DE2830930A1 - Batterieheizsystem - Google Patents

Batterieheizsystem

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DE2830930A1 DE19782830930 DE2830930A DE2830930A1 DE 2830930 A1 DE2830930 A1 DE 2830930A1 DE 19782830930 DE19782830930 DE 19782830930 DE 2830930 A DE2830930 A DE 2830930A DE 2830930 A1 DE2830930 A1 DE 2830930A1
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Description

— Δ —
Lucac Industries limited
irre at Kin:; street
.i.iJ-:iiiTAiii.;;;haiii Λ%. Juli 1973
Ba.tterieheizsystera
Die Erfindun/1; betrifft ein Batterieheizsystem zum Aufheizen von elektrischen .Speicherbatterien bei niedrigen !temperatur en.
.ierm "Batterien bei niedrigen iemperattiren benutzt v/erden, kann es erforderlich sein, deren Elektrolyten aufzuheizen. JU3.S kann dadurch geschehen, daß den Batterien ein Wechselstrom zu ;eleitet wird, wobei der innere Widerstand der Batterien eine Äbstrahlun;; von Wärme "bewirkt, die die !Temperatur des Elektrolyten erhöht. 1.Js ist jedoch mitunter erforderlica, die !temperatur der Batterie über einen großen Bereich hinv/e^· zu erhöhen, und es besteht die G-efahr der überhitzung der 3attcj?ie, \-reim der innere ividerstand sehr •*erin; wird, v/enn der iVecliselotron außerdem von einem "ivech-Ciolctron -enerator Iconant, der von einem Selbstlauf enden Kotor sji ;etrieben v^ird, beispielsweise von dem Brennlcraftmotor in einen Iiraftfalirseurj, kaini der Heizstrom bei niedrigen Drehzahlen zu schwach und bei hohen Drehzahlen zu stark sein.
Der iürxindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues oder verbessertes Batterieheizsystem zu schaffen, bei dem das vorstehend genannte Problem beseitigt oder relativiert wird.
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ORIGINAL INSPECTED
-S-
Ürfindxuigsjoinäß ist ein ?.a.tfcerieheizsystefi vor .eschen, das gekennzeichnet ist durch mindestens eine iSpeicJiorbatterie, einen Jechselstrom^ero-erator, der zur Yercoi1-gtm·;; der batterie oder lOatterien nit Wechselscron an ;o-"s chi ο s sen ist, und einen Selbstlaufenden Motor zuu Antreiben des :/echselstroiii;;enerators, wobei die Anordiuiu : des Wechselstromgenerators deraa't ist, daß der v.7ochceist rom, mit des: die Batterie oder die Batterien verc-o?: ·;, v/ird oder werden, über den normalen jBetricbßdrehs.aalbcreich des selbstlaufenden ilotors auf einem im wesentlichen konstanten V/ert bleibt.
Der im wesentlichen konstante -/echselstrom kann dadurch erhalten werden, daß sichergestellt wird, daß die effektive Ausgam:simpedanz des ¥echselstrom^-enerators sehr viel höher als der maximale innere widerstand der Batterie ist. Daßs kann cntv/eder durch Verwendung eines Permanentmagnet-V/echselstrom.cenerators oder durch Verwendung; eines "i/echselstroingenerators mit einer Feldwicklung und einer Feldregeluns erreicht werden, die auf die Aus;-'an;;3-stromstärke des l'/echselstrom^enerators anspricht.
Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen S1If1;· 1 t>is 4 Schaltbilder von kombinierten 3atterieheiz- und Ladesystemen sind, die die Erfindung verkörpern..
In Pig. 1 ist ein kombiniertes Eatterieheiz- und Ladesjrstem 10 gezeigt, bestehend aus einem Dreiphasen-Permanentmagnet-Wechselstromgenerator 12, dessen Ausgang an die sterngeschaltete Primärwicklung 14- eines Umformers 16 angeschlossen ist. Der Ausgang des V/echselstromgenerators kann auch mit drei Kondensatoren 18 verbunden sein, die
^ Ό ^m
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ORIGINAL INSPECTED
delta—~:eschalt et sind. Die Sekundärwicklung; 19 des Umformers 16 ist mit den Verbindungen von drei Paaren reihen-.-;sG cha.lt et er Batterien 20 und 22, 24 und 26 und 28 und 30 verbunden, wobei die Batteriepaare zwischen Leitungen 32 und 34 geschaltet saind.
Die Konstruktion des Wechselstromgenerators 12 und des Unformers 16 ist derart, do,ß die effektive Ausjangsimpedans des V/echselstrom-renerators in einer ü-rößenordmin.·-; liegt, die hüher als der maximale innere widerstand der Batterie ist (bezogen auf den Primärkreis des Umformers).
Das ■ ystem 10 weist ferner einen zweiten Dreiphasen-7/echselstromgenerator 36 auf, dessen Ausgang über einen J-leichri eilt er 3ü rait sechs Dioden 40 angeschlossen ist. Der üleichricnter 38 versorgt eine Plus- xuid eine Minusleitun^ 42 bzw. 44, die jeweils mit den leitungen 52 und 54 sum Laden der Batterien verbunden sind. Ein Spannungsregler 46 ist ferner zwischen die Leitungen 42 und 44 geschaltet und über Leitungen 4& und 1JO mit dem w'echselstrom-jenerator 36 vcrbimdciic
Beide Wechsels er oi,r;enerat or en 12 und 3'o worden von einer ;,urneinsamen Antriebswelle 52 angetrieben, die von einem drehzahlre,^elbaren Selbstlaufe'nden Antriebsaggregat in der Porrn eines Brennkraftmotors 53 angetrieben v^ird.
Die j lohe effektive Aus.^anjsiriipedanz des "i/echselstrornrjenerators stellt sicher, daß der Heizstrom sich nicht signifikant mit inderun/jOn in dem inneren Widerstand der Batterie ändert, während deren temperatur sich ändert. Die Kondensatoren 18 (falls eingebaut) haben Werte, die so gewählt sind, daß der Leistungsfaktor des Wechselstromgenerabors im Jiiinklan^· mit dem Wechselstrom erhöht wird, der vom Wechstromgenerator 12 den Batterien 20, 22, 24, 26, 28 und 30
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ORIGINAL INSPECTED
zugeleitet wird und über den 3etriebsdrehzahlbereich des Breimkraftinotors 53 auf einen im wesentlichen konstanten V/ert bleibt.
wenn ±u Betrieb das System 1G dazu benutzt wird, Batterien aufzuladen, wenn sicli deren Elektrolyten auf einer anfangs niedrigen Temperatur befinden, hat der innere v/iderstand der'Batterien zunächst einen hohen v/ert, um damit au verhindern j daß der Wechselstroiirjenerator yo einen starken Ladestrom zu den Batterien leitet, v/eil jedoch der wecaselstroiiiQ'enerator 12 einen aufheizenden '„:echselc!troni su den jjatterien schickt, wird deren Elektrolyt einer starken Auflieizun;; xiiiterso^en rnid erreicht schnell eine iTerix>eratur, boi der deren innerer uriderstand auf einen "./ert abfällt, bei dein cine strake ütrouaufladung erfol.;en 3;ann. V/eil die kapazitativen werbe» der Kondensatoren 13 co /-CWt-JiIt v/erden, daß der "wechselstrom über den Eetriebsö-rehsahlbe.i.'üich des jDreiTolcraftmotors 53 ϋ·ι wesentlichen konstant ist, besteht keine G-efahr, daß die Aufheisun;- bei niedrigen Drehzahlen nicht ausreicht oder bei hohen Drehzahlen zu stark ist. Obgleich ferner zwar der innere Widerstand der Batterien fällt, während sich die Temperatur deren Ülektrolyts erhöht, wird der Wechselstrom doch daran gehindert, einen exzessiven Wert zu erreichen, und swan? durch die hohe Induktivität der "V/icklun^en des rerraanentmamet-v/echselfstrora-,^•enerators in"Verbindung nit den kondensatoren 18.
Es ist ferner zu beachten, daß wegen der Verbindung der Sekundärwicklung 19 mit den Verbindungen in der llite der Batteriepaare, der lade.^leichstroia nicht durch die äekundärwicklun2 fließt und deshalb keine Gefahr besteht, daß der Kern des Umformers 16 durch den Gleichstrom gesättigt wird.
In J?ic· 2 ist ein anderes kombiniertes Heiz- und Ladesystem 54 gezeigt, bestehend aus einem Eliiphasen-Permanentrnagnet-
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ORIGINAL INSPECTED
generator 56, dessen Ausbau;-; an die Primärwicklung 58 aeines Umformers 60 angeschlossen ist. Ein Kondensator 62 ist auch, an den Ausgang des Wechselstromgenerator 5S angeschlossen. Kin linde der Sekundärwicklung 63 ist mit der Verbindung zwischen swei in Reihe geschalteten Kondensatoren 64 und ζ>5 verbunden, und das andere linde der ¥icklung ist mit der Verbindung zwischen zwei in fleihe geschalteten Batterien 66 und 68 verbunden. Die beiden Kondensatoren und deie beiden Batteirien sind zwischen den Leitungen 70 und 72 parallelgeschaltet.
x)as Sjrstem 56 weist ferner einen zweiten Wechselstromgenerator 74- auf, dessen Ausgang über einen Gleichrichter 76 angeschlossen ist, um die Leitungen 78 und 80 mit Gleichstrom zu versorgen. Die Leitungen 78 und 80 sind dabei mit den Leitungen 70 bzw. 72 verbunden, um die Batterien 66 und 68 aufzuladen, !wischen die Leitungen 78 und 80 ist ferner ein Spannungsregler 82 geschaltet, der über Leitungen 84 und 86 mit dem viechseistromgenerator 74 verbunden ist.
Beide V/echselstroingeneratoren 56 und 74 werden von einer gemeinsamen Welle 88 angetrieben, die von einem Brennkraftmotor 89 angetrieben wird.
Der Wert des Kondensators 62 ist so gewählt, daß der Leistnngsfkaot des Wechselstromgenerators 56 erhöht wird und daß der Wechselstromgenerator 56 einen im wesentlichen konstanten Wechselstrom über den 3etriebsdrehzahlbereich des Brennkraftmotors 89 liefert.
Die Arbeitsweise des Systems 54 ist im wesentlichen,gleich derjenigen des Systems 10, das in Fig. 1 gzeigt ist, wobei der Wechselstromgenerator 56 einen Wechselstrom zu den Batterien 66 und 68 schickt, um den Elektrolyten bei niedrigen Temperaturen aufzuheizen, und der Wechselstromgenerator 74 für Ladestrom sorgt.
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ORIGINAL INSPECTED
Die Kondensatoren 64 und 65 verhinderen ein Fließen des Ladegleichstroms in die Sekundärwicklung 63 "und vermeiden dadurch eine Sättigung des Kerns des Umformers 60.
In Fig. 3 ist ein kombiniertes Ba.tterieh.eiz- und Ladesystem 110 mit einem Dreiphasen-Permanentmagnet-Y/echselstromgenerator 112 gezeigt, dessen Ausgang mit der stern-geschalteten Primärwicklung 114 eines Dreiphasen-Uraformers 116 verbunden ist. Der Ausgang des Wechselstromgenerator,^ 112 ist ferner mit delta-geschalteten Kondensatoren 118 verbunden. Die Sekundärwicklungen 120 des Umformers 116 sind durch Batterien 122 mit einer Leitting 124 verbunden, und der Sternpunkt 126 der Sekundärwicklungen 120 und die Leitung 124 sind jeweils mit zwei Gleiehstromanschlüssen 128, 130 verbunden.
Das System 110 weist ferner einen zweiten Drclphasen-YJechselstromgenerator 132 auf, dessen Ausgang über einen Gleichrichter 134 mit Dioden I36 mit einer Plus- bzw. Minusleitung 138 bzw. HO verbunden ist, die jeweils mit den Gleichstromanschlüssen 128, 130 verbunden sind. Ein Spannungsregler ist ferner zwischen die Leitungen 138, HO geschaltet und mit einer Feldwicklung des Wechselstromgenerators 132 über Leittingen 144, 146 verbunden, um die Stromstärke in der Feldwicklung zu regeln, damit eine konstante Spannung zwischen dien Leitungen 138, 140 aufrechterhalten wird.
Beide Wechselstromgeneratoren 112 und 132 werden von einer gemeinsamen Antriebswelle 48 angetrieben, und zwar über einen Brennkraftmotor 149.
Die Werte der Kondensatoren 118 sind so gewählt, daß der Leistungsfaktor des Wechselstromgenerators 112 erhöht wird und daß der Wechselstrom über den Betriebsdrehzahlbereich des Motors 149 hinweg im wesentlichen konstant bleibt.
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ORIGINAL INSPECTED
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Die Arbeitsweise des Systems 10 ist im wesentlichen gleich der Arbeitsweise des in Jj'i;;. 1 geseilten Systems 10, wobei der 'wechselstromgenerator 112 für Heizwechselstrom sor.rjt lind der y/echselstromr-;onerator 132 einen Lade/Gleichstrom liefert.
In i'i-;. 4 ist eine kombinierte Gatter!eheis- -and Ladeschaltuni; 200 mit einem Dreiphasen-w'eehselstromgenerator 212 :;ezei-;t, dessen lus^oji,;: mit der stern-,;:;eschalteten Primärwicklun;.-; 214 des ITni'onuers 216 -verbunden, ist. Die Sekundärwicklungen 21B des Umformers 216 sind über Batterien 220 mit einer Leitung 222 verbunden, und der Stearnpiinkt der T./icklun;:;en 21C und die Leitung 222 sind mit zwei Gleichstromancclilüsscn 224, 226 verbunden.
Ein Dreipliasen-Strommeßuraformer 223 ist an den Ausgangsleitunr;en des V/echselstrom^enerators 212 vorgesehen, lind ei: liefert ein Eingangssignal an einen Stromregler 230. Der Stromregler 230 ist mit einer Feldwicklung des Wechselstroia- ;:enero.tors 212 durch Leitun^'en 232 und 234 verbunden und rer-;elt die Stromstärke in dieser i'eldv/ickluns, um den abfließenden Wechselstrom des ".iechselstromgenerators 112 auf einen im wesentlichen konstanten Wert zu halten, trotz Änderungen in dem inneren Widerstand der Batterien 120 oder in der £ntriebsdrehzahl.
Das System weist ferner einen zweiten Dreiphasen-Wechselstromgenerator 236 auf, der über einen Gleichrichter 238 mit Dioden 240 angeschlossen ist, um Ladegleichstrom zu den Leitungen 242, 244 zu schicken, die jeweils mit den Anschlüssen 224, 226 verbunden sind. Ein Spannungsregler ist ferner zwischen die Leitungen 242, 244 geschaltet und regelt die Stromstärke in einer Peldwicklung des Wechselstromgenerators 236 durch Leitungen 248, 250, um eine konstante Spannung zwischen den Leitungen 242, 244 aufrechtzu-
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ORIGINAL INSPECTED
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ezti: alt en c
j3eide Wechselstromgenerator en 212 und 236 werden von einer gemeinsamen Antriebswelle 252 angetrieben, die von einen drehzahlregelbaren Brennkraftmotor 253 angetrieben wird.
Im Betrieb liefert der Wechselstromgenerator 212 einen Strom zum Aufheizen des Elektrolyten der Batterien 220, ■und der Wechselstromgenerator 236 sorgt für Ladestrom.
Wenn das System 200 dazu benutzt wird, die Ladebatterien aufkzuheizen, die sich anfänglich auf einer niedrigen Temperatur befinden, ist die Aufheizungsgeschwindigkeit anfangs hoch, und die Ladegeschwindigkeit ist gering, und zwar wegen des relativ hohen inneren Widerstands der Batterien. Hit dem .Steifen der Temperatur des Elektrolyten fällt dann die Aufheizgeschwindigkeit mit fallendem innerenWiderstand- ab, und die Ladegeschwindigkeit erhöht sich.
Weil außerdem der Wechselstromgenerator 212 einen Heizwechselstrom liefert, der konstant und unabhängig von der Drehzahl des Motors 255 ist, besteht keine Gefahr, daß die Aufheizgeschwindigkeit des Elektrolyten bei niedrigen Motordrehzahlen zu gering ist oder bei hohen Hotordrehzahlen zu schnell ist0 .
In dem System 110 nach Fig. 5 "und in dem System 200 nach !"ig. 4 sind die SeloHidärwicklungen 120, 218 der Umformer 116-f 216 auf einen dreischenkligen Kern aufgewickelt, und auch wenn der Ladegleichstrom durch ihre Wicklungen fließt, erfolgt keine dadurch erzeugte Hagnetisierung, die von dem Gleichstrom hervorgerufen wird, wenn die Stromstärken in den drei Phasen ausgeglichen sind, weil auch die Magnetantriebskraftkomponente wegen des Gleichstroms in den drei Schenkeln ausgeglichen ist. Folglich besteht keine Gefahr
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ORIGINAL INSPECTED
einer Sättigung des Kerns durch den Gleichstrom. Ferner ist keine signifikante Wechselstromkomponente an Spannung an den Gleichstrom-Ausgangsanschlüssen 28, 30 oder 124, 126 -vorhanden.
Obgleich in jedem der vorstehend beschriebenen Systeme beiden Weohselstromgeneratoren von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden, versteht es sich, daß die Wechseletroiigeneratoren durch getrennte Motoren angetrieben werden können. Obgleich ferner in Jedem System ein Heizsystem in Kombination mit einem Ladesystem gezeigt ist, versteht es eich, daß das Heizsystem selbständig benutzt werden kann, beiepieleweise zum Aufheizen des Elektrolyten von bereits aufgeladenen Batterien, die als Stromversorgung benötigt werden.
809885/Οββ·

Claims (9)

  1. COHAUSZ & FLORACK
    PATBNTANWALTSBÜRO
    SOHUMANNSTR. 97 · D-4OGO DÜSSELDORF
    Telefon: (02 TI) 683346 Telex: 08586513 cop d
    PATENTANWÄLTE:
    Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-lng.R. KNAUf- Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ
    Lucas Industries Limited
    Great King Street
    SB-Birmingham 11. Juli 1978
    Ansprüche
    (Iy Batterieheizsystem mit mindestens einer Speicherbatterie, einem Wechselstromgenerator zur Versorgung der Batterie oder Batterien mit Wechselstrom und einem selbstlaufenden Antriebsaggregat zum Antriebe deas Weehslestromgenerators, .dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom, mit dem die Batterie oder Batterien (20, 22, -24, 26, 28, 30; 66, 68; 122; 220) versorgt werden, über den normalen Betriebsdrehzahlbereich des selbstlaufenden Antriebsaggregats (53; 89; 149; 253) im wesentlichen auf einem konstanten Wert bleibt.
  2. 2. Batterieheizsystem nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Wechselstromgenerator (12j 56; 112} 212) eine effektive Ausgangsimpedanz hat, die signifikant höher als diacmaximale innere Widerstand der Batterie (20, 22, 24, 26, 28, 30; 66t 68; 122, 220) ist·
  3. 3. Batterieheizsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel zum Messen des Stroms vorgesehen sind, mit dem die Batterie (20, 22, 24, 26, 28, 30; 66, 68; 122, 220) versorgt wird, und daß eain
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    Stromregler auf die Mittel zum Messen des Stroms anspricht, derart, daß der Wechselstrom im wesentlichen konstant gehalten wird und für die hohe effektive Ausgangsimpedanz gesorgt wird.
  4. 4. Batterieheizsystem nach. Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Wechselstromgenerator (12; 56; 112; 212) eine Feldwicklung hat und der Stromregler den Strom in der Feldwicklung regelt.
  5. 5. Batteriehiezsystem nach. Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet , daß der Wechselstromgenerator (12; 56; 112; 212) ein Permanentmagnet-Wechselstromgenerator ist.
  6. 6. Batterieheizsystem nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet , daß ein Kondensator oder Kondensatoren (18; 62; 118} an den Ausgang des Wechselstromgenerators (12; 56; 112; 212) angeschlossen ist oder sind.
  7. 7. Batterieheizsystem nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umformer (16; 60; 116; 216) vorgesehen ist, der eine mit dem Ausgang des Wechselstromgenerators (12; 56; 112; 212) verbundene Primärwicklung (H; 58; 114; 214) und eine mit der Batterie oder den Batterien (20, 22, 24, 26, 28, 30; 66, 68; 122; 220) verbundene Sekundärwicklung (19; 63; 120; 218) hat.
  8. 8. Batterieheizsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Wechselstromgenerator (12; 56; 112; 212) ein Mehrphasen-Wechselstromgenerator ist, daß der Umformer (16; 60; 116; 216) ein Mehrphasen-Umformer ist und daß die Sekundärwicklungen (19; 63; 120; 218) des Umformers ( 16; 60; 116; 216) miteinander sterngeschaltet sind, wobei der Sternpunkt mit einem G-leichstromanschluß zweier G-leichstromanschlüsse verbunden ist und die Enden der Wicklungen durch jeweilige Batterien mit dem anderen G-leichstrom-
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    ansehluß verbunden sind.
  9. 9. Batterieheizsystem nach einem der Ansprüche 1 Ms 8, kombiniert mit einem Batterieladesystem mit einem zweiten Wechselstromgenerator, dadurch gekennzeich net, daß der erste (12; 56; 112; 212) und der zweite Wechselstromgenerator (36; 74; 132; 236) von einem-gemeinsamen selbstlaufenden Antriebsaggregat (53; 89; 14-9; 253) angetrieben sind und daß ein Gleichrichter (40; 76; 136; 240| mit seinem Eingang mit dem Ausgang des -zweiten ¥echselstrong enerators (36; 74; 132; 236) und mit seinem Ausgang zum Laden der Batterie oder Batterien (20, 22, 24, 26, 28, 30; 66, 68; 122; 220) verbunden ist.
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DE19782830930 1977-07-15 1978-07-14 Batterieheizsystem Granted DE2830930A1 (de)

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GB5439477 1977-12-31

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