DE2830930C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Batterieheizsystem mit mindestens einer Speicherbatterie, einem Wechselstromgenerator zur Versorgung der Batterie mit Wechselstrom und einer Antriebsmaschine für den Wechselstromgenerator.

Batterieheizsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. So wird in der FR 21 20 417 ein Batterieheizsystem beschrieben, bei dem der zum Heizen dienende Wechselstrom von der Sekundärwindung eines Transformators über eine Kapazität und einen temperaturabhängigen Schalter zur Batterie geführt wird. In einer anderen Druckschrift (FR 9 03 078) wird ein Wechselstrom von den Schleifringen einer Fahrzeuglichtmaschine abgenommen und der Batterie nach Heruntertransformieren mittels Transformatoren zugeführt. Ein anderes Batterieheizsystem (US 28 99 623) besteht darin, daß zwei Schaltkreise vorgesehen sind, in denen Batterien durch Wechselstrom erwärmt werden, wobei der Wechselstrom den Batterien über Transformatoren zugeführt wird. Bei einem aus der US 26 89 322 bekannten Batterie­ heizsystem wird der Wechselstrom der Batterie über eine asymmetrische Leiteranordnung zugeführt, die eine größere Impedanz in der Entladungshalbwelle des Wechselstroms als in der Ladungshalbwelle aufweist. Dadurch wird eine Gleichstromentladung verhindert.

Nachteilig an den bisher aus dem Stand der Technik bekannt­ gewordenen Batterieheizsystemen ist jedoch, daß aufgrund der Schwankungen in den Arbeitsgeschwindigkeiten der Antriebsmaschine innerhalb eines großen Bereichs der Heizstrom bei niedrigen Geschwindigkeiten zu gering und bei hohen Geschwindigkeiten zu hoch ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Batterieheizsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Versorgung der Batterie mit Wechselstrom innerhalb der normalen Arbeitsgeschwindigkeiten der Antriebsmaschine im wesentlichen konstant ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wechselstromgenerator ein Permanentmagnetgenerator ist mit einer Ausgangsimpedanz, die signifikant größer ist als der maximale innere Widerstand der Batterie, derart, daß der Wechselstrom innerhalb des normalen Drehzahlbereichs der Antriebsmaschine und innerhalb der Betriebstemperatur der Batterie auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten wird.

Der Permanentmagnetwechselstromgenerator weist eine im Vergleich zum inneren Widerstand der Batterie hohe Ausgangsimpedanz auf, die mit steigender Drehzahl ansteigt und die der dabei entsprechend ansteigenden Ausgangsspannung entgegenwirkt. Da die Ausgangsimpedanz des Generators proportional zur Drehzahl der Antriebsmaschine ist, bleibt der Heizstrom für die Batterie konstant, wenn sich die Drehzahl der Antriebsmaschine erhöht.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen beispielswei­ se unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen

Fig. 1 bis 3 Schaltbilder von kombinierten Bat­ terieheiz- und Ladesystemen sind, die die Erfindung ver­ körpern.

In Fig. 1 ist ein kombiniertes Batterieheiz- und Ladesy­ stem 10 gezeigt, bestehend aus einem Dreiphasen-Permanent­ magnet-Wechselstromgenerator 12, dessen Ausgang an die sterngeschaltete Primärwicklung 13 eines Umformers 16 an­ geschlossen ist. Der Ausgang des Wechselstromgenerators 12 kann auch mit drei Kondensatoren 18 verbunden sein, die delta-geschaltet sind. Die Sekundärwicklung 19 des Umfor­ mers 16 ist mit den Verbindungen von drei Paaren reihen- geschalteter Batterien 20 und 22, 24 und 26 und 28 und 30 verbunden, wobei die Batteriepaare zwischen Leitungen 32 und 34 geschaltet sind.

Die Konstruktion des Wechselstromgenerators 12 und des Um­ formers 16 ist derart, daß die effektive Ausgangsimpedanz des Wechselstromgenerators in einer Größenordnung liegt, die höher als der maximale innere Widerstand der Batterie ist (bezogen auf den Primärkreis des Umformers).

Das System 10 weist ferner einen zweiten Dreiphasen-Wech­ selstromgenerator 36 auf, dessen Ausgang über einen Gleich­ richter 38 mit sechs Dioden 40 angeschlossen ist. Der Gleich­ richter 38 versorgt eine Plus- und eine Minusleitung 42 bzw. 44, die jeweils mit den Leitungen 32 und 34 zum Laden der Batterien verbunden sind. Ein Spannungsregler 46 ist fer­ ner zwischen die Leitungen 42 und 44 geschaltet und über Leitungen 48 und 50 mit dem Wechselstromgenerator 36 ver­ bunden.

Beide Wechselstromgeneratoren 12 und 36 werden von einer gemeinsamen Antriebswelle 52 angetrieben, die von einem drehzahlregelbaren selbstlaufenden Antriebsaggregat in der Form eines Brennkraftmotors 53 angetrieben wird.

Die hohe effektive Ausgangsimpedanz des Wechselstromgene­ rators stellt sicher, daß der Heizstrom sich nicht signi­ fikant mit Änderungen in dem inneren Widerstand der Batte­ rie ändern, während deren Temperatur sich ändert. Die Kon­ densatoren 18 (falls eingebaut) haben Werte, die so gewählt sind, daß der Leistungsfaktor des Wechselstromgenerators im Einklang mit dem Wechselstrom erhöht wird, der vom Wech­ selstromgenerator 12 den Batterien 20, 22, 24, 26, 28 und 30 zugeleitet wird und über den Betriebsdrehzahlbereich des Brennkraftmotors 53 auf einem im wesentlichen konstanten Wert bleibt.

Wenn im Betrieb das System 10 dann benutzt wird, Batterien aufzuladen, wenn sich deren Elektrolyten auf einer anfangs niedrigen Temperatur befinden, hat der innere Widerstand der Batterien zunächst einen hohen Wert und ver­ hindert damit, daß der Wechselstromgenerator 36 einen starken Ladestrom zu den Batterien leitet. Weil jedoch der Wech­ selstromgenerator 12 einen aufheizenden Wechselstrom zu den Batterien schickt, wird deren Elektrolyt einer starken Auf­ heizung unterzogen und erreicht schnell eine Temperatur, bei der deren innerer Widerstand auf einen Wert abfällt, bei dem eine starke Stromaufladung erfolgen kann, weil die kapazitativen Werte der Kondensatoren 18 so gewählt wer­ den, daß der Wechselstrom über den Betriebsdrehzahlbereich des Brennkraftmotors 53 im wesentlichen konstant ist, be­ steht keine Gefahr, daß die Aufheizung bei niedrigen Dreh­ zahlen nicht ausreicht oder bei hohen Drehzahlen zu stark ist. Obgleich ferner zwar der innere Widerstand der Batte­ rien fällt, während sich die Temperatur deren Elektrolyts erhöht, wird der Wechselstrom doch daran gehindert, einen exzessiven Wert zu erreichen, und zwar durch die hohe In­ duktivität der Wicklungen des Permanentmagnet-Wechselstrom­ generators in Verbindung mit den Kondensatoren 18.

Es ist ferner zu beachten, daß wegen der Verbindung der Se­ kundärwicklung 19 mit den Verbindungen in der Mitte der Bat­ teriepaare der Ladegleichstrom nicht durch die Sekundär­ wicklung fließt und deshalb keine Gefahr besteht, daß der Kern des Umformers 16 durch den Gleichstrom gesättigt wird.

In Fig. 2 ist ein anderes kombiniertes Heiz- und Ladesystem 54 gezeigt, bestehend aus einem Einphasen-Permanentmagnet­ generator 56, dessen Ausgang an die Primärwicklung 58 seines Umformers 60 angeschlossen ist. Ein Kondensator 62 ist auch an den Ausgang des Wechselstromgenerators 58 angeschlossen. Ein Ende der Sekundärwicklung 63 ist mit der Verbindung zwi­ schen zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren 64 und 65 ver­ bunden, und das andere Ende der Wicklung ist mit der Verbin­ dung zwischen zwei in Reihe geschalteten Batterien 66 und 68 verbunden. Die beiden Kondensatoren und die beiden Batte­ rien sind zwischen den Leitungen 70 und 72 parallelgeschaltet.

Das System 54 weist ferner einen zweiten Wechselstromgenera­ tor 74 auf, dessen Ausgang über einen Gleichrichter 76 ange­ schlossen ist, um die Leitungen 78 und 80 mit Gleichstrom zu versorgen. Die Leitungen 78 und 80 sind dabei mit den Leitun­ gen 70 bzw. 72 verbunden, um die Batterien 66 und 68 aufzula­ den. Zwischen die Leitungen 78 und 80 ist ferner ein Spannungs­ regler 82 geschaltet, der über Leitungen 84 und 86 mit dem Wechselstromgenerator 74 verbunden ist.

Beide Wechselstromgeneratoren 56 und 74 werden von einer ge­ meinsamen Welle 88 angetrieben, die von einem Brennkraftmo­ tor 89 angetrieben wird.

Der Wert des Kondensators 62 ist so gewählt, daß der Lei­ tungsfaktor des Wechselstromgenerators 56 erhöht wird und daß der Wechselstromgenerator 56 einen im wesentlichen kon­ stanten Wechselstrom über den Betriebsdrehzahlbereich des Brennkraftmotors 89 liefert.

Die Arbeitsweise des Systems 54 ist im wesentlichen gleich derjenigen des Systems 10, das in Fig. 1 gezeigt ist, wobei der Wechselstromgenerator 56 einen Wechselstrom zu den Bat­ terien 66 und 68 schickt, um den Elektrolyten bei niedrigen Temperaturen aufzuheizen, und der Wechselstromgenerator 74 für Ladestrom sorgt.

Die Kondensatoren 64 und 65 verhindern ein Fließen des Ladegleichstroms in die Sekundärwicklung 63 und vermeiden dadurch eine Sättigung des Kerns des Umformers 60.

In Fig. 3 ist ein kombiniertes Batterieheiz- und Ladesy­ stem 110 mit einem Dreiphasen-Permanentmagnet-Wechselstrom­ generator 112 gezeigt, dessen Ausgang mit der stern-geschal­ teten Primärwicklung 114 eines Dreiphasen-Umformers 116 ver­ bunden ist. Der Ausgang des Wechselstromgenerators 112 ist ferner mit delta-geschalteten Kondensatoren 118 verbunden. Die Sekundärwicklungen 120 des Umformers 116 sind durch Batterien 122 mit einer Leitung 124 verbunden, und der Sternpunkt 126 der Sekundärwicklungen 120 und die Leitung 124 sind jeweils mit zwei Gleichstromanschlüssen 128, 130 verbunden.

Das System 110 weist ferner einen zweiten Dreiphasen-Wech­ selstromgenerator 132 auf, dessen Ausgang über einen Gleich­ richter 134 mit Dioden 136 mit einer Plus- bzw. Minusleitung 138 bzw. 140 verbunden ist, die jeweils mit den Gleichstrom­ anschlüssen 128, 130 verbunden sind. Ein Spannungsregler 142 ist ferner zwischen die Leitungen 138, 140 geschaltet und mit einer Feldwicklung des Wechselstromgenerators 132 über Leitungen 144, 146 verbunden, um die Stromstärke in der Feld­ wicklung zu regeln, damit eine konstante Spannung zwischen den Leitungen 138, 140 aufrechterhalten wird.

Beide Wechselstromgeneratoren 112 und 132 werden von einer gemeinsamen Antriebswelle 148 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.

Die Arbeitsweise des Systems 110 ist im wesentlichen gleich der Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Systems 10, wobei der Wechselstromgenerator 112 für Heizwechselstrom sorgt und der Wechselstromgenerator 132 einen Ladegleichstrom liefert.

In dem System 110 nach Fig. 3 sind die Sekundärwicklungen 120 sowie der Umformer 116 auf einen dreischenkligen Kern aufgewickelt, und auch wenn der Ladegleichstrom durch ihre Wicklungen fließt, erfolgt keine dadurch erzeugte Magnetisierung, die von dem Gleichstrom hervorgerufen wird, wenn die Stromstärken in den drei Phasen ausgeglichen sind, weil auch die Magnet­ antriebskraftkomponente wegen des Gleichstroms in den drei Schenkeln ausgeglichen ist. Folglich besteht keine Gefahr 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 bei­ de Wechselstromgeneratoren von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden, versteht es sich, daß die Wechselstrom­ generatoren durch getrennte Motoren angetrieben werden kön­ nen. Obgleich ferner in jedem System ein Heizsystem in Kom­ bination mit einem Ladesystem gezeigt ist, versteht es sich, daß das Heizsystem selbständig benutzt werden kann, beispiels­ weise zum Aufheizen des Elektrolyten von bereits aufgelade­ nen Batterien, die als Stromversorgung benötigt werden.

Claims (4)

1. Batterieheizsystem mit mindestens einer Speicherbatterie (20, 22, 24, 26, 28, 30, 66, 68, 122), einem Wechselstromgenerator (12, 56, 112) zur Versorgung der Batterie mit Wechselstrom und einer Antriebsmaschine (53, 89, 149) für den Wechselstromgenerator (12, 56, 112), dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator (12, 56, 112) ein Permanentmagnetgenerator ist mit einer Ausgangsimpedanz, die signifikant größer ist als der maximale innere Widerstand der Batterie (20, 22, 24, 26, 28, 30, 66, 68, 122), derart, daß der Wechselstrom innerhalb des normalen Drehzahlbereichs der Antriebsmaschine (53, 89, 149) und innerhalb der Betriebstemperatur der Batterie (20, 22, 24, 26, 28, 30, 66, 68, 122) auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten wird.

2. Batterieheizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Kondensatoren (18, 62, 118) parallel zum Ausgang des Wechselstromgenerators (12, 56, 112) geschaltet ist oder sind.

3. Batterieheizsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umformer (16; 60; 116) vorgesehen ist, der eine mit dem Ausgang des Wechselstromgenerators (12; 56; 112) verbundene Primärwicklung (14; 58; 114) und eine mit der Batterie oder den Batterien (20, 22, 24, 26, 28, 30; 66, 68; 122) verbundene Sekundärwicklung (19; 63; 120) hat.

4. Batterieheizsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator ein Mehrphasen-Wechselstromgenerator (112) ist, daß der Umformer ein Mehrphasen-Umformer (116) ist und daß die Sekundärwicklungen (120) des Umformers miteinander sterngeschaltet sind, wobei der Sternpunkt (126) mit einem Gleichstromanschluß (128) der beiden Gleichstromanschlüsse (128, 130) verbunden ist, wobei die Enden der Wicklungen (120) durch eine oder mehrere Batterien (122) mit dem anderen Gleichstromanschluß (130) verbunden sind.