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Anordnung zur Betätigung von Zellenschaltern für Akkumulatorenbatterien
Zur Stromversorgung von elektrischen Verbraucherapparaten, die Gleichstrom benötigen,
beispielsweise von Selbstanschlußämtern, wird oft eine Anlage verwendet, die aus
einem Umformer, meist einem Trockengleichrichter, besteht, der primär an das allgemeine
Netz, gewöhnlich ein Wechselstromnetz, angeschlossen ist, und aus einer mit dem
Umformer parallel geschalteten Akkumulatorbatterie. Diese hat hauptsächlich die
Aufgabe, den angeschlossenen Geräten Strom zu liefern, wenn die Netzspannung wegfällt
oder ein Fehler am Umformer .entsteht.
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Gewöhnlich werden Maßnahmen ergriffen, um die Selbstentladung der
Akkumulatoren zu kompensieren, die auch ohne angeschlossene Belastung und in besonders
hohem Maße bei Bleiakkumulatoren auftritt. Die Spannung, die bei den üblichen Bleiakkumulatoren
für die Kompen.sierung erforderlich ist, beträgt 2,r5 bis 2,2o V pro Zelle, d. h.
sie ist etwas höher als die bei 2,05 V liegende EMK der Zelle in geladenem
Zustand. Die genannte Ladespannung ist jedoch für die vollständige Ladung der Batterie
nicht ausreichend, sondern hierfür ist eine höhere Spannung erforderlich, beispielsweise
2,¢ V pro Zelle.
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Manche mit solchen Gleichstromanlagen betriebene Geräte können die
höhere, zur vollständigen Ladung der Batterie erforderliche Spannung nicht vertragen.
Wenn diese Geräte nur zeitweise an die Stromversorgungsanlage angeschlossen sind,
pflegt man deshalb für die genannte Ladung die Zeit auszunutzen, wo sie
nicht
angeschlossen sind. Es -ist deshalb gewöhnlich . eine Vorrichtung vorhanden;---die..
anzeigt; --wenn Geräte angeschlossen sind: Trotz dieser Maßnahme können jedoch die
Geräte ziemlich erheblichen Spannungsänderungen ausgesetzt sein, weil die Batteriespannung
bei Stromunterbrechung in dem den Umformer speisenden Netz schnell unter die normale
sinkt. Ein bekanntes Verfahren, diese Spannungssenkung zu verringern, besteht darin,
:daß bei Stromunterbrechung eine oder mehrere Zusatzstellen der Batterie zugeschaltet
werden. Die: Forderung: einer verhältnismäßig konstanten Spannuiig--fü-r, die angeschlossenen
Geräte bringt es jedoch bei den bisher bekannten Anordnungen der in Frage stehenden
Art mit sich, daß die Zusatzzellen unter gewissen Umständen keine vollständige Ladung
erhalten können. Bei Stromunterbrechung wird nämlich so gut wie unmittelbar die
ganze Batterie eingeschaltet. Wenn indessen eine- Belastung angeschlossen ist, wenn
die Netzspannung wiederkehrt, werden die Zusatzzellen abgeschaltet und die Stammzellen
mit einer Spannung von 2;r5 bis 2,2o V pro Zelle geladen, wodurch diese teilweise
geladen werden, während die Zusatzzellen keineentsprechende Ladung erhalten. Wenn
die Belastung wegfällt und die ganze Batterie für die höhere Ladespannung eingeschaltet
wird, können deshalb die Zusatzzellen bedeutend weiter entladen sein als die Stammzellen.
Wenn der Ladeverlauf durch den Ladestrom geregelt wird, wird er durch den Ladezustand
der Stammzellen bestimmt, weshalb die Ladung abgeschlossen wird, wenn diese geladen
sind, während die Zusatzzellen weiterhin mehr oder weniger entladen sind. Gewöhnlich
werden die Zusatzzellen an einen getrennten Umformer angeschlossen, der nur für
die Kompensie-rung der Selbstentladung der Zusatzzellen bemessen ist und daher nicht
für ihre Ladung sorgen kann. Bei wiederholten Stromunterbrechungen kann daher der
Ladezustand der Zusatzzellen sich mehr und mehr von dem der Stammzellen unterscheiden.
-Außer dem Nachteil, den dies mit Rücksicht auf die Reservehaltung bedingt, bedeutet
dies eine große Gefahr, da ein Bleiakkumulator nicht längere Zeit ganz oder teilweise
entladen stehen kann, ohne diaß er durch sogenannte Sulfatierung zerstört ward.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Betätigung des zu einer
Akkumulatorbatterie gehörenden Zellenschalters, so daß der obererwähnte Unterschied
zwischen dem, Ladezustand der Zusatzzellen und der Stammzellen nicht auftreten kann.
Das Kennzeichnende ist hierbei, daß der Zellenschalter so betätigt wird, daß nach
Einschaltung der Zusatzzellen ihre Abschaltung blockiert ist, bis die ganze Akkumulatorbatterie
geladen ist, wobei die Ladung der ganzen Batterie durch .den genannten Umformer
erfolgt.
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In der Zeichnung ist ein Prinz.ipschema einer Ausführungsform gemäß
der Erfindung gezeigt.
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i bezeichnet einen Umformer, der an eine Wechselstromquelle mit den
Klemmen 2 angeschlossen und- mit einer Konstantspannungs--regelurig,---g,--zwecmäßigerweise
in Verbindung mit Mitteln zur Strombegrenzung, ausgerüstet ist. Die Gleichstromseite
des Umformers ist über die Spule 3 eines Stromrelais 4 an die Schienen 5 angeschlossen,
an die auch die Last, d. h. die mit Gleichstrom zu speisenden Geräte angeschlossen
sind. Parallel zu den Schienen 5 liegt auch eine Akktimulatorbatterie 6. Den Hauptteil
der Batterie bilden die Stammzellen, in Reihe mit diesen liegen, zwei Zusatzzellen
7, die über den Wechselkontakt 9 des Zellenschalters 8 eingeschaltet werden-.ZTm-
eine unterbrechungsfreie Ein- und Ausschaltung der Zusatzzellen zu ermöglichen,
ist ein Trockengleichrichter io für die eine Kontaktstelle des Wechselkontaktes
angeordnet. Gegebenenfalls kann ein Trockengleichrichter in entsprechender Weise
duck für die andere Kontaktlage des Wechselkontaktes 9 angeordnet sein. Um den Ladezustand
der Zusatzzellen aufrechtzuerhalten, ist ein kleiner Umformer i i parallel zu den
Zellen 7 geschaltet. -Dieser, mit den Klemmen 12 an eine- Wechselstromquelle angeschlossen,
reicht jedoch zur vollständigen Ladung der Zusatzzellen nicht aus.
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Mit 13 ist ein Kontakt bezeichnet, der geschlossen wird, wenn gegen
überspannungen empfindEche Geräte od. dgl. an die Schienen 5 angeschaltet sind und
Strom verbrauchen. In die Strombahn dieses Kontaktes ist ein Relais 14 eingeschaltet.
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Der Kontakt des Relais 4 oder ein Kontakt 15
des Relais 14 macht
bei Schließen ein Relais 16 stromführend. Dieses Relais ist durch den parallel zur
Spule liegenden Widerstand 17 und .den Kondensator 18 mit einer Abfallverzögerung
ausgestattet. Ein zweiter Kontakt i9 des Relais 14 ist dazu bestimmt, bei seinem
Schließen den einen von zwei Widerständen 2"o und 2.1, die in den Reglerkreis des
Umformers i eingeschaltet sind, kurzzuschließen, und zwar den Widerstand 2o. Beide
Widerstände werden durch den Kontakt 22 des Zellenschalters 8 kurzgeschlossen, wenn
die Zusatzzellen 7 abgeschaltet werden. -Für die Betätigung des Zellenschalters
wird bei der gezeigten Ausführung ein Mindestspannungsrel.ais 23 verwendet, das
beim Anziehen die BetätigungssPule 24 des Zellenschalters stromführend macht. Zur
Anpassung der Anzug- und Abfallwerte .des Mindestspannungsrelais 23 sind Widerstände
25 und 26 angeordnet, von denen der Widerstand 24 durch den auf dem Zellenschalter
angeordneten Kontakt-27 kurzgeschlossen werden kann. Das Mindestspannungsrelais
23 wird gespeist einerseits, wenn das Relais durch den Kontakt 28 abgefallen ist,
und andererseits durch den Kontakt 29 am Zellenschalter, wenn die Zusatzzellen abgeschaltet
werden.
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Es möge angenommen werden, daß die Stamm-. zellen der Akkumulätorbatterie
aus siebzehn Bleizellen und die Zusatzzellen aus zwei. Bleizellen bestehen. Der
Umformer i hält dann eine Spannung von etwa 37 V, wenn beide Widerstände 2,o und
2 i
überbrückt sind, was dem Bedarf beispielsweise in einem Selbstanschlußamt
entspricht. Wenn nur der Widerstand 2o überbrückt ist, beträgt die Spannung etwa
39 V, und wenn kein Widerstand überbrückt ist, werden ungefähr 45 V gehalten. Das
Mindestspannungsrelais 23 und die Widerstände 25 und 26 sind so abgepaßt, daß es
bei etwa 42 V anzieht, wenn der Widerstand 25 überbrückt ist, und es fällt ab bei
etwa 35 V, wenn der Widerstand 2r5 eingeschaltet ist.
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Unter diesen Voraussetzungen arbeitet die Anordnung auf folgende Weise:
Bei normalem Betrieb und vollgeladener Batterie 6 hat das Relais 23 angezogen, und
die Spule 24 des Zellenschalters 8 führt Strom, .so daß der Zellenschalter und siebzehn
Zellen der Batterie eingeschaltet sind. Der Kontakt 22 des Zellenschalters schließt
die Widerstände 2o und 21 kurz, so daß der Umformer i eine Spannung von 37 V hält.
Der Kontakt 27 des Zellenschalters ist geöffnet, und die Spannung, bei der das Relais
23 abfällt, ist also ungefähr 35 V.
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Bei Stromunterbrechung fließt kein Strom vom Umformer i, so daß das
Relais 4 abfällt. Wenn Belastungsgegenstände angeschlossen sind, bedeutet dies,
daß der Kontakt 13 und damit der Kontakt 15 geschlossen sind. Der Kontakt 28 wird
dann geöffnet. Infolge der Belastung sinkt die Batteriespannung schnell auf 35 V.
Das Relais 23 fällt dann ab und unterbricht den Strom durch die Spule 24 des Zellenschalters
8, so daß der Zellenschalter umschaltet und die Zusatzzellen 7 einschaltet. Die
Spannung wird dadurch auf ungefähr 38 V erhöht, entsprechend der Anfangsentladungsspannung
für neunzehn Bleizellen.
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Wenn der Kontakt 13 geschlossen ist, sobald die Netzspannung wiederkehrt,
regelt der Umformer i auf eine Spannung von 39V, entsprechend einer EMK für neunzehn
Zellen, dadurch, daß der Widerstand 20 überbrückt ist. Eine weitere Entladung der
Batterie wird deshalb verhindert. Wenn der Kontakt 13 öffnet, fällt das Relais 1,4
ab, und die Überbrückung des Widerstandes 2o hört auf. Der Umformer i erhöht dann
die Spannung auf 45 V, wobei der Strom so hoch wird, daß das Relais 4 anzieht und
damit auch das Relais 16. Wenn darauf der Kontakt 13 schließt, zieht das Relais
14 an und überbrückt den. Widerstand 2o, wodurch der Umformer i die Spannung auf
39 V senkt. In Abhängigkeit von der Anwesenheit einer Belastung wechselt also der
Umformer i seine Spannung zwischen Vo,lladespannung 45 V und Dauerladespannung 39
V.
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Während der Ladung der Batterie steigt ihre Spannung, was zur Folge
hat, daß der Strom vom Umformer i abnimmt, aber wenn dieser Strom auf einen gewissen
am Relais 4 eingestellten Wert sinkt, fällt dieses Relais ab und zeigt damit an,
daß die Batterie vollgeladen ist. Wenn das Relais 4 abfällt, wird der Strom für
das Relais 16 unterbrochen, so daß es abfällt, und nachdem die Spannung jetzt 45
V beträgt, zieht das Relais 23 an und schließt den Stromkreis über die Spule 2q.
am Zellenschalter B. Hierbei werden die Zusatzzellen 7 abgeschaltet und die Widerstände
2o und 21 überbrückt, wodurch normaler Betrieb wieder hergestellt wird.
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Wenn der Umformer i mit Strombegrenzung versehen ist, sinkt die Spannung
für die Stammzellen, wenn die Belastung des Umformers den Grenzstrom überschreitet,
weshalb auch in diesem Fall das Mindestspannungsrelais 23 abfällt und der Zellenschalter
8 umschaltet.
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,Es ist natürlich möglich, die Spule des Zellenschalters 8 an die
Netzspannung anstatt an die Gleichspannung anzuschließen, wie in dem Ausführungsbeispiel
gezeigt ist. In diesem Fall wird der Zellenschalter unmittelbar bei Stromunterbrechung
im Netz umschalten, aber im übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung die gleiche.
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Aus der Beschreibung geht hervor, da-B durch die Erfindung immer sichergestellt
wird, daß die Zusatzzellen die gleiche Ladung wie die Stammzellen haben, und dies
unabhängig davon, wie eine Anzeige der vollgeladenen Batterie erhalten wird. Bei
der beschriebenen Anordnung wird diese Anzeige durch die Zusammenwirkung zwischen
dem Kontakt 13 und dem Relais 4 erhalten. Es können jedoch auch andere Anzeigeverfahren,
beispielsweise die Anzeige auf Grund des spezifischen Gewichts des Elektrolyts,
angewendet -werden. Es ist auch .möglich, die Ausführung der Kontakte des Zellenschalters,
der Regelung des Umformers und der Zusammenschaltung der Hilfsorgane, die für die
Blockierung des Abfalls des Zellenschalters verwendet werden, bevor die ganze Batterie
geladen ist, abzuändern.