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PERFECTIOI'NEb2ENTS AUX SYSTEMES POUR LA, E ES BATTERIE D'ACCUUBLANEUS.#
La présente invention concerna les systèmes pour la charge des batteries d'accumulateurs, et plus particulièrement les systèmes automatiques peur contrôler le courant de charge de la batterie, et elle porte sur un dis- positif simple et sûr pour maintenir automatiquement la batterie dans une con- dition de charge déterminée,
Plus spécialement, l'invention porte sur un nouveau système d'appa- reils et de circuits de contrôle, grâce auxquels le courant de charge d'une batterie d'accumulateurs est contrôlé automatiquement, sous l'effet de l'in- @
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tensité du courant du circuit de charge et de l'état de charge de la batterie.
Bien que la présente invention soit susceptible de recevoir de nombreuses applications, elle est appliquée, avec des avantages particuliers, au contrôle de la charge d'une batterie d'accus employés comme source à basse tension sur les circuits d'éclairage et de contrôle de voitures ou locomotives électriques employées sur des lignes à courant continu à tension plus élevée que celle de la batterie.
Jusqu'ici, les systèmes de charge proposés pour maintenir, dans une condition de charge désirée, une batterie d'accus employée dans un tel service, consistaient essentiellement à connecter la batterie en série avec certains dispositifs consommant l'énergie électrique, employés sur les voitu- res ou locomotives électriques, et par exemple, les moteurs-compresseurs d'air, ou les moteurs de ventilateurs, pour permettre le chargement de la batterie par une source à haute tension.
Dans les systèmes proposés jusqu'ici, le chargement de la batte- rie dépend directement du service auquel sont soumis ces dispositifs électri- ques reliés en'série avec la batterie.
Dans des conditions de fonctionnement ordinaires, dans lesquelles la charge appliquée à la batterie est à peu près constante, et le service moyen des dispositifs auxiliaires correspond à la vitesse de charge désirée pour la batterie, un tel système de chargement de batterie peut être satisfai- sant, mais il laisse à désirer, lorsque la voiture ou locomotive électrique est employée pour un service dans lequel des dispositifs branchés en amont de la batterie subissent de fortes variations de charge,
Ainsi, dans des conditions de surcharge, la batterie peut être changée à une vitesse trop'élevée, tandis que, dans des conditions de faible charge, le courant de charge de la batterie peut être inférieur à la valeur désirée,
Ceci posé, la présente invention porte essentiellement sur un système de contrôle de charge de batterie,
grâce auquel le chargement de la batterie d'accus est contrôlé automatiquement, sous l'effet de la valeur du courant de charge fourni à la batterie, et de la condition de charge de la batterie. Suivant l'invention,u-n circuit comprenant de préférence une résis- tance de limitation de courant, est connecté en parallèle avec la batterie,
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sous le contrôle d'un dispositif automatique influencé par l'intensité du cir- cuit de charge de la batterie et l'état de charge de la batterie, en vue de supporter une portion du courant de charge fourni à la batterie, si le courant dans le circuit de charge dépasse une valeur désirée déterminée à l'avance, quand la batterie est dans un état de charge complète.
le système est tel que, lorsque le courant de charge fourni à la batterie est Inférieur à la valeur prédéterminée, ce circuit est maintenu ou-. vert, même lorsque la batterie est complètement rechargée. De la sorte, la batterie est maintenue, de manière certaine, dans une condition de charge dé- sirée, sans danger de surchauffe ou de domnage pour les plaques, même si la voiture, ou la locomotive électrique, à laquelle la batterie est associée, est employée dans un service dans lequel la charge de la batterie, ainsi que le courant de charge fourni à la batterie, varient entre de grandes limites. la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la nature et les avantages de l'in- vention.
la figure unique est le schéma des connexions d'un système de charge d'une batterie d'accus employée sur un véhicule électrique, et établi conformément à l'invention. la batterie d'accus 10 est alimentée par un courant de charge, au moyen d'un circuit passant par ligne trolley à haute tension 11, dispo- sitif collecteur de courant 12, une partie choisie quelconque des dispositifs 13,14, 15 et 16, batterie 10 et la terre.
Dans l'exemple choisi, on a disposé la batterie en série avec les moteurs auxiliaires d'une locomotive, les moteurs principaux étant sup- .posés trop puissants; il est entendu que cet exemple n'est pas limitatif.
Les dispositifs 13 et 14 représentent un groupe moteur-vettila- teur, de type ordinaire, employé couramment sur les locomotives électriques à grande puissance, pour refroidir les moteurs d'entraînement; les dispositifs 15 et 16 représentent un groupe-moteur-compresseur d'air, de type courant, employé ordinairement sur les voitures ou locomotives électriques, muni de freins à air.
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Des interrupteurs convenables 17,18, 19 et 20 sont prévus pour fermer les circuits d'excitation des dispositifs 13 à 16, respectivement, sui- vant les conditions du service. Bien que cela ne soit pas représenté, on con- çoit que les interrupteurs 19 et 20 sont agencés de préférence pour être action- nés automatiquement par un mécanisme convenable, sous l'effet de la pression du réservoir d'air alimenté par les compresseurs 15 et 16.
Four contrôler le courant de charge de la batterie d'accus 10, con- formément à l'invention, un circuit parallèle à la batterie 10, comprenant la résistance de limitation de courant 21, est commande par un contacteur électro- magnétique 22. le circuit d'excitation du contacteur 22 est contrôlé par un relais d'intensité 23 et un dispositif automatique 24, actionné en fonction de l'état de la charge de la batterie 10.
Dans l'exemple représenté, Ire dispositif automatique 24 est un am- père-heure-mètre de forme usuelle, comportant un enroulement actif 25 connecté dans le circuit de charge de la batterie 10; on peut employer d'autres disposi- tifs, des hydromètres ou voltmètres par exemple, qui peuvent être actionnés sois l'effet de l'état de la charge de la batterie 10, et employés dans le système perfectionné objet de l'invention.
Le relais 23 est excité par le circuit de charge de la batterie; il reste dans la position de circuit ouvert, dans laquelle il est représenté, quand l'intensité du circuit de charge est inférieure à une valeur prédétermi- née, qui correspond à la valeur du courant pouvant passer sans danger dans la batterie 10 indéfiniment, même lorsque la batterie est complètement chargée.
Si le courant, dans le circuit de la batterie 10 dépasse, la valeur de sécuri- té déterminée, le relais 23 fonctionne et vient dans la position de fermeture de ses contacts, protégeant la batterie 10 d'une manière qui sera décrite ci- après avec plus de détail.
La batterie d'acous 10 est connectée de façon à fournir du courant à la ligne 26 à basse tension, qui excite les circuits d'éclairage 27 de la locomotive électrique et les circuits 28 de contrôle de la locomotive, lors de la fermeture des interrupteurs de contrôle 29 et 30, respectivement. La batte- rie 10 sert non seulement à fournir du courant à basse tension, aux circuits 27 et 28, mais aussi à maintenir la ligne 26, à basse tension, à une tension déterminée au-dessus du potentiel de la terre.
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Ce rôle de la batterie présente une grande importance pratique, en raison du fait que, si la batterie 10 est déconnectée de la ligne 26, la haute tension de la ligne à trolley 19 peut être communiquée à la ligne 26, et il peut en résulter des dommages ou incidents graves. Avec le système perfectionné objet de l'invention, la batterie 10 est connectée en permanence entre la ligne à basse tension 26 et la terre, aussi bien lorsque la batterie est chargée, que lorsqu'elle est déchargée.
la ligne à haute tension alimentant les moteurs de la locomotive électrique, par les connexions représentées, le contrôle automatique du courant de charge de la batterie 10,est effectué de la manière suivante
On suppose que les conditions de service de la locomotive électri- que nécessitent la fermeture de l'interrupteur 17, pour mettre en train le grou- pe 13, et l'interrupteur 30 est fermé pour fournir le courant d'excitation à basse tension, pour le système de contrôle de la locomotive. Le courant fourni par la ligne 11, par le contact 12, au moteur du ventilateur 13, traverse l'en- roulement du contacteur 23, et ensuite, d'une part, par l'interrupteur 30 et le mécanisme de contrôle 28, vers la terre, d'autre part, par l'enroulement 25 de l'ampère-heure-mètre 24, et la batterie 10, vers la terre.
Le contact mobile 31 de l'ampère-heure-mètre 24, étant représenté dans la position de circuit ouvert on en déduit que la batterie 10 n'est pas complètement rechargée.
En admettant que le courant nécessité pour le système de contrôle 28, est inférieur au courant traversant le groupe ventilateur 13, la batterie 10 reçoit un courant de charge de valeur convenable, et le contact mobile 31, de l'ampère-heure-mètre 24, est amené dans la position de fermeture de circuit à une vitesse dépendant de la vitesse de charge de la batterie.
Si les conditions envisagées continuent, pendant 1' intervalle de temps nécessaire pour que l'ampère-heure-mètre 24, ferme le contact 31, la bat- terie 10 est complètement rechargée ,et le courant de charge d'une valeur admis- sible continue à traverser la batterie, ce qui est sans danger pour elle.
Si les conditions de service de la locomotive deviennent telles que les interrupteurs 19 et 20 sont fermés automatiquement, sous l'effet de la faible pression d'air, par exemple, pour mettre en train les compresseurs 15 et 17, la valeur du courant fourni au circuit de charge de la batterie 10 est sen- siblement augmentée.
La batterie étant rechargée, le passage accru du courant
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de charge, à travers la batterie, peut entraîner un surchauffage ou sulfata- tion de la batterie, par suite d'une surcharge excessive. ceci est empêché par le fonctionnement du relais 23 de la manière suivante :
le contact 31, de l'am- père-heure-mètre 24, occupant la position de circuit fermé, la fermeture du re- lais 23, due à la surintensité établit un circuit d'excitation du relais 22, par Ligne à basse tension 26, contact 31 de l'ampère-heure-mètre 24, enroule- ment du relais 22, contacts du relais 23 et la terre. le relais 22 est actionné et ferme le circuit comprenant la résistance de limitation d'intensité Si* Ce circuit sert à conduire à la terre une portion du courant fourni au circuit de charge par les dispositifs 15 et 16, et empêche ainsi une surcharge nuisible ou dangereuse de la batterie.
On conçoit que l'intensité du courant traversant la batterie, est limitée par la résistance 21 à une valeur convenable qui dépend de la capacité de la batterie 10, et de la puissance des dispositifs 13,15 et 16. De préfé- rence, la valeur ohmique de la résistance 21 est telle que le courant de charge reste dans les limites de sécurité de la batterie 10, lorsque tous les disposi- tifs 13 et 16 fonctionnent.
Quand les groupes compresseurs 15 et 16 s'arrêtent, le courant four- ni au circuit de charge de la batterie 10, diminue au-dessous de la valeur dan- gereuse. Dans ces conditions, l'excitation diminuée du relais 23 permet à ce dernier d'ouvrir ses contacts, et de désexciteréainsi le relais 22. Par suite, le relais 88 retourne à la position d'ouverture, de façon à ouvrir le circuit de la résistance 41. Le courant de charge réduit fourni à la batterie 10, par le ventilateur 13, continue à traverser la batterie.
Si les conditions de fonctionnement de la locomotive électrique nécessitent la fermeture de l'interrupteur 17, pour mettre en route le venti- lateur 14, le courant fourni au circuit de charge de la batterie 10 est de non veau augmenté, jusqu'à sana valeur pouvant entraîner un surchauffage ou une sulfatation de la batterie,, si cette dernière est déjà complètement rechargée ; le relais 23 est suffisamment excité pour fermer ses contacts, et il établit de nouveau un circuit d'excitation du relais 22. Ce relais fonctionne immédiate- ment pour fermer le circuit de la résistance 21, en déchargeant suffisamment la batterie pour empêcher un surchauffage ou une sulfatation nuisible.
Si l'interrupteur 29 est alors fermé pour alimenter l'éclairage de @
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la locomotive, la consommation de courant par les dispositifs d'éclairage 47 et les appareils de contrôle 28, peut être suffisante pour que la batterie 10 se décharge jusqu'à ce que l'ampêre-heure-mètre 24 fonctionne pour couper ses contacts 31.
Cela coupe le circuit d'excitation du relais 22, qui ouvre le circuit de la résistance si* De cette manière, la totalité du courant des mo- teurs 13 et 14, est déviée vers la ligne 6, et sert à alimenter l'éclairage et le contrôle, et à recharger la batterie 10. Dans ces conditions, la valeur du courant de charge de la batterie dépend de la valeur de la charge appliquée à la ligne à basse tension 26.
Quand le courant de charge fourni à la batterie 10, est maintenu pendant une durée suffisante pour recharger complètement la batterie, le con- tact 31, de l'ampère-heure-mètre 24, se forme de nouveau; le relais 22 est exci- té pour refermer le circuit de la résistance 21, tant que la batterie 10 est dans l'état de pleine charge, et que le courant fourni au circuit de charge de la batterie 10 dépasse la valeur déterminée à laquelle le contact du relais 23 se ferme*
Des explications précédentes, il résulte que le système perfection- né objet de l'invention permet de charger la batterie 10 à une vitesse relati- vement élevée, quand la batterie n'est pas complètement rechargée, mais que le système de contrôle empêche qu'un courant trop intense ne traverse la batterie 10., quand celle-ci est en état de pleine charge.
Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple, ne sont nullement limitatives et qu'on peut s'en écarter, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
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PERFECTIOI'NEb2ENTS TO SYSTEMS FOR THE ACCUUBLANEUS BATTERY. #
The present invention relates to systems for the charging of accumulator batteries, and more particularly to automatic systems for controlling the charging current of the battery, and it relates to a simple and safe device for automatically keeping the battery in a safe state. - determined load edition,
More specifically, the invention relates to a novel system of control devices and circuits, by virtue of which the charging current of an accumulator battery is controlled automatically, under the effect of the pressure.
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current voltage of the charging circuit and the state of charge of the battery.
Although the present invention is capable of receiving numerous applications, it is applied, with particular advantages, to the control of the charge of a battery of accumulators used as a low voltage source on lighting and control circuits. electric cars or locomotives used on direct current lines with higher voltage than the battery.
Hitherto, the charging systems proposed for maintaining, in a desired charge condition, a battery used in such a service, consisted essentially in connecting the battery in series with certain devices consuming electrical energy, employed on the batteries. electric cars or locomotives, and for example, air compressor motors, or fan motors, to allow charging of the battery by a high voltage source.
In the systems proposed hitherto, the charging of the battery depends directly on the service to which these electrical devices connected in series with the battery are subjected.
Under ordinary operating conditions, where the charge applied to the battery is approximately constant, and the average service of the auxiliary devices corresponds to the desired charging rate for the battery, such a battery charging system can be satisfied. health, but it leaves something to be desired, when the electric car or locomotive is used for a service in which the devices connected upstream of the battery undergo strong variations in load,
Thus, under overload conditions, the battery can be changed at too high a speed, while under low load conditions, the battery charging current can be less than the desired value,
This being said, the present invention essentially relates to a battery charge control system,
whereby the charging of the rechargeable battery is controlled automatically, under the effect of the value of the charging current supplied to the battery, and the charge condition of the battery. According to the invention, a circuit preferably comprising a current limiting resistor is connected in parallel with the battery,
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under the control of an automatic device influenced by the intensity of the battery charging circuit and the state of charge of the battery, with a view to supporting a portion of the charging current supplied to the battery, if the current in the charging circuit exceeds a desired value determined in advance, when the battery is in a state of full charge.
the system is such that when the charging current supplied to the battery is less than the predetermined value, this circuit is maintained or-. green, even when the battery is fully charged. In this way, the battery is maintained, with certainty, in a desired charge condition, without danger of overheating or damage to the plates, even if the car, or the electric locomotive, to which the battery is associated, is used in a service where the charge of the battery, as well as the charging current supplied to the battery, vary between large limits. the description which will follow, with reference to the appended drawing, given by way of example, will make the nature and the advantages of the invention clearly understood.
the single figure is the circuit diagram of a system for charging a battery of accumulators used in an electric vehicle, and established in accordance with the invention. the battery pack 10 is supplied with a charge current, by means of a circuit passing through a high voltage trolley line 11, current collector device 12, any selected part of the devices 13, 14, 15 and 16 , battery 10 and earth.
In the example chosen, the battery was placed in series with the auxiliary motors of a locomotive, the main motors being sup- .posed too powerful; it is understood that this example is not limiting.
The devices 13 and 14 represent a motor-vettilator unit, of ordinary type, commonly employed on high-power electric locomotives, for cooling the driving motors; the devices 15 and 16 represent an air motor-compressor unit, of the common type, ordinarily employed on electric cars or locomotives, provided with air brakes.
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Suitable switches 17, 18, 19 and 20 are provided to close the excitation circuits of devices 13 to 16, respectively, depending on the operating conditions. Although not shown, it is understood that the switches 19 and 20 are preferably arranged to be actuated automatically by a suitable mechanism, under the effect of the pressure of the air reservoir supplied by the compressors 15. and 16.
Oven to control the charging current of the rechargeable battery 10, according to the invention, a circuit parallel to the battery 10, comprising the current limiting resistor 21, is controlled by an electromagnetic contactor 22. the The excitation circuit of the contactor 22 is controlled by a current relay 23 and an automatic device 24, actuated according to the state of charge of the battery 10.
In the example shown, the automatic device 24 is an ampere-hour-meter of the usual form, comprising an active winding 25 connected in the charging circuit of the battery 10; other devices can be employed, for example hydrometers or voltmeters, which can be actuated depending on the state of charge of the battery 10, and employed in the improved system object of the invention.
Relay 23 is energized by the battery charging circuit; it remains in the open circuit position, in which it is shown, when the current of the charging circuit is less than a predetermined value, which corresponds to the value of the current which can safely flow through the battery 10 indefinitely, even when the battery is fully charged.
If the current in the circuit of the battery 10 exceeds the determined safety value, the relay 23 operates and comes into the closed position of its contacts, protecting the battery 10 in a manner which will be described below. with more detail.
The battery of acous 10 is connected so as to supply current to the low voltage line 26, which energizes the lighting circuits 27 of the electric locomotive and the control circuits 28 of the locomotive, when closing the switches. control 29 and 30, respectively. Battery 10 serves not only to supply low voltage current to circuits 27 and 28, but also to maintain low voltage line 26 at a determined voltage above earth potential.
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This role of the battery is of great practical importance, due to the fact that if the battery 10 is disconnected from the line 26, the high voltage of the trolley line 19 can be communicated to the line 26, and it can result serious damage or incidents. With the improved system which is the subject of the invention, the battery 10 is permanently connected between the low voltage line 26 and the earth, both when the battery is charged and when it is discharged.
the high voltage line supplying the motors of the electric locomotive, through the connections shown, the automatic control of the charging current of the battery 10, is carried out as follows
It is assumed that the operating conditions of the electric locomotive require the closing of the switch 17, to start the group 13, and the switch 30 is closed to supply the excitation current at low voltage, for the locomotive control system. The current supplied by line 11, by contact 12, to the motor of the fan 13, passes through the winding of the contactor 23, and then, on the one hand, by the switch 30 and the control mechanism 28, towards the earth, on the other hand, by the winding 25 of the ampere-hour-meter 24, and the battery 10, towards the earth.
The mobile contact 31 of the ampere-hour-meter 24, being shown in the open circuit position, it can be deduced that the battery 10 is not fully recharged.
Assuming that the current required for the control system 28 is less than the current flowing through the fan unit 13, the battery 10 receives a charging current of suitable value, and the mobile contact 31, of the ampere-hour-meter 24 , is brought into the closed circuit position at a speed depending on the charging speed of the battery.
If the envisioned conditions continue, during the time interval necessary for the ampere-hour-meter 24 to close contact 31, battery 10 is fully recharged, and the charge current to an acceptable value. continues to pass through the battery, which is harmless to it.
If the operating conditions of the locomotive become such that the switches 19 and 20 are closed automatically, under the effect of the low air pressure, for example, to start the compressors 15 and 17, the value of the current supplied the charging circuit of battery 10 is significantly increased.
As the battery is recharged, the increased flow of current
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charging, through the battery, can cause overheating or sulphation of the battery, due to excessive overcharging. this is prevented by the operation of relay 23 as follows:
the contact 31, of the am- father-hour-meter 24, occupying the closed circuit position, the closing of the relay 23, due to the overcurrent, establishes an excitation circuit of the relay 22, by low voltage line 26, contact 31 of ampere-hour-meter 24, winding of relay 22, contacts of relay 23 and earth. relay 22 is actuated and closes the circuit comprising the current limiting resistor Si * This circuit serves to conduct to earth a portion of the current supplied to the load circuit by the devices 15 and 16, and thus prevents a harmful overload or dangerous battery.
It will be understood that the intensity of the current flowing through the battery is limited by the resistor 21 to a suitable value which depends on the capacity of the battery 10, and on the power of the devices 13, 15 and 16. Preferably, the ohmic value of resistor 21 is such that the charging current remains within the safety limits of battery 10, when all devices 13 and 16 are in operation.
When the compressor units 15 and 16 stop, the current supplied to the charging circuit of the battery 10, decreases below the dangerous value. Under these conditions, the reduced excitation of relay 23 enables the latter to open its contacts, and thus de-energize relay 22. Consequently, relay 88 returns to the open position, so as to open the circuit of the relay. resistor 41. The reduced charge current supplied to battery 10 by fan 13 continues to flow through the battery.
If the operating conditions of the electric locomotive require the closing of switch 17, in order to start up fan 14, the current supplied to the charging circuit of battery 10 is not increased, up to its value. which may lead to overheating or sulphation of the battery, if the latter is already fully charged; relay 23 is energized enough to close its contacts, and again establishes an energizing circuit of relay 22. This relay operates immediately to close the circuit of resistor 21, discharging the battery sufficiently to prevent overheating or overheating. harmful sulfation.
If switch 29 is then closed to power the lighting of @
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the locomotive, the current consumption by the lighting devices 47 and the control devices 28, may be sufficient for the battery 10 to discharge until the ampere-hour-meter 24 operates to cut its contacts 31 .
This cuts off the excitation circuit of relay 22, which opens the resistor circuit if * In this way, all of the current from motors 13 and 14 is diverted to line 6, and is used to power the lighting. and checking, and recharging the battery 10. Under these conditions, the value of the charging current of the battery depends on the value of the charge applied to the low voltage line 26.
When the charging current supplied to the battery 10 is maintained for a time sufficient to fully recharge the battery, the contact 31, of the ampere-hour-meter 24, is formed again; relay 22 is energized to close the circuit of resistor 21, as long as battery 10 is in the fully charged state, and the current supplied to the charging circuit of battery 10 exceeds the determined value at which the relay 23 contact closes *
From the foregoing explanations, it follows that the improved system object of the invention allows the battery 10 to be charged at a relatively high rate, when the battery is not fully charged, but the control system prevents that. too intense a current passes through the battery 10., when the latter is in a fully charged state.
It is understood that the arrangements and the applications which have been indicated above, by way of example, are in no way limiting and that one can deviate from them, without thereby departing from the scope of the invention.