ISK ist eine übliche Klemme bezeichnet, welche den Akkumulator mit der Schaltvorrichtung erst unmittelbar vor Ingebrauchnahme verbindet.
• In Fig. 2 sind die Strom- und Spannungswerte einer Akkumulatorenzelle bei dem Entladevorgang aufgezeigt. Die ausgezogene Kurve I zeigt den üblichen Verlauf entsprechend einer bekannten Schaltvorrichtung. Die Stromkurve fällt also allmählich ab und auch die Spannung entspricht diesem Verlauf.
• Die Kurven II entsprechen der erfindungsgemäßen Schaltung. Bei Erreichen der durch den Spannungsteiler vorbestimmten Spannung fällt der Strom sofort ab, während die Spannung entsprechend ansteigt, da noch genügend Kapazität vorhanden ist. Die schraffierte Fläche unter der Stromentladungskurve gibt die Ladung wieder, die im Akkumulator verbleibt, um sie vor einer Tiefentladung zu schützen.
• Vorteilhaft wirkt sich bei der neuartigen Schaltvorrichtung auch aus, daß der Transistor T 2 nur in zwei Schaltzuständen betrieben wird. Hierdurch ist die Verlustleistung sehr gering, so daß klein dimensionierte Bauteile, z. B. Germanium-Transistoren, verwendet werden können. Hierdurch sind Schaltanordnungen mit Stromverbrauchgeräten bis 30mWatt ohne Kühlkörper zu schalten.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zum Schutz von Tiefentladung eines Akkumulators in einem von einem Ladegerät aufladbaren Notstromversorgungsgerät, insbesondere eine Notleuchte, bei welcher der Verbraucher mit einem Transistor in Reihe geschaltet ist, der über einen weiteren, an einen Spannungsteiler angeschlossenen Steuertransistor derart gesteuert wird, daß er bei angelegter Netzspannung- gesperrt, bei Netzausfall geöffnet und bei Abfall auf eine durch den Spannungsteiler vorbestimmte Spannung des Akkumulators wieder gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Widerstand (R 2) des mit der Basis des Steuertransistors (T 1) verbundenen Spannungsteilers (R 1, R 2) ein Kondensator (C2) und ein weiterer Widerstand (R 7) mit dem negativen Pol des Akkumulators verbunden sind.
2. 2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Basis des Steuertransistors (T 1) angeschlossene Widerstand (R 7) andererseits mit dem Kollektor des Transistors (T2) verbunden ist.
3. 3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Basisstromleitung des Steuertransistors (T1) ein Tastenschalter (TS) eingebaut ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz vor Tiefentladung eines Akkumulators in einem von einem Ladegerät aufladbaren Notstromversorgungsgerät, insbesondere einer Notleuchte, bei welcher der Verbraucher mit einem Transistor in Reihe geschaltet ist, der über einen weiteren, an einen Spannungsteiler angeschlossenen Steuertransistor derart gesteuert wird, daß er bei angelegter Netzspannung gesperrt, bei Netzausfall geöffnet und bei Abfall auf eine durch den Spannungsteiler vorbestimmte Spannung des Akkumulators wieder gesperrt wird.

   Bei den bekannten, mit Akkumulatoren ausgestatteten Notstromversorgungsgeräten besteht die Schwierigkeit, daß bei einer durch Netzausfall bedingten Entladung eine Tiefentladung mit den Folgen einer Leistungsminderung oder Zerstörung der Akkumulatoren eintreten kann. Häufig überladene sowie tiefentladene Akkumulatoren bzw. Batterien erreichen dann im Bedarfsfall nicht ihre Nennkapazität, so daß sie ihrer eigentlichen Aufgabe als Notstromversorgungsgerät nicht mehr entsprechen. Diese Nachteile werden insbesondere durch eine Tiefentladung hervorgerufen.

   Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art ist eine Glühlampe mit einem Transistor in Reihe geschaltet, der über einen weiteren, an einen Spannungsteiler angeschlossenen Steuertransistor gesteuert wird, wobei er bei angelegter Netzspannung gesperrt, bei Netz ausfall geöffnet und bei Abfall auf eine vorbestimmte Spannung des Akkumulators wieder gesperrt wird. Bei einer angelegten Netzspannung sind die Transistoren über die negative Spannung gesperrt, während die Batterie über einen Widerstand aufgeladen wird, Bei einem Netzausfall fließt der Strom über diesen Widerstand in umgekehrter Richtung, wobei die beiden Transistoren aufgesteuert werden und die Glühlampe aufleuchtet. Sinkt nun bei der Entladung die Batteriespannung auf einen Wert von beispielsweise 1,7 V, so werden die beiden Transistoren über die Spannungsteilerkette gesperrt. Bei dieser Schaltung fließt jedoch bei einer Batteriespannung von etwa 1,65 V noch ein Lampenstrom, so daß der Tiefentladeschutz nur für eine relativ kurze Zeit bis zu wenigen Stunden wirksam wird und dann doch die unerwünschte Umpolung der Zellen stattfindet.

   Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Schaltungsanordnung derart auszubilden, daß ein wesentlich wirksamerer Tiefentladeschutz erreicht wird.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art parallel zum Widerstand des mit der Basis des Steuertransistors verbundenen Spannungsteilers ein Kondensator und ein weiterer Widerstand mit dem negativen Pol des Akkumulators verbunden sind.

   Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat zunächst den Vorteil, daß beim Ausfall der Netzspannung die Transistordurchsteuerung schnell von dem Kondensator ausgelöst wird. Der zusätzliche Widerstand, der einerseits an die Basis des Steuertransistors angeschlossen und andererseits- zweckmäßig mit dem Kollektor des anderen Transistors verbunden ist,. verursacht eine Stabilisierung im. Sinne einer Rückkopplung. Hierdurch werden die Steuerfunktionen der beiden Transistoren erheblich unterstützt. Die durch einen Netz ausfall hervorgerufene Entladung des Kondensators ist also für den Schaltzustand bestimmend, der durch die wechselseitige Wirkungsweise des Widerstandes stabilisiert wird.

   Ist das Notstromversorgungsgerät vom Netz getrennt rund ein geladener Akkumulator angeschlossen, so bleiben die Transistoren zum Zwecke eines erhöhten Schutzes gesperrt, und es fließt nur ein niedriger Batterieentladestrom von etwa 5 mA. Durch diese Maßnahme ist es möglich, bei der Installation von Notleuchten und anderen Notstromversorgungsgeräten, insbesondere in hohen Stückzahlen, über einen langen Zeitraum von 1 bis mehreren Wochen die Akkumulatoren zu schützen.

   Vorzugsweise ist in die Basisstromleitung des S-reuertransistors ein Tastenschalter eingebaut. Wird das Notstromversorgungsgerät durch Netzausfall eingeschaltet, so kann durch Betätigung des Tastenschalters der Steuerstromkreis kurzzeitig unterbrochen werden, so daß das Notstromversorgungsgerät wieder ausgeschaltet-. ist Wird nun der Tastenschalter ,wieder in seine Ruhestellung überführt, so fließt nur ein kleiner Batterieentiadestrom von etwa 5 mA während die Notleuchte ausgeschaltet bleibt, da die beiden Transistoren in ihrer Sperrstellung verbleiben. Ausgelöst wird dies dadurch, daß der Kondensator bereits entladen ist. Erst wenn das Netz wieder eingeschaltet und dieser Kondensator aufgeladen ist, wird bei erneutem Netz ausfall das Notstromversorgungsgerät eingeschaltet.

   Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Schaltbildes näher dargestellt.