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Dokumentenidentifikation DE10026835B4 30.12.2004
Titel Schaltungsanordnung und Verfahren zur Vermeidung von Tiefenladezuständen bei Bleibatterien in batteriegepufferten elektrischen Anlagen, insbesondere in Schienenfahrzeugen
Anmelder Fahrzeugausrüstung Berlin GmbH, 12681 Berlin, DE
Erfinder Laske, Olaf, Dipl.-Ing., 12559 Berlin, DE;
Nopper, Hans-Rolf, Dipl.-Ing., 15745 Wildau, DE
Vertreter Patentanwälte Effert, Bressel und Kollegen, 12489 Berlin
DE-Anmeldedatum 30.05.2000
DE-Aktenzeichen 10026835
Offenlegungstag 13.12.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.12.2004
IPC-Hauptklasse H02H 7/18
IPC-Nebenklasse H02J 7/00   G01R 31/36   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere zur strom- und temperaturabhängigen Batteriespannungsüberwachung, insbesondere bei Bleibatterien in Hilfsbetriebssystemen von Schienenfahrzeugen.

Es ist bekannt, für die Batteriespannungsüberwachung in gepufferten elektrischen Anlagen des Schienenfahrzeugbaus zur Vermeidung von Tiefentladungen spannungsabhängige Minimalspannungsabschalter einzusetzen.

Die DE 38 22 021 C1 zeigt eine typische Schaltungsanordnung zur Minimalspannungsüberwachung. Ein einstellbarer Komparator misst relativ hochohmig die Batteriespannung und schaltet beim Unterschreiten einer für den Entladezustand typischen Spannung über ein Schaltglied die an der Batterie betriebenen Verbraucher ab. Bei kurzzeitigen Unterbrechungen der Batteriespannung im Falle von Anlaufvorgängen oder Lastzuschaltungen wirkt eine Zeitverzögerung, die das Ansprechen der Triggeranordnung verhindert.

Für stationäre Batteriesysteme sind aufwendige rechnergestützte Messanordnungen bekannt, die die Batteriespannung, Batteriestrom sowie den aktuellen Ladezustand überwachen. In der etz, Heft 19/1998, Seite 28 bis 29, wird das System "Batlog" der Firma Digatron zur komplexen Batteriespannungsüberwachung in seiner prinzipiellen Wirkungsweise beschrieben. Hierbei werden die Blockspannungen sowie der Batteriestrom über entsprechende Messmodule erfasst und über eine Datenfernübertragung an den Leitrechner gesendet. Im Leitrechner ist eine Software installiert, die die Daten auswertet und visualisiert.

Um die Verfügbarkeit von Batterien für USV (unterbrechungsfreie Stromversorgungen) zu sichern und die Lebensdauerkosten zu senken, ist in der etz, Heft 4/1996, Seite 18 bis 22, ein rechnergestütztes Batteriemanagement beschrieben, das ein optimales Betriebsregime für die Ladung und die Minimalspannungsabschaltung durch die Erfassung der Betriebs- und Umweltparameter ermöglicht. Die mit den Messmodulen erfassten Daten werden über Lichtwellenleiter einem Zentralrechner zur Auswertung zugeleitet und in diesem ausgewertet.

Betrachtet man die bisher in Schienenfahrzeugen häufig angewendete gesamtspannungsabhängige ein- oder mehrstufige Minimalspannungsabschaltung, so haben die bekannten Systeme den Nachteil, dass der Entladestrom sowie eine Reihe von Umweltparametern keinen Einfluss auf den Abschaltwert haben und somit Schäden durch Tiefentladung einzelner Zellen und Blöcke eintreten können, obwohl der vorgegebene Schwellwert exakt eingehalten wurde. Weiterhin werden Unsymmetrien der einzelnen Zellen bzw. Blöcke nicht erfasst.

In stationären Anlagen werden die Batterien mit entsprechendem Aufwand überwacht. Messmodule für die relevanten Parameter der Zelle oder der Blöcke werden elektrisch aufbereitet und in einem zentralen Rechner mittels einer entsprechenden Software ausgewertet. Sinnvollerweise sind diese Systeme mit einem steuerbaren Ladegerät gekoppelt, um ein optimales Gesamtbetriebsregime für den Akkumulator zu gewährleisten.

Diese Systeme ermöglichen zwar das optimale Laderegime und eine komplexe Überwachung, sind jedoch im Schienenfahrzeug im Fall hoher Entladebeanspruchung durch den hohen Eigenenergieverbrauch ungünstig. Mit dem Ansprechen des Tiefentladeschutzes muss der Verbraucherstrom Werte in der Größenordnung der Entladeströme aufweisen. Diese Entladeströme sind aber in Schienenfahrzeugen aufgrund verschiedener Betriebsregime, wie z. B. Sommer-, Winter-, Tag- und Nachtbetrieb sehr unterschiedlich.

Der Tiefentladeschutz sowie die abgestufte Verbraucherschaltung werden in Schienenfahrzeugen als sicherheitsrelevante Baugruppe mit einem Höchstmass an Zuverlässigkeit und schaltungstechnischer Unabhängigkeit gefordert, damit die Vermeidung von Tiefentladungszuständen sicher gewährleistet ist.

DE 39 36 638 C1 beschreibt ein Verfahren zur Sicherung der elektrischen Energieversorgung in einem Kraftfahrzeug. Die elektrischen Verbraucher, die für den sicheren Betrieb des Kraftfahrzeuges nicht zwingend notwendig sind, werden in Gruppen unterteilt, wobei die Verbraucher dieser einzelnen Gruppen in Abhängigkeit des Ladungszustandes der Batterie abgeschaltet werden bzw. durch eine getaktete Bestromung nur eine reduzierte Leistung zur Verfügung gestellt bekommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Batteriespannungsüberwachung zu schaffen, mit denen die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden, wobei die Tiefentladung von Bleiakkumulatoren mit einem Minimum an schaltungstechnischem Aufwand bei extrem geringem Eigenstrombedarf verhindert wird, wobei bei relativ intakten Batterien eine in relativ kurzer Zeit vorsichgehende Tiefentladung, die mit den bisher bekannten Anordnungen nicht ausgeschlossen und bei der die Gefahr der vorzeitigen Zerstörung der Batterie nicht abgewendet werden kann vermieden wird und die Schaltungsanordnung mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet und mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden kann und der Einsatz dieser Schaltungsanordnung störunanfällig und robust sein soll.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Eine Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Tiefentladezuständen bei Bleibatterien, insbesondere solcher in Hilfsbetriebssystemen von Schienenfahrzeugen, kann insbesondere folgendermaßen ausgestaltet sein: Die Schaltungsanordnung ist ausgestaltet, den Entladestrom, die Gesamtakkumulatorspannung oder Teilspannungen sowie die Elektrolyttemperatur als Abschaltkriterium zu nutzen. Bei einer konkreten Ausgestaltung sind Batterieblöcke über Blocktransmitter und ein in der Batterieleitung eingeschlossener Batteriestromsensor an einer Auswerteschaltung angeschlossen. Die Auswerteschaltung besteht aus Analogwerterfassern, einer logischen Verknüpfungs- und Zeitschaltung sowie Treibern. Die Verknüpfungs- und Zeitschaltung besteht aus Zeitschaltern, aus einer Verknüpfungslogik und einer CAN-BUS Schnittstelle. Nichtnegierte Ausgänge der Analogwerterfasser sind mit einem Setzeingang des ersten Zeitschalters und ein negierter Ausgang der Analogwerterfasser ist mit Blockiereingängen des ersten Zeitschalters verbunden, wobei der Ausgang des letzten Setzeinganges und der Ausgang des letzten Blockiereinganges jeweils mit der Verknüpfungslogik verbunden sind und die Verknüpfungslogik über einen CAN-BUS an ein Leitsystem angeschlossen ist und die Verknüpfungs- und Zeitschaltung über die Treiber und einen Direktbus mit Verbrauchergruppen, Vorwarnsignal und Schauzeichensetzung verbunden sind. Ein Treiber ist zusätzlich mit einem Batteriehauptschütz verbunden. Durch diese Verknüpfungen bestimmen die Spannung, der Strom, die Temperatur sowie der Füllstand der Zellen und das installierte Zeitregime die Hauptkriterien für die Abschaltung, und es wird eine Vorentscheidung für den Tiefentladezustand getroffen.

D. h., dass die Blockspannung bzw. Zellenspannung sowie die Elektrolyttemperatur der Zelle oder des Blockes und der Gesamtstrom einer Auswerteschaltung zugeführt werden, wobei die Spannung, der Strom, die Temperatur sowie der Füllstand der Zellen als ein signifikantes Signal die Hauptkriterien für die Abschaltung bestimmen und damit eine Vorentscheidung für den Tiefladezustand getroffen wird.

Mit dieser Schaltungsanordnung werden folgende Abläufe bestimmt und möglich:

  • – Bei Ausfall des Ladekriteriums werden zumindest zwei aufeinanderfolgende, den jeweiligen Verbrauchergruppen zugeordnete Zeitstufen geschaltet, die durch das Tiefentladekriterium der Blocktransmitter priorisiert werden, d. h., dass der zeitliche Ablauf beim Erreichen des Tiefentladezustandes verkürzt oder abgebrochen wird und somit die jeweilige Stufe die entsprechende Verbrauchergruppe abschaltet.
  • – Der Tiefentladezustand wird äusserlich durch Schauzeichen signalisiert und vor dem Abschalten des Batteriehauptschützes wird eine Schaltfunktion ausgelöst, durch die das Zugschlusssignal gesetzt wird.
  • – Die Wartungsmassnahmen werden durch eine Eingabetastatur der Auswerteschaltung für eine Dokumentation in einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Historienspeicher abrufbar abgelegt.
  • – Nach dem Erreichen des Tiefentladezustandes ist der nächste Ladezyklus zwangsweise als Ausgleichsladung ausgeprägt.
  • – Über eine Bus-Schnittstellenschaltung kann der Inhalt des Historienspeichers der Auswerteschaltung abgerufen werden.
  • – Die Steuerstromversorgung generiert in an sich bekannter Weise Signale zur Datensicherung und danach nimmt die Abschaltung aller Schaltungsteile der Auswerte- und Transmitterschaltung mit Ausnahme eines stromarmen Freigabetriggers vor.
  • – Ein Freigabetrigger aktiviert mit dem Erscheinen des richtigen Ausgleichsladestromes eine Zeitschleife für die erforderliche Ausgleichsladezeit und ein Betriebsfreigabesignal erfolgt erst nach Ablauf dieser Zeit.
  • – Vor der Abschaltung durch die Merkmale der Tiefentladung wird ein Vorankündigungssignal generiert, das die Ausgabe einer Warnmeldung zum Einleiten einer Normalladung ermöglicht.
  • – Nach dem Erreichen des Tiefentladekriteriums wirkt eine Verriegelung bis zum Ende der Ausgleichsladung.

Für jede Verbrauchergruppe wird im Schienenfahrzeug eine bestimmte Mindestbetriebszeit gefordert. Entsprechend der Schaltungsanordnung werden bei Entladebetrieb (keine Ladung) Zeitschaltungen aktiviert, welche aufeinanderfolgend die Verbraucher der entsprechenden Komfortstufen nach dem Ablauf der erforderlichen Betriebszeit abschalten.

Die letzte Verbrauchergruppe wird von dem eigentlichen Tiefentladeschutz abgeschaltet. Erreicht eine der Zellen bzw. Blöcke unter Einbeziehung des Gesamtstromes, der Elektrolyttemperatur und der Spannung das akkumulatorspezifische Abschaltkriterium, so erfolgt die Abschaltung aller noch gespeisten Verbraucher. Bevor diese endgültige Abschaltung ausgelöst wird, sendet die Schaltung ein Warnsignal aus, um dem Betreiber eine Reaktion zu ermöglichen (Vorwarnstufe).

Sollten Zeitabläufe der höheren Komfortstufen noch nicht beendet sein, so werden diese durch die Vorwarnstufe beendet.

Mit dem Abschalten der Tiefentladestufe werden Schauzeichen gesetzt, welche dem Betreiber den Tiefentladezustand signalisieren. Diese Schauzeichen verbrauchen nach dem Setzen keine elektrische Energie. Im Falle der Tiefentladung ist eine Ausgleichsladung erforderlich. Deshalb werden die gesetzten Schauzeichen erst zurückgesetzt, wenn durch die Auswerteschaltung der erforderliche Ausgleichsladestrom über einen entsprechend langen Zeitraum detektiert wird. Nach der Ausgleichsladung werden die einzelnen Verbrauchergruppen wieder freigegeben. Während der Ausgleichsladung werden die Verbraucher von der Batterie getrennt.

Die Erfindung kann vorteilhaft vorzugsweise im Bahnbetrieb bei unterschiedlichsten Betriebsregimen, wie Sommer-, Winter-, Tag- und Nachtbetrieb eingesetzt werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

1: ein Schema der Abhängigkeiten von Zellenspannung, entnommener Strommenge und Ladestrom bei einem Bleiakkumulator mit Panzerplatten,

2: die Schaltungsanordnung des Ausführungsbeispiels,

3: die logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung.

Ein für die Fahrzeug-Pufferbatterien typisches Kennlinienfeld zeigt die 1. Es ist daraus erkennbar, daß die Überwachung nur der Gesamtbatteriespannung keinen ausreichenden Tiefentladeschutz bietet.

Gemäß 2 besteht die Schaltungsanordnung aus einem Batteriekasten 1 mit darin in Reihe geschalteten Batterieblöcken 1.1, 1.2 und den jeweils zugeordneten Blocktransmittern 1.3, 1.4 sowie einem Batteriestromsensor 1.5. Die Schaltungsanordnung besteht weiterhin aus einer Auswerteschaltung 2 mit Analogwerterfasser 2.1, 2.2 für die Blocktransmitter 1.3 bzw. 1.4 und einem Analogwerterfasser 2.3 für den in der Batterieleitung installierten auf Hall-Basis funktionierenden Batteriestromsensor 1.5. Dieser Batteriestromsensor 1.5 weist eine hohe Überlastfähigkeit auf, um bei hohen Strömen und möglichen Kurzschlüssen nicht zerstört zu werden. Die Ausgänge der Analogwerterfasser 2.1, 2.2 und 2.3 sind mit einer logischen Verknüpfungs- und Zeitschaltung 2.4 verbunden. Die Ausgänge der Verknüpfungs- und Zeitschaltung 2.4 sind über Treiber 2.5, 2.6 und 2.7 mit einem Direktbus 3 verknüpft. Die Verknüpfungs- und Zeitschaltung 2.4 ist über eine CAN-BUS Schnittstelle 2.4.1 mit einem CAN-BUS 4 verbunden. Der Ausgang des Treibers 2.5 ist zugleich mit einem Batteriehauptschütz 5 direkt verbunden. Der CAN-BUS4 ist mit einem Leitsystem 6 und einem Ladegerät 7 mit CAN-Schnittstelle verbunden. Der Direktbus 3 führt zu Schaltgliedern der Verbrauchergruppen I,. II und III sowie zu einem Vorwarnsignal und zu einem Schauzeichen. Ein Widerstand RL symbolisiert die Gesamtverbraucherebene.

Die Ausgänge der Blocktransmitter 1.3, 1.4 sowie der Ausgang des Batteriestromsensors 1.5 sind über Mehrdrahtleitungen 8.1, 8.2 und 8.3 mit den Eingängen der Analogwerterfasser 2.1, 2.2 bzw. 2.3 verbunden.

Gemäß 3 besteht die logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung 2.4 im einzelnen aus in Reihe geschalteten Zeitschaltern 2.4.2, 2.4.3 bis 2.4.4 sowie aus einer Verknüpfungslogik 2.4.5. Die Zeitschalter 2.4.2 bis 2.4.4 verfügen über Setzeingänge S und Blockiereingänge R1 bzw. R2. Die Blockiereingänge R1 der Zeitschalter 2.4.2 bis 2.4.4 sind mit der Verknüpfungslogik 2.4.5 und die Blockiereingänge R2 der Zeitschalter 2.4.2 bis 2.4.4 sind mit einem negierten Ausgang A des Analogwerterfassers 2.3 verbunden. Ein nichtnegierter Ausgang A des Analogwerterfassers 2.3 ist mit dem Setzeingang S des ersten Zeitschalters 2.4.2 und der Ausgang des Zeitschalters 2.4.2 ist mit dem Setzeingang S des zweiten Zeitschalters 2.4.3 und die nachfolgenden Zeitschalter 2.4.4 bzw. weitere in gleicher Weise verbunden. Der letzte Zeitschalter 2.4.4 in dieser Kette ist mit der Verknüpfungslogik 2.4.5 verbunden. Die Schaltausgänge der Verknüpfungslogik 2.4.5 sind mit der CAN-BUS Schnittstelle 2.4.1 sowie mit den Eingängen der Treiber 2.5, 2.6 und 2.7 verbunden.

Die 2 und 3 zeigen die Überwachung der Batterieblöcke 1.1, 1.2 mit einem 24 V-Akkumulator (Fahrzeugpufferbatterie) in Triebfahrzeugen. Die Blockspannung weist einen Nennwert von 12 V auf. Der zu überwachende Batterietyp ist ein geschlossener Bleiakkumulator mit Gitter- oder Panzerplatten.

Die Auswertung der Signale der Blocktransmitter 1.3, 1.4 sowie des Batteriestromsensors 1.5 in der Auswerteschaltung 2 erfolgt auf nachfolgend beschriebene Weise: Die Blocktransmitter 1.3, 1.4 liefern bereits ein Verknüpfungssignal aus Spannung, Elektrolyttemperatur, Füllstand und Säuredichte. Der Batteriestromsensor 1.5 auf Hall-Basis, erfasst die für die Tiefentladung relevanten relativ geringen Ströme exakt. Mit dem Erreichen des Ladekriteriums werden die Verbrauchergruppen I, II, III freigegeben. Diese Verbrauchergruppen I, II, III sind nach Komfortstufen eingeteilt. Das Ladekriterium wird aus der Stromrichtung des Batteriestromsensors 1.5 hergeleitet. Speist der Batterieblock 1.1 und 1.2, so wird das als Entladekriterium gewertet, und die logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung 2.4 und CAN-BUS Schnittstelle 2.4.1 für die höchste Komfortstufe (Verbrauchergruppe I) wird aktiviert. Sollte die Batteriespeisung nur im Falte von Anlauf- oder Einschaltvorgängen erfolgen, so wird mit der Stromrichtungsumkehr auf Ladung die erste Zeitschaltung wieder zurückgesetzt. Nach dem Ablauf einer für diese Batterietypen festgelegten Zeit von 1,2 h werden die Stromkreise der Verbrauchergruppe I unterbrochen. Mit dem Abschalten der Verbrauchergruppe I beginnt der Zeitablauf für die Verbrauchergruppe II. Nach einer Entladezeit von 0,5 Stunden wird auch diese Verbrauchergruppe II von den Batterieblöcken 1.1, 1.2 getrennt. Als letzte Stufe bleibt die Verbrauchergruppe III an den speisenden Batterieblöcken 1.1, 1.2. Die Signale der Blocktransmitter 1.3, 1.4 werden mit dem Entladestrom in der logischen Verknüpfungs- und Zeitschaltung 2.4 und CAN-BUS Schnittstelle 2.4.1 derart verknüpft, dass eine entladestromabhängige Blockspannung gebildet wird, die zusammen mit der Temperatur das Abschaltkriterium ergibt. Hierbei sind die Kennlinien der Batterieblöcke 1.1, 1.2 in entsprechender Weise in der Auswerteschaltung 2 implementiert. Sollte der Wasserstand so weit abgesunken sein, dass eine Zellenschädigung möglich ist, so beginnt das Ausgangssignal zu takten, ein Warnsignal wird generiert und es erfolgt ein entsprechender Hinweis für den Betreiber. Im Ausführungsbeispiel ist dieses Warnsignal über den CAN-BUS 4 verfügbar. Hierzu ist eine CAN-Karte in der Auswerteschaltung 2 integriert. Die Ausgabe der entsprechenden Schaltbefehle erfolgt über die Treiber 2.5, 2.6, 2.7. Sollte das Tiefentladekriterium vor dem Ablaufen der Zeiten für die Verbrauchergruppen I und II erreicht sein, so werden die Zeitabläufe drastisch verkürzt. Zuvor wird jedoch der Treiber 2.6 für das Vorwarnsignal aktiviert. Die Auswerteschaltung 2 wird von einer Steuerstromversorgung 9 in bekannter Weise gespeist. Diese Steuerstromversorgung 9 weist einen Energiesparmodus auf, der bei Unterschreitung der Minimalspannung aktiviert wird.

Diese Schaltungsanordnung beinhaltet ein System, mit dem ermöglicht wird, daß bei Ausfall des Ladekriteriums zumindest zwei aufeinanderfolgende, den jeweiligen Verbrauchergruppen I, II, III zugeordnete Zeitstufen geschaltet werden, die durch das Tiefentladekriterium der Blocktransmitter 1.3, 1.4 priorisiert werden, d. h., dass der zeitliche Ablauf beim Erreichen des Tiefentladezustandes verkürzt oder abgebrochen wird und somit die jeweilige Stufe die entsprechende Verbrauchergruppe I, II, III abschaltet. – Der Tiefentladezustand wird äußerlich durch Schauzeichen signalisiert und vor dem Abschalten des Batteriehauptschützes wird eine Schaltfunktion ausgelöst, durch die das Zugschlusssignal gesetzt wird. Wartungsmaßnahmen werden durch eine Eingabetastatur der Auswerteschaltung 2 für eine Dokumentation in einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Historienspeicher abrufbar abgelegt. Nach dem Erreichen des Tiefentladezustandes ist der nächste Ladezyklus zwangsweise als Ausgleichsladung ausgeprägt. Über eine Bus-Schnittstellenschaltung kann der Inhalt des Historienspeichers der Auswerteschaltung 2 abgerufen werden. Die Steuerstromversorgung 9 generiert in an sich bekannter Weise Signale zur Datensicherung und nimmt danach die Abschaltung aller Schaltungsteile der Auswerteschaltung 2 vor. Ein Freigabetrigger 10 aktiviert in üblicher Weise mit dem Erreichen des erforderlichen Ausgleichsladestromes eine Zeitschleife für die erforderliche Ausgleichsladezeit und aktiviert ein Betriebsfreigabesignal nach Ablauf dieser Zeit. Vor der Abschaltung durch die Merkmale der Tiefentladung wird ein Vorankündigungssignal generiert, das die Ausgabe einer Warnmeldung zum Einleiten einer Normalladung ermöglicht. Nach dem Erreichen des Tiefentladekriteriums wirkt eine Verriegelung bis zum Ende der Ausgleichsladung.

1Batteriekasten 1.1Batterieblock 1.2Batterieblock 1.3Blocktransmitter 1.4Blocktransmitter 1.5Batteriestromsensor 2Auswerteschaltung 2.1Messwerterfasser (für Blocktransmitter 1.3) 2.2 Messwerterfasser (für Blocktransmitter 1.4) 2.3Messwerterfasser (für Batteriestromsensor 1.5) 2.4logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung 2.4.1CAN-BUS Schnittstelle 2.4.2Zeitschalter (t1) 2.4.3Zeitschalter (t2) 2.4.4Zeitschalter (tn) 2.4.5Verknüpfungslogik 2.5Treiber (für Batterieschütz und Schauzeichensetzung) 2.6Treiber (für Vorwarnsignal) 2.7Treiber (für Verbrauchergruppen A, B, C) 3Direktbus 4CAN-BUS 5Batteriehauptschütz 6Leitsystem 7Ladegerät (mit CAN-Schnittstelle) 8.1Mehrdrahtleitungen (Blocktransmitter 1.3) 8.2Mehrdrahtleitungen (Blocktransmitter 1.4) 8.3Mehrdrahtleitungen (Batteriestromsensor 1.5) 9Steuerstromversorgung (mit Energiesparmodus) 10 Freigabetrigger Anicht negierter Ausgang (von Messwerterfasser 2.3) Anegierter Ausgang (von Messwerterfasser 2.3) RLWiderstand R1Blockiereingang R2Blockiereingang SSetzeingang IVerbrauchergruppe IIVerbrauchergruppe IIIVerbrauchergruppe

Anspruch[de]
  1. Schaltungsanordnung zur Vermeidung von Tiefentladezuständen bei Bleibatterien in batteriegepufferten elektrischen Anlagen, insbesondere in Schienenfahrzeugen, wobei der Entladestrom, die Gesamtakkumulatorspannung oder Teilspannungen sowie die Elektrolyttemperatur erfasst, von einer Auswerteschaltung (2) ausgewertet und als Abschaltkriterium zum Abschalten von Verbrauchern genutzt werden, wobei

    – zumindest ein Batterieblock (1.1, 1.2) gebildet ist und eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist, wobei dem Batterieblock (1.1, 1.2) ein Blocktransmitter (1.3, 1.4) zugeordnet ist und wobei der Blocktransmitter (1.3, 1.4) ausgestaltet ist, die Blockspannung bzw. Zellenspannung sowie die Elektrolyttemperatur der Batteriezelle oder des Batterieblocks (1.1, 1.2) der Auswerteschaltung (2) zur Verfügung zu stellen,

    – ein in der Batterieleitung angeordneter Batteriestromsensor (1.5) ausgestaltet ist, den Batteriestrom zu erfassen und der Auswerteschaltung (2) zur Verfügung zu stellen,

    – die Auswerteschaltung (2),

    a) eine logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung (2.4) aufweist,

    b) ausgestaltet ist, den von dem Batteriestromsensor (1.5) erfassten Batteriestrom hinsichtlich der Stromrichtung auszuwerten und bei Beginn einer Entladung des Batterieblocks (1.1, 1.2) die logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung (2.4) zu aktivieren,

    – die logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung (2.4) ausgestaltet ist,

    c) bei Beginn der Entladung des Batterieblocks (1.1, 1.2) einen Zeitablauf einer festgelegten Länge für eine erste Verbrauchergruppe zu starten und bei andauernder Batteriespeisung die erste Verbrauchergruppe nach dem Zeitablauf abzuschalten,

    d) mit dem Abschalten der ersten Verbrauchergruppe einen zweiten Zeitablauf einer festgelegten Länge für eine zweite Verbrauchergruppe zu starten und bei andauernder Batteriespeisung die zweite Verbrauchergruppe nach dem Zeitablauf abzuschalten, und

    e) bei Erfüllung des unter Verwendung des Entladestroms, der Spannung sowie der Temperatur gebildeten Abschaltkriteriums, d.h. bei Erreichen eines Tiefentladezustandes der Bleibatterie, den Zeitablauf oder die Zeitabläufe zu verkürzen oder vorzeitig abzubrechen.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung (2.4) eine Verknüpfungslogik (2.4.5) und mindestens zwei aufeinanderfolgende, eine Kette bildende Zeitschalter (2.4.2, 2.4.3, 2.4.4) aufweist, die mit der Verknüpfungslogik (2.4.5) verbunden sind.
  3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Verknüpfungslogik (2.4.5) über einen CAN-Bus (4) an ein Leitsystem (6) angeschlossen ist.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die logische Verknüpfungs- und Zeitschaltung (2.4) über Treiber (2.5, 2.6, 2.7) und einen Direktbus (3) mit den Verbrauchergruppen verbunden ist.
  5. Schaltungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Ausgang eines der Treiber (2.5) mit einem Batteriehauptschütz (5) verbunden ist.
  6. Verfahren zur Vermeidung von Tiefentladezuständen bei Bleibatterien in batteriegepufferten elektrischen Anlagen, insbesondere in Schienenfahrzeugen,

    – wobei der Entladestrom, die Gesamtakkumulatorspannung oder Teilspannungen sowie die Elektrolyttemperatur erfasst, ausgewertet und für ein Abschaltkriterium genutzt werden,

    – wobei bei Beginn einer Speisung von Verbrauchern aus der Bleibatterie ein Zeitablauf einer festgelegten Länge für eine erste Verbrauchergruppe gestartet wird und bei andauernder Batteriespeisung die erste Verbrauchergruppe nach dem Zeitablauf abgeschaltet wird,

    – wobei mit dem Abschalten der ersten Verbrauchergruppe ein zweiter Zeitablauf einer festgelegten Länge für eine zweite Verbrauchergruppe gestartet wird und bei andauernder Batteriespeisung die zweite Verbrauchergruppe nach dem Zeitablauf abgeschaltet wird,

    – bei Erfüllung des unter Verwendung des Entladestroms, der Spannung sowie der Temperatur gebildeten Abschaltkriteriums, d.h. bei Erreichen eines Tiefentladezustandes der Bleibatterie, der Zeitablauf oder die Zeitabläufe verkürzt werden oder vorzeitig abgebrochen werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei der Bildung des Abschaltekriteriums eine entladestromabhängige Batterieblockspannung gebildet wird.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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