DE2939977A1 - Schaltungsanordnung zur regelung des ladestroms eines akkumulators - Google Patents

Schaltungsanordnung zur regelung des ladestroms eines akkumulators

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Description

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SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR REGELUNG DES LADESTROMS EINES AKKUMULATORS
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Ladestroms eines Akkumulators, wobei eine Stromquelle zur Verfügung steht, die unregelmäßig aktiv ist und im übrigen einen Verbraucher speist sowie mit einem Energiespeicher verbunden ist, an den der nicht für den Verbraucher benötigte Strom gelangt, wenn der Akkumulator einen gegebenen Ladezustand erreicht. Die Erfindung betrifft insbesondere Schaltungsanordnungen, bei denen die Stromquelle aus lichtelektrischen Wandlern besteht und unabhängig vom Ladezustand des Akkumulators einen Strom immer dann liefert, wenn der Lichteinfall ausreicht.
Die Regelung des Ladevorgangs für einen Akkumulator erfolgt üblicherweise über einen Regler, der zum Akkumulator parallelgeschaltet ist und den Ladestrom des Akkumulators verringert oder ganz unterbricht, wenn letzterer einen gewünschten Ladezustand erreicht hat. Meist wirkt der Regler außerdem mit Mitteln zur Vernichtung der überschüssigen Energie zusammen, nachdem die vollständige Aufladung des Akkumulators erreicht wurde.
Diese überschüssige Energie geht verloren. Es wäre sinnvoll, diese Energie entweder in Form potentieller Energie, indem Wasser hochgepumpt wird, oder in Form thermischer Energie zu speichern, indem ein Material großer thermischer Kapazität erhitzt wird, oder aber diese Energie in elektrischer
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Form in ein Netz einspeisen.
Ein üblicher Regler, der parallel zum Akkumulator liegt, vermag dieses Problem nicht zu lösen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Regler anzugeben, der zu einer Speicherung der überschüssigen Energie führt.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Schaltungsanordnung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
die Figuren 2A und 2B ergeben zusammengesetzt das Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäSen Schaltungsanordnung.
Eine unregelmäfiig aktive Stromquelle 1 wird beispielsweise von einer Fotozellenbatterie gebildet, die dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Diese Batterie speist über eine Diode einen Akkumulator 3. Ein Teil der von der Fotozellenbatterie gelieferten Strommenge kann in einem Verbraucher 5 benötigt werden (Beleuchtung, Heizung usw.), für den die ganze Anlage eigentlich dient. Die überschüssige Energie, die weder im Verbraucher 5 verbraucht wird,noch im Akkumulator 3 nach dessen vollständiger Aufladung benötigt wird, gelangt zu einem Energiespeicher 6. Die Regelung des Energiespeichers erfolgt über einen Regler 7, der eine unmittelbar vom Ladezustand des Akkumulators abhängige Information, z.B.
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die Klemmenspannung des Akkumulators zugeführt erhält.
Man kann eine weitere Regelung der von der Fotozellenbatterie gelieferten Energie mithilfe eines Amperestundenzählers 8 hinzufügen, der an einen MeAwiderstand 4 im Akkumulatorkreis angeschlossen ist. Dieser zusätzliche Regler ändert den Spannungssollwert des Hauptreglers, wenn der Akkumulator vollständig aufgeladen ist, und unterbricht über einen Schalter 9 den Verbraucherkreis, wenn die nutzbare Kapazität der Batterie verbraucht ist.
Ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in den Figuren 2A und 2B im einzelnen dargestellt. Das vollständige Schaltbild ergibt sich, wenn man die beiden Teilbilder so aneinanderlegt, da β die Buchstaben S, U, V, W, X, Y und Z übereinanderliegen. Diese Schaltungsanordnung wurde für die Stromversorgung einer Gruppe von Wohnungen mithilfe einer Fotozellenbatterie entworfen. Das allgemeine Stromnetz soll nur dann in Anspruch genommen werden, wenn die Sonnenzellenenergie nicht ausreicht.
Die Speicherung der eventuell überschüssigen Energie aus den Fotozellen erfolgt durch Umwandlung in Wechselstrom und Einspeisung dieses Wechselstroms in das allgemeine Netz.
Wie im Blockschaltbild von Fig. 1 ist auch hier die Fotozellenbatterie 1 über eine Diode 2 mit dem Akkumulator 3 verbunden. Der normale Verbraucher besteht hier aus einer Gruppe von Wohnungen 5a, 5b, 5c usw. Die in der Spitze benötigte Energie stammt aus einem allgemeinen Wechselstrom-
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netz 10. Vor der Einspeisung in die Wohnungen wird die von den Sonnenzellen gelieferte Energie mithilfe eines Gleichstrommotors 11 mit paralleler Erregerwicklung 12 und einer Asynchronmaschine in Wechselstrom umgewandelt, deren Stator mit 21 bezeichnet ist und deren Rotor 22 auf derselben Welle wie der Motor sitzt.
Wenn der Akkumulator 3 geladen ist und wenn die Sonnenzellen Energie liefern, dann arbeitet diese Motor-Genera tor gruppe als Generator zur Speisung der Verbraucher in den Wohnungen. Der allfällige Überschuß wird an das Netz 10 abgegeben. In diesem Fall ist ein Notrelais 30 erregt, und seine Kontakte 30a bis 3Od befinden sich in Arbeitsstellung.
Für diesen Betriebsfall müssen die Ringe 22a bis 22c des Rotors 22 kurzgeschlossen werden, was durch schließen des Kontakts 3Od erreicht wird. Das Relais 32 wird hierdurch erregt und seine Kontakte 32a bis 32c schließen sich.
Wenn der Akkumulator beispielsweise nach einem sonnenlosen Tag weitgehend entladen ist, dann wird er in der folgenden Nacht während der tarifgünstigen Stunden aus dem Netz über ein Ladegerät 34 wieder aufgeladen. Die Kontrolle der tarifgünstigen Verbrauchszeiten erfolgt durch eine Schaltuhr 35 und einen Schaltkontakt 35a. Der Ladezustand des Akkumulators wird in einem Zähler 80 entdeckt, der zwei Kontakte 80a und 80b aufweist. Wenn der Akkumulator bis zu einem gegebenen Schwellwert an einem sonnenlosen Tag entladen worden ist, dann schließt der Kontakt 80a. Wenn dann der
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tarifgünstige Zeitraum beginnt, schlieAt die Schaltuhr den Kontakt 35a und erregt somit das Relais 36. Die Kontakte 36a und 36b verbinden dann das allgemeine Netz 10 und das Ladegerät 34. Ein Beispiel eines hier vorteilhaft verwendbaren Stromzählers 80 ist in der PR-OS 76 24 473 (Veröffentlichung 23 61 754) beschrieben.
Die Regelung der Motor-Generatorgruppe 11 bzw. 21 geschieht folgendermaßen :
Eine Information Un über die Klemmenspannung des Akkumulators liegt am Ausgang eines Operationsverstärkers vor, dessen Eingänge einerseits mit einer vom Zähler 80 veränderbaren Bezugs spannung Un,,- und andererseits mit der Abgriffsspannung eines Spannungsteilers 42 beaufschlagt wird, der mit der positiven Akkumulatorklemme verbunden ist.
Eine Information I_ betreffend den Unterschied zwischen der gesamten von der Motor-Generatorgruppe gelieferten Energie und dem dem Verbraucher 5 zugeführten Energieanteil liegt am Ausgang eines Operationsverstärkers 51 vor. Hierzu ist ein Eingang dieses Verstärkers mit dem Ausgang eines Gleichrichters 52 verbunden, der wechselstromseitig aus einem mit dem Stator-Ausgangskabel gekoppelten Stromwandler 53 verbunden ist. Der zweite Eingang dieses Operationsverstärkers wird aus einem zweiten Gleichrichter 54 gespeist, der über einen Stromwandler 55 mit dem zu den Verbrauchern 5 führenden Kabel gekoppelt ist.
Beim Start der Motor-Generatorgruppe durch Erregung des Relais 39 beeinflußt die durch den Verstärker 51 gelieferte Information I- den Bezugswert für die Motorgeschwindigkeit
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der von einem Tachometer 61 geliefert wird. Dieser Bezugswert wird an einen Operationsverstärker 60 angelegt.
Die Ausgangsinformation dieses Verstärkers 60 gelangt an ein Steuergerät 62 für die Zündung einer gemischten Thyristorbrücke 63, aus der eine zusätzliche subtrahierend wirkende Erregerwicklung 12a des Motors 11 gespeist wird. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Motors so eingestellt, daß bis zum Grenzstrom des Motors gleiche Energieanteile in die Motor-Generatorgruppe und in den Verbraucher gelangen. Der Motorstrom wird in einem Me«widerstand 65 im MotorStromkreis gemessen und über einen Operationsverstärker 64 an das Zündgerät gemeldet.
Wenn der Akkumulator aufgeladen ist und einen bestimmten Klemmenspannungswert erreicht, dann verändert das Signal Ue den Sollwert für die Umdrehungsgeschwindigkeit der Gruppe. Diese beschleunigt also, und der in den Verbrauchern 5 nicht benötigte Strom wird in das Netz eingespeist, während die Klemmenspannung des Akkumulators konstant bleibt.
Wenn dagegen das Netz ausfällt, dann fällt das Relais 30 ab, so daß die Kontakte 30b und 3Od öffnen und das Relais 32 abfällt. Hierdurch öffnen auch die Kontakte 32a bis 32c, so daβ die Ringe des Rotors 22 der asynchronen Maschine aufgetrennt werden. Die Spule des Relais 31 ist erregt und der Leistungskontakt 31a trennt die Verbindung zwischen dem Netz und der Gruppe auf. Ein Relais 70 zieht nach einer gewissen Verzögerung (von beispielsweise 5 Sekunden), die durch einen verzögert abfallenden Kontakt 30c erreicht
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an, und schließt
wird,«zwei Kontakte 70a und 70b für die Erregung des Rotors über eine Erregermaschine 71. Die asynchrone Maschine läuft dann als Wechselrichter und die Regelung der Wechselspannung hängt von der Stromregelung in der Induktionswicklung 72 der Erregermaschine 71 ab, und zwar über einen Operationsverstärker 73, der einerseits mit einer Bezugsspannung UREp und andererseits einer zur Statorspannung proportionalen Spannung über einen Dreiphasengleichrichter 74 und einen Vorwiderstand 75 beaufschlagt wird. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 73 steuert einen Transistor 76, der in Serie mit der Induktionswicklung 72 angeordnet ist.
Wenn dann die Netzspannung wieder vorliegt, dann zieht das Relais 3O wieder an und stellt den Kurzschluß an den Ringen des Rotors nach einer gewissen Verzögerung (Abfallverzögerung des Kontakts 3Od) wieder her. Gleichzeitig öffnet der Kontakt 3Od und läßt das Relais 70 abfallen, wodurch die Verbindung zwischen der Erregung und dem Rotor des asynchronen Maschine (Kontakte 70a und 70b) aufgetrennt wird.
Der Amperestundenzähler 80, der die Informationen über die Akkumulator-Stromstärke vom Meßwiderstand 81 zugeführt erhält, steuert die automatische Wiederaufladung des Akkumulators« wenn der Ladezustand unter eine gegebene Schwelle (z.B. 30% der vollen Kapazität) absinkt, und sperrt die weitere Entladung des Akkumulators, wenn dessen Ladezustand einen gegebenen Wert (z.B. 20% der Nennkapazität) unterschreitet. Dies wird durch das öffnen des Kontakts 80b erreicht, der das Relais 39 abfallen läßt.
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Sobald der Akkumulator wieder ausreichend geladen ist (z.B. auf 50% seiner Maximalkapazität), wird der Kontakt 80b wieder geschlossen, so daβ die Motor-Generatorgruppe über die Kontaktsätze des Relais 39 wieder mit Strom versorgt wird, wobei ein Widerstand 95 während des Anlaufs in den Induktionskreis des Motors eingefügt wird.
Ein verzögerter Kontakt 39b sorgt dafür, daß dieser Widerstand kurzgeschlossen wird, sobald der Maschinensatz eine ausreichende Geschwindigkeit erreicht hat. Dieser verzögerte Kontakt 39b sorgt außerdem über das Relais 94 und dessen Kontakt 94a dafür, daß die Ausgangsklemmen der Asynchronmaschine an die Verbraucher angeschlossen werden.
Das Starten und Anhalten des Maschinensatzes von Hand kann über einen Kontakt 91 erfolgen.
Die Verwendung einer Asynchronmaschine führt dazu, daß keinerlei Probleme bei der Ankopplung an das Netz entstehen und daß keine Gefahr bei der Wiedereinspeisung in ein
das
Netz existiert,/z.B. für Wartungsarbeiten außer Betrieb gesetzt wurde.
Die vom Netz an den Verbraucher gelieferte Energie kann in einem Zähler 85 gemessen werden, der zwischen zwei Tarifgruppen aufgrund einer Steuerung durch die Schaltuhr 35 unterscheidet.
Die von der Motor-Generatorgruppe an das Netz gelieferte Energie wird in einem Zähler 86 gemessen. Die gesamte von der Motor-Generatorgruppe erzeugte Energie wird in einem Zähler 87 gemessen; diese Information kann zu Kontrollzwecken
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oder für Statistiken ausgewertet werden.
Wenn der Motor von einem unzulässig großen Strom durchflossen wird, dann zieht das Relais 92 an und öffnet einen Kontakt 92a, wodurch das Relais 39 anzieht. Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn die Asynchronmaschine überlastet ist und ein Relais 93 anzieht.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines drehenden Maschinensatzes beschränkt. Letzterer kann beispielsweise auch durch einen ruhenden Halbleiterumrichter gleicher Wirkung ersetzt werden. Außerdem könnte im Rahmen der Erfindung eine größere Anzahl von Maschinensätzen vorgesehen werden, die alle durch denselben Akkumulator oder auch durch mehrere Akkumulatoren gespeist werden. Bei Ausfall des allgemeinen Netzes wirkt dann nur ein Maschinensatz synchron und steuert die anderen Maschinensätze.
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Claims (1)

  1. Fo 11 443 D
    υ.:..' J.Ü' \ ::■ 2. Okt. 1979
    SAFT-SCXiIETE DES ACCUMULATEURS FIXES
    ET DE TRACTION S.A.
    156, avenue de Metz, 93230 ROMAINVILLE Frankreich
    SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR REGELUNG DES LADESTROMS EINES AKKUMULATORS
    PATENTANSPRÜCHE
    1 -J Schaltungsanordnung zur Regelung des Ladestroms
    eines Akkumulators, wobei eine Stromquelle zur Verfügung
    ist
    steht, die unregelmäeig aktiv/und im übrigen einen Verbraucher speist sowie mit einem Energiespeicher verbunden ist, an den der nicht für den Verbraucher benötigte Strom gelangt, wenn der Akkumulator einen gegebenen Ladezustand erreicht, dadurch gekennzeichnet, daβ die Verteilung des verfügbaren Stroms auf den Akkumulator (3) und auf den Energiespeicher (6,10) durch einen für den Ladezustand des Akkumulators charakteristischen Parameter bestimmt wird.
    2 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daβ der Parameter die Klemmenspannung des Akkumulators ist.
    3 - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter
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    Parameter verwendet wird, der die im Akkumulator vorhandene Energiemenge ist, wobei diese Energiemenge in einem Zähler (8,80) gemessen wird.
    4 - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher aus einem Mittel zur Einspeisung von Wechselstrom in ein allgemeines Netz (10) besteht.
    5 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da β die Stromeinspeisung in das Netz (10) über eine asynchrone Motor-Generatorgruppe
    (21) erfolgt und daß die Geschwindigkeit des Motors durch die Spannung dee Akkumulators beeinflußt wird.
    6 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Motor-Generatorgruppe (21) während des Aufladens des Akkumulators (3) so geregelt wird, daß die gleiche Energiemenge der Motor-Generatorgruppe und dem Verbraucher (5) zugeführt wird.
    7 - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Synchronisation der Motor-Generatorgruppe (21) diese so steuern, daß sie bei Netzausfall als Wechselrichter zur Speisung des Verbrauchers (5) wirksam wird.
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    8 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daβ dann, wenn mehrere Motor-Generatorgruppen vorhanden sind, nur eine einzige für den Betrieb als Wechselrichter ausgebildet ist.
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DE19792939977 1978-10-09 1979-10-02 Schaltungsanordnung zur regelung des ladestroms eines akkumulators Withdrawn DE2939977A1 (de)

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