DE9012327U1 - Electronic voltage and temperature controlled battery heating - Google Patents

Electronic voltage and temperature controlled battery heating

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Description

Elektronische Electronic spdnnungs— und voltage— and tanperaLurgeregeltetanperaLurgeregelte BatterJehPiiznngBatterJehPiiznng

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische spannungo- und tenperaturgeregelte Batterieheizung (nachstehend Batter! .N^ zung genannt), dio hauptfTchlich für 12 Volt-Blei-Akkumulatoren Verwendung finden äoil.The invention relates to an electronic voltage and temperature controlled battery heater (hereinafter referred to as battery heater), which is mainly used for 12 volt lead accumulators.

Die Batterieheizung ist > einen; c^-häuse (26) von ca. .100x100x15 ran ■::.Angebaut und wird an der Batterie (27) mit einer doppelseitigen Klebefolie (23) angebracht.The battery heater is mounted in a c-housing (26) of approx. 100x100x15 and is attached to the battery (27) with a double-sided adhesive film (23).

'äatterieheizungen ermöglichen bei fallender Außentenperatur eine höhere Innentenperatur in der Batterie. Dadurch ist eine höhere Kapazitätsen; lahme möglich. Bei Bleiakkumulatoren sollte die Zellenspannung möglichst nicht unter 1,8 Volt absinken, da sonst das gebildete Bleisulfat (Pb SO4) zu große Kristalle bildet, die beim Laden nicht mehr umgewandelt werden können. Dieser Vorgang wird durch eine Batterieheizung möglichst lange hinausgezögert oder verhindert, je nachdem, wie und welcher Verbraucher an die Batterie angeschlossen wird.Battery heaters allow a higher internal temperature in the battery when the outside temperature falls. This makes a higher capacity possible. With lead accumulators, the cell voltage should not fall below 1.8 volts, otherwise the lead sulfate (Pb SO 4 ) formed will form crystals that are too large and cannot be converted during charging. This process is delayed as long as possible by a battery heater or prevented, depending on how and which consumer is connected to the battery.

Dadurch wird die Lebensdauer der Batterie erhöht und im Bedarfsfalle steht eine größere Kapazität zur Verfügung. Größere Starterbatterien können daher kleiner dimensioniert werden. Durch die Verlängerung der Lebensdauer (z.B. einer Kf7-Batterie) wird auch ein wesentlicher Beitrag zur Umweltentlastung geleistet, da weniger defekte Batterien in die Deponien angeliefert werden.This increases the service life of the battery and, if necessary, a larger capacity is available. Larger starter batteries can therefore be made smaller. By extending the service life (e.g. of a Kf7 battery), a significant contribution is also made to reducing the burden on the environment, as fewer defective batteries are delivered to landfills.

Es sind Batterieheizungen mit Warmluftgebläsen bekannt. Der Wirkungsgrad ist hier aber sehr schlecht. Eine verstärkte Isolierung der Batterie (wenn sie aus Platzgründen möglich ist) hält die wünschenswerte Innentemperatur der Batterie nur für kurze Zeit aufrecht.Battery heaters with warm air blowers are known. However, their efficiency is very poor. Increased insulation of the battery (if space allows this) only maintains the desired internal temperature of the battery for a short time.

Ein Bleiakkumulator sollte möglichst eine konstante Innentemperatur von ca. 18° oder zumindest eine Temperatur über 0° Celsius haben, um seine höchstmögliche Leistung zu erreichen.Wenn die Batterie in einem Fahrzeug untergebracht ist, wird das in den seltensten Fällen möglich sein.A lead-acid battery should ideally have a constant internal temperature of around 18° or at least a temperature above 0° Celsius in order to achieve its highest possible performance. If the battery is housed in a vehicle, this will rarely be possible.

Hier will die Erfindung Abhrlfe "chaffen. Die Erfindung, wie sie in der Ansprächen gekennzeichn· ist, löst die Aufgabe durch eine kleine elektronische sparaiungs- und temperaturgeregelte Batterieheizung, cu.e direkt aus der zu heizenden Batterie (27) mit 1? Volt gespeist wird und die erzeugte Wärmemenge über die Außenwand (20) der Batterie in deren Innenraum leitet. Dadurch wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht und die Batterie kann sich selbst erwärmen. Gleichzeitig gibt die neue Batterieheizung kaum Verlustwärme an die Umgebung ab.Durch den dadurch erreichten hohen Wirkungsgrad der Batterieheizung bleibt die Kapazität der Batterie für lange Zeit erhalten, je nach Größe, Leistung und der herrschenden Außentemperatur.This is where the invention aims to provide relief. The invention, as characterized in the claims, solves the problem by means of a small electronic energy-saving and temperature-controlled battery heater, which is fed directly from the battery (27) to be heated with 1? volt and conducts the heat generated through the outer wall (20) of the battery into its interior. This achieves a high level of efficiency and the battery can heat itself. At the same time, the new battery heater hardly gives off any waste heat to the environment. Due to the high level of efficiency of the battery heater achieved in this way, the capacity of the battery is maintained for a long time, depending on the size, performance and the prevailing outside temperature.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines elektrischen Schaltplanes (S.9) und einer Gehäusezeichnung (S.10) erläutert.In the following, the invention is explained using an electrical circuit diagram (p.9) and a housing drawing (p.10).

Auf der Aluminium-Grundplatte (18) des Gehäuses sind 4 Leistungstransistoren (z.B. NPN Transistor BU408) angebracht (12, 13, 14, 15).Die Aluminiumplatte dient hierbei als Kühlkörper für die Transistoren. Neben den Transistoren ist eine Platine (19) mit den Schaltungsbauteilen angebracht.Four power transistors (e.g. NPN transistor BU408) are mounted on the aluminum base plate (18) of the housing (12, 13, 14, 15). The aluminum plate serves as a heat sink for the transistors. A circuit board (19) with the circuit components is mounted next to the transistors.

Auf der Platine befindet sich eine Batteriespannungsüberwachungssteuerungsschaltung und zwei unabhängig voneinander arbeitende Temperatursteuerungsschaltungen. Der Stromanschluß (12 Volt) für die Transistoren und die elektronische Steuerschaltung wird mit zwei ca. 30 cm langen isolierten Drahtlitzen (2,5 )(17) über zwei Abgriffklenmen (16) vom Plus- und Minuspol der Batterie, die beheizt werden soll, entnommen. Der Pluspol wird durch eine "fliegende Sicherung" (21) am Kabel von 2 A abgesichert. Auf der Grundplatte werden die beiden Anschlußlitzen (Kabel) direkt an die hintereinandergeschalteten Leistungstranpistoren verlötet.The circuit board contains a battery voltage monitoring control circuit and two temperature control circuits that work independently of each other. The power connection (12 volts) for the transistors and the electronic control circuit is taken from the positive and negative poles of the battery that is to be heated using two insulated wire strands (2.5 )(17) that are approx. 30 cm long and two tapping terminals (16). The positive pole is protected by a "flying fuse" (21) on the 2 A cable. On the base plate, the two connecting wires (cables) are soldered directly to the series-connected power transistors.

Der erste Transistor dient als Schalttransistor (12) und wird von einem IC-IM 741 (8) der 1. Temperatursteuerung üb«r Gine Diode angesteuert. Solange der Operationsverstärker 741 dieser Tenperatursteuerung am Ausgang Pin 6 noch eine Ausgangsspannung von ca. 1,87 Volt hat, wird der Schalttransistor Tl noch nicht durchgeschaltet.The first transistor serves as a switching transistor (12) and is controlled by an IC-IM 741 (8) of the first temperature control via a diode. As long as the operational amplifier 741 of this temperature control still has an output voltage of approx. 1.87 volts at the output pin 6, the switching transistor T1 is not yet switched through.

Der NTC-Widerstand (10) der 1. Temperaturschaltung ist am Gehäuse, das über der Aluminiumplatte angebracht ist, angelegt und mißt die Außentemperatur am Gehäusedeckel der Batterieheizung. Gleichzeitig wird mit diesem NTC-Widerstand die Tenperatursteuerungsschaltung bei einer Außentemperatur von über 18° unwirksam gemacht.The NTC resistor (10) of the 1st temperature circuit is connected to the housing, which is mounted above the aluminum plate, and measures the outside temperature on the housing cover of the battery heater. At the same time, this NTC resistor makes the temperature control circuit ineffective at an outside temperature of over 18°.

Der 4,7 k-Ohm-Widerstand (5) der 1. Temperaturschaltung läßt die Schaltung bei ca. 18° Außentemperatur am Gehäuse ansprechen. Hierbei schaltet der Operationsverstärker am Pin 6 auf high und die Spannung erreicht hier einen Wert von ca. 10 Volt, die run den Schalttransistor Tl leitend werden läßt, der die Spannung über eine Diode (3) zugeführt bekamt. Es fließt jetzt ein Schaltstran durch die Transistoren Tl bis T4 (12,13,14,15) von ca. 800 bis 1000 mA. Die dabei entstehende Wärme wird über die Muminiumgrundplatte (18), die nun als Kühlblech dient, abgeleitet und durch Ankleben an die BatLerieaußenwand direkt in das Batterieinnere abgeleitet.The 4.7 k-Ohm resistor (5) of the 1st temperature circuit causes the circuit to respond at an outside temperature of approx. 18° on the housing. The operational amplifier on pin 6 switches to high and the voltage reaches a value of approx. 10 volts, which causes the switching transistor Tl to become conductive, which receives the voltage via a diode (3). A switching current of approx. 800 to 1000 mA now flows through the transistors Tl to T4 (12,13,14,15). The heat generated is dissipated via the aluminum base plate (18), which now serves as a cooling plate, and is discharged directly into the interior of the battery by gluing it to the outside wall of the battery.

Die 2. Temperaturschaltung ist baugleich wie die 1. Temperaturschaltung, jedoch ohne den 4,7 k-Ohm-Widerstand (4).
Dadurch schaltet der Operationsverstärker (9) dieser Schaltung erst bei ca. 5° durch den am Gehäuse anliegenden NTC-Widerstand (11) auf high. Die Temperatur wird bei Erreichen der Außentemperatur von ca. 5~ nun in diesem Bereich geregelt und die Lexstungstransistoren in diesem Temperaturbereich sporadisch durchgeschaltet. Gleichzeitig wird über eine Diode (22) von Pin 6 der 2. Temperatursteuerung eineThe 2nd temperature circuit is identical to the 1st temperature circuit, but without the 4.7 kOhm resistor (4).
As a result, the operational amplifier (9) of this circuit only switches to high at approx. 5° through the NTC resistor (11) connected to the housing. When the outside temperature of approx. 5~ is reached, the temperature is now regulated in this range and the power transistors are sporadically switched through in this temperature range. At the same time, a diode (22) from pin 6 of the 2nd temperature control generates a

3G zusätzliche Spannung auf den Schalttransistor Tl gegeben und dadurch die Stromdurchlässigkeit des Schalttransistors gesteigert. Der Strcmfluß in den Transistoren 1-4 erhöht sich nun kurzfristig auf ca. 1,5 A und das Kühlblech (Grundplatte) (18) wird wesentlich heißer. Dadurch wird die Batterie auch stärker erwärmt.3G additional voltage is applied to the switching transistor Tl and thus the current permeability of the switching transistor is increased. The current flow in transistors 1-4 now increases briefly to approx. 1.5 A and the cooling plate (base plate) (18) becomes significantly hotter. This also heats up the battery more.

Die Batterieheizung wird hierdurch einmal bei ca. 18° Plus und einmal bei ca. 5° Plus mit unterschiedlicher Stromstärke geregelt. Eine Dauerstramheizvng der Leistungstransistoren wird dadurch bei fallender Temperatur weitgehend vermieden und die Stromentnahme aus cVt Batterie erfolgt impulsweise bei ca. 18° und dann wieder bei ca. 5°.The battery heating is thereby regulated once at approx. 18°C and once at approx. 5°C with different current strengths. A continuous current through the power transistors is thus largely avoided when the temperature falls and the current is drawn from the cVt battery in pulses at approx. 18°C and then again at approx. 5°C.

Die im Schaltpian (S. 9) abgebildete Batteriespannungsüberwachungssteuerung ist durch ihre beiden Regler von 10 k-Ohm auf eine Batteriounterspannung von 11/5 Volt und auf eine Batterieüberspannung von 13,5 Volt eingestellt, die am IC-TCA 965 (7) am Ausgang 2 und 14 als Minusspatinung abgegriffen wird. Am Pin 13 wird als Kontrolle für die dazwischenliegende Spannung (11,5 Volt bis 13,5 Volt) eine LED-Lampe (6) geschaltet. Wird nun am Pin 2 oder 14The battery voltage monitoring control shown in the circuit diagram (p. 9) is set by its two 10 k-Ohm regulators to a battery undervoltage of 11/5 volts and to a battery overvoltage of 13.5 volts, which is tapped off at the IC-TCA 965 (7) at outputs 2 and 14 as a negative terminal. An LED lamp (6) is connected to pin 13 to control the voltage in between (11.5 volts to 13.5 volts). If a voltage is now applied to pin 2 or 14

(1) eine· Minusbpannung geschaltet, erlischt die LED-Lampe und über eine Diode wird eine Minusspannung auf den Pin 3 der 1. und 2. Temperatursteuerung gelegt (2).(1) a negative voltage is switched on, the LED lamp goes out and a negative voltage is applied to pin 3 of the 1st and 2nd temperature control via a diode (2).

Dadurch wird Pin 6 der beiden IC-741 (8,9) auf low geschaltet und der Schaltstrom für den Schalttransistor Tl (12) heruntergeschaltet und gleichzeitig die Leistungs-Transistoren (T2-4) gesperrt. Die LED-Lampe (6) erlischt und die Schaltung benötigt nur noch einen Reststrom von ca. 8-10 mA, bis die Batterieheizungsschaltung wieder aktiviert wird. Dadurch wird gleichzeitig eine Überhitzung der Batterie beim Aufladen vermieden.This switches pin 6 of the two IC-741s (8,9) to low and the switching current for the switching transistor Tl (12) is reduced and at the same time the power transistors (T2-4) are blocked. The LED lamp (6) goes out and the circuit only requires a residual current of approx. 8-10 mA until the battery heating circuit is activated again. This also prevents the battery from overheating when charging.

Der Innenraum des Batterieheizungsgehäuses ist mit einer Silicon-Zweikomponentenmasse (24) ausgegossen und sichert dadurch alle Bauteile vor Feuchtigkeit, Säure, Erschütterung und Brand.
Die ausgehärtete Siliconmasse speichert gleichzeitig die entstehende Wärme der Batterieheizung noch für einige Zeit und erhöht so den Wirkungsgrad. Als Silicon-Zweikomponentenmasse kann man z. B. Silgard 170 A und B der Firma Dow Corning verwenden. Das ist eine handelsübliche, in der Elektroindustrie verwendete, Vergußmasse.The interior of the battery heater housing is filled with a two-component silicone compound (24), thus protecting all components from moisture, acid, vibration and fire.
The hardened silicone compound simultaneously stores the heat generated by the battery heating for some time, thereby increasing efficiency. Silgard 170 A and B from Dow Corning can be used as a two-component silicone compound. This is a commercially available casting compound used in the electrical industry.

Claims (2)

NSPRÜCHE 1. Elektronische spannungs- und tenperaturgeregelte Batterieheizung, die auf einer Aluminium-Platte (18) vier Leistunqstransistoren (BU 408) (12,13,14,15) montiert hat, die bei Erwärmung diese Aluplatte als Kühlblech benutzen und die entstehende Wärme über eine Klebefolie (23) auf der Aluplattenrückseite auf die zu erwärmende Batterie (27) übertragen. Die benötigte Spannung wird über zwei Abgreifklemmen (16) und zwei Anschlußkabel (17) direkt zu der Aluminiumplatte geführt. Auf der Platte befindet sich eine LED-Kontrollampe (6) und die Steuerschaltung (bestehend aus einer Batterieüberwachungssteuerung und zwei unabhängig voneinander arbeitenden Temperatursteuerungen). Über diese Schaltungseinheit (19) wird ein Gehäuse (26) aus Metall oder Kunststoff angebracht und der Innenraum mit einer1. Electronic voltage and temperature controlled battery heater, which has four power transistors (BU 408) (12,13,14,15) mounted on an aluminum plate (18), which use this aluminum plate as a cooling plate when heated and transfer the heat generated via an adhesive film (23) on the back of the aluminum plate to the battery (27) to be heated. The required voltage is fed directly to the aluminum plate via two alligator clips (16) and two connecting cables (17). On the plate there is an LED control lamp (6) and the control circuit (consisting of a battery monitoring control and two independently operating temperature controls). A housing (26) made of metal or plastic is attached over this circuit unit (19) and the interior is covered with a 2. Elektronische spannungs- und tenperaturgeregelte Batterieheizung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Steuerschaltung enthaltene Batterieüberwachungssteuerung über zwei Dioden (1) van IC-TCA 965 Pin 14 und 2 auf die 1. und 2. Temperatursteuerung des IC-741 Pin 3 (2) (bei Anliegen einer Minusspannung) den Spannungsausgang des IC 741 am Pin 6 auf low oder high schalten.2. Electronic voltage and temperature controlled battery heater according to claim 1, characterized in that the battery monitoring control contained in the control circuit switches the voltage output of the IC 741 at pin 6 to low or high via two diodes (1) of IC-TCA 965 pin 14 and 2 to the 1st and 2nd temperature control of the IC-741 pin 3 (2) (when a negative voltage is applied). 3. Elektronische spannungs- und temperaturgeregelte Batte^ieheizung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Steuerschaltung enthaltenen beiden, unabhängig voneinander arbeitenden, TemperaturstPMerungen (Anspreche: pfindlichkeit bei ca. 10° und 5° Plus) über den IC-741 (8.9) Pin 6 jeweils bei Aktivierung der Schaltung über eine Dio^e (3,22) eine Plus-Spannung auf die Basis des Schalttransistors Tl (12) gpbrn um so den Strcmfluß im Schalttransistor. je? narh Einstellung der Temperatursteuerung, im Transistor Tl bis T4 (12,13,14,15) verändern. Dabei wird vor die Diode der Temperatursteuerung ein Widerstand von 500 Ohm (28) geschaltet, um die Spannung zu begrenzen und den Steuerstrom in den Transistoren nicht zu groß werden zu lassen.3. Electronic voltage and temperature controlled battery heater according to claim 1, characterized in that the two temperature controls contained in the control circuit, which operate independently of one another (response: sensitivity at approx. 10° and 5° plus) apply a plus voltage to the base of the switching transistor T1 (12) via the IC-741 (8.9) pin 6 each time the circuit is activated via a diode (3,22) in order to change the current flow in the switching transistor, depending on the setting of the temperature control, in the transistor T1 to T4 (12,13,14,15). A resistor of 500 ohms (28) is connected in front of the diode of the temperature control in order to limit the voltage and to prevent the control current in the transistors from becoming too high. 5. Elektronische spannungs- und temperaturgeregelte Batterieheizung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ansteile der Leistungstransistor*— (12,13,14,15), dvj als Heizung dienen, ein einziger Leistungstransistor mit ähnlicher Wärmeentwicklung montiert wird oaer daß über einen5. Electronic voltage and temperature controlled battery heating according to claim 1, characterized in that parts of the power transistor*—(12,13,14,15) that serve as heating, a single power transistor with similar heat development is mounted or that via a XSuOr Sine nciZiOxic; SXn ncXZtoraiiu, riaj.iiu.ui. Ly&JiääcXSuOr Sine nciZiOxic; SXn ncXZtoraiiu, riaj.iiu.ui. Ly&Jiääc oder ein Peletier-Element angesteuert wird und die temperatur der Muminiumgrundplatte (18) der Batterieheizung beeinflußt.or a Peltier element is controlled and influences the temperature of the aluminum base plate (18) of the battery heater. 6. Elektronische spannungs- und temper.t^rgeregelte Batterie heizung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse auch aus anderen Materialien bestehen kann, die ähnliche Eigenschaften, wie eine Silicon-Zweikomponentenmasse aufweisen.6. Electronic voltage and temperature controlled battery heater according to claim 1, characterized in that the casting compound can also consist of other materials that have similar properties to a two-component silicone compound. —» 7·-3 '—» 7·-3 ' Elektronische spannungs- und temperaturgeregelte Batterieheizung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Aluminiumplatte angebrachte doppelseitige Klebefolie (23) zum Befestigen des Batterieheizungsgehäuses an der Batterie nicht angebracht wird und das Gehäuse (26) mittels einer Spannvorrichtung oder einem Klebstoff an der Batterieaußenseite befestigt wird.Electronic voltage and temperature controlled battery heater according to claim 1, characterized in that the double-sided adhesive film (23) attached to the aluminum plate for attaching the battery heater housing to the battery is not attached and the housing (26) is attached to the outside of the battery by means of a clamping device or an adhesive. 8. Elektronische spannungs- und tenperaturgeregelte Batterieheizung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die8. Electronic voltage and temperature controlled battery heater according to claim 1, characterized in that the ( gesamte Steuerschaltung für die Batterieheizung in einem IC ( entire control circuit for the battery heating in one IC zusammengefaßt wird und damit die Produktion der Batterieheizung um ein wesentliches vereinfacht wird.
15is summarized and thus the production of the battery heater is simplified considerably.
15 9. Elektronische spannungs- und tenperaturgeregelte Batterieheizur.g nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterieheizung fest in die Batterie oder das Gehäuse der zu erwärmenden Batterie eingebaut und angeschlossen wird.9. Electronic voltage and temperature controlled battery heater according to claim 1, characterized in that the battery heater is permanently installed and connected in the battery or the housing of the battery to be heated.
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