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Dokumentenidentifikation DE10222144A1 20.02.2003
Titel Schaltungsanordnung zum Schutz von Batterien von Unterspannung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Roeder, Frank, 09116 Chemnitz, DE
DE-Anmeldedatum 17.05.2002
DE-Aktenzeichen 10222144
Offenlegungstag 20.02.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.02.2003
IPC-Hauptklasse H02H 7/18
Zusammenfassung Eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Batterien von Unterspannungen ermöglicht die Steuerung eines Unterspannungsschutzrelais rein passiv durch die eigene Batteriespannung unter Anwendung von Bauelementen mit definierter Hysterese.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Batterien in Stromversorgungsanlagen, bei denen ein Unterspannungsschutzrelais als Tiefentladeschutz Verwendung findet.

Batterien haben in Stromversorgungsanlagen die Aufgabe, bei Netzausfall die Ausgangsspannung am Verbraucher möglichst lange zu puffern.

Hält ein Netzausfall über eine längere Zeit an, dann werden die angeschlossenen Batterien immer mehr entladen und kommen möglicherweise unter ihre kritische Unterspannung, der sogenannten Tiefentladung. Bei einer Tiefentladung werden die Batterien irreparabel geschädigt. Sie können anfangen zu gasen, zu brennen oder zu explodieren im Extremfall. Batterien in Stromversorgungsanlagen haben einen relativ hohen Geldwert. Daher müssen sie ständig auf mögliche Unterspannung überwacht werden.

Die Überwachung erfolgt dabei in der Regel durch Messung der Batteriespannung durch einen Controller, der wiederum ein Unterspannungsschutzrelais steuert, welches an der Batterie in Reihe angeschlossen ist. Mit diesem Unterspannungsschutzrelais kann dann kein Strom mehr fließen.

Nachteilig ist hierbei, dass bei Ausfall des Controllers dieses Unterspannungsschutzrelais nicht mehr angesteuert werden kann. Die Batterie kann dann nicht mehr vom Verbraucher getrennt werden und liefert so lange Strom, bis sie aufgebraucht bzw. tiefentladen ist. Sie ist dann beschädigt und muss unbedingt ausgetauscht werden.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, den vorstehend genannten Nachteil zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche es ermöglicht, das Unterspannungsschutzrelais so zu steuern, dass dessen Ansteuerung unabhängig von einem Controller und rein passiv durch die eigene Batteriespannung erfolgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Steuerung des Unterspannungsschutzrelais mittels eines Relais mit 2 Schließkontakten und 2 Zener-Dioden unterschiedlicher Zener-Spannungen aufgrund definierter Schalt-Hysterese mit unterschiedlichen Ein- und Ausgangsspannungen passiv aus der eigenen Batteriespannung erfolgt.

Eine solche erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht die Ansteuerung des Unterspannungsschutzrelais unabhängig von einem Controller und gewährleistet so einen Schutz vor Unterspannung und Zerstörung der Batterie.

Erfindungsgemäß ist es möglich, unter Berücksichtigung der Zener-Spannung der vorhandenen Zener-Dioden, dieselben in Reihe mit dem erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Relais mit 2 Schließkontakten oder parallel zueinander in Reihe zu diesem Relais jeweils in Verbindung mit einem Schließkontakt, welcher mit dem Unterspannungsschutzrelais in Reihe liegt, zu verwenden.

In den Ausführungsbeispielen ist je eine Schaltungsvariante beispielhaft dargestellt.

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Form eines Relais, welches mit zwei in Reihe liegenden Zener-Dioden an die Spannungskette L- und L+ einer Batterie angeschlossen ist.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Form eines Relais, welches mit zwei parallel liegenden Zener-Dioden an die Spannungskontakte L- und L+ einer Batterie angeschlossen ist.

In Fig. 1 ist eine Reihenschaltung aus einem Relais R und zwei Zener-Dioden ZD1 und ZD2 dargestellt. Über der unteren Zener-Diode ZD2 (9 V) ist ein Schließer S1 des Relais R angeordnet. Ein weiterer Schließer S2 dieses Relais R befindet sich in Reihe zum Unterspannungsschutzrelais UR, welches die Batterie mit dem Verbraucher verbindet.

Die Schließkontakte des Unterspannungsschutzrelais UR, die Batterie und der Verbraucher sind hier nicht weiter dargestellt.

Das Relais R schaltet, wenn die Spannung zwischen L+ und L- einen Wert überschreitet, der sich aus der Summe der Relais- Nennspannung, der Spannung der Zener-Diode ZD1 und der Spannung der Zener-Diode ZD2 berechnet. Hat das Relais R eine Nennspannung von 12 V, die Zener-Diode ZD1 eine Spannung von 27 V und die Zener-Diode ZD2 eine Spannung von 9 V, dann zieht das Relais R bei 48 V Batteriespannung an. Während des Anziehvorganges des Relais R wird die Zener-Diode ZD2 durch den Schließer S1 des eigenen Relais überbrückt. Dadurch erhält das Relais mehr Spannung und kann so sicher anziehen und schalten. Über dem Relais R liegen dann bei 48 V Batteriespannung etwa 21 V. Gleichzeitig wird der Schließer S2 geschlossen und das Unterspannungsschutzrelais UR wird geschaltet. Die Batterie ist nun mit dem Verbraucher verbunden.

Sinkt die Batteriespannung auf etwa 39 V, dann sind über dem Relais R eine Spannung von etwa 12 V und über der Zener-Diode ZD1 etwa 27 V. Fällt nun die Batteriespannung weiter, dann fällt das Relais R ab. Während dieses Abfallvorganges bei kleiner 39 V wird der Schließer S1 geöffnet und das Relais R hat dann nur 3 V. So kann das Relais sicher abfallen. Gleichzeitig fällt dann der Schließer S2 ab. Dadurch wird das Unterspannungsschutzrelais UR stromlos und trennt, die Batterie vom Verbraucher.

In Fig. 2 ist eine Reihensschaltung zum Relais R und zwei parallel geschalteten Zener-Dioden ZD1 und ZD2 dargestellt. In Reihe zur rechen Zener-Diode ZD1 (27 V) ist ein Schließer S1 des Relais R angeordnet. Ein weiterer Schließer S2 dieses Relais befindet sich in Reihe zum Unterspannungsschutzrelais UR, welches die Batterie mit dem Verbraucher verbindet.

Die Schließkontakte des Unterspannungsschutzrelais UR, die Batterie und der Verbraucher sind hier nicht weiter dargestellt.

Das Relais R schaltet, wenn die Spannung zwischen L+ und L- einen Wert überschreitet, der sich aus der Summer von der Relais-Nennspannung und der Spannung der Zener-Diode ZD2 berechnet. Hat das Relais R eine Nennspannung von 12 V, Zener- Diode ZD1 eine Spannung von 27 V und Zener-Diode ZD2 eine Spannung von 36 V, dann zieht das Relais R bei 48 V Batteriespannung an. Während des Anziehvorganges des Relais R wird die Zener-Diode ZD1 durch den Schließer S1 mit der Zener- Diode ZD2 parallel geschaltet. Die Zener-Diode ZD1 ist nun aktiv. Dadurch erhält das Relais R mehr Spannung und kann so sicher anziehen und schalten. Über dem Relais R liegen dann bei 48 V Batteriespannung etwa 21 V. Gleichzeitig wird der Schließer S2 geschlossen und das Unterspannungsschutzrelais UR wird geschaltet. Die Batterie ist nun mit dem Verbraucher verbunden.

Sinkt die Batteriespannung auf etwa 39 V, dann sind über dem Relais R eine Spannung von etwa 12 V und über der Zener-Diode ZD1 eine Spannung von 27 V. Fällt nun die Batteriespannung weiter, dann fällt das Relais R ab. Während dieses Abfallvorganges bei kleiner 39 V wird der Schließer S1 geöffnet und das Relais R hat dann nur 3 V. So kann das Relais R sicher abfallen. Gleichzeitig fällt dann der Schließer S2 ab. Dadurch wird das Unterspannungsschutzrelais UR stromlos und trennt die Batterie vom Verbraucher.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung aus Fig. 1 und Fig. 2 ermöglicht einen passiven. Unterspannungsschutz einer Batterie, bei dem ein sofortiges Wiedereinschalten des Unterspannungsschutzrelais durch eine Hysterese gemäß den Beispielen bei 48 V - Einschalten; bei 39 V Ausschalten, begrenzt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zum Schutz von Batterien vor Unterspannung in Stromversorgungsanlagen, bei denen ein Unterspannungsschutzrelais als Tiefentladeschutz Verwendung findet, mit

    einem Unterspannungsschutzrelais, dessen Ansteuerung mittels eines Relais mit 2 Schließkontakten und 2 Zener-Dioden mit 2 unterschiedlichen Zener-Spannungen aufgrund definierter Schalthysterese mit unterschiedlichen Ein- und Ausgangsspannungen passiv aus der eigenen Batteriespannung erfolgt.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

    bei der ein Relais in Reihe mit 2 Zener-Dioden unterschiedlicher Zener-Spannungen parallel zum Unterspannungsschutzrelais an eine Batterie angeschlossen ist, wobei

    ein erster Schließkontakt des Relais über der zweiten in Reihe zum Relais liegenden Zener-Diode angeordnet ist, und

    ein zweiter Schließkontakt des Relais in Reihe zum Unterspannungsschutzrelais geschaltet ist

    wobei

    U_Einschalten = U_Relais_Nenn + U_ZD1 + U_ZD2

    U_Ausschalten = U_Relais_Nenn + U_ZD1

    U_Schalthysterese = U_Einschalten - U_Ausschalten = U_ZD2

    sind.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

    bei der ein Relais in Reihe mit 2 parallel geschalteten Zener-Dioden unterschiedlicher Zener-Spannung parallel zum Unterspanngsschutzrelais an einer Batterie angeschlossen ist, wobei

    ein erster Schließkontakt des Relais mit einer der beiden Zener Dioden in Reihe geschaltet ist, und

    ein zweiter Schließkontakt des Relais in Reihe zum Unterspannungsschutzrelais geschaltet ist

    wobei

    U_Einschalten = U_Relais_Nenn + U_ZD2

    U_Ausschalten = U_Relais_Nenn + U_ZD1

    U_Schalthysterse = U_Einschalten - U_Ausschalten = U_ZD2 - U_ZD1






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