FI82329C - Foerfarande vid laddning av ett laddningsbart batteri. - Google Patents

Description

j. 82329 MENETELMÄ VARATTAVAN PARISTON VARAAMISEKSI -

Keksintö koskee menetelmää moottoriajoneuvon, 5 työkoneen, moottoriveneen tai vastaavan sähköjärjestelmään kytketyn varattavan pariston varaamiseksi käytön aikana, jolloin varausjännitteenä käytetään paristoon yhdistetyn generaattorin lähtöjännitettä, jolloin lähtö-jännitettä voidaan säätää säätämällä generaattorin 10 kenttää.

Keksintö koskee myös jännitteen säätölaitetta moottoriajoneuvon, työkoneen, moottoriveneen tai vastaavan sähköjärjestelmään liitetyn, varattavan pariston lataamiseksi käytön aikana, joka säätölaite on kytketty 15 johtimeen pariston ja varausgeneraattorin välillä, jonka lähtöjännitettä voidaan säätää säätämällä generaattorin magnetointivirtaa.

Viime vuosina paristokäyttöiset sähkölaitteet, kuten jääkaapit, lämmittimet ja radiolaitteet ovat 20 tulleet yhä yleisemmiksi esimerkiksi pitkänmatkan kuor-ma-autoisssa ja moottoriveneissä. Koska tällaiset laitteet kuluttavat paljon virtaa verrattuna aikaisemmin käytettyihin laitteisiin, ne aiheuttavat suurempaa kuormitusta paristoille, erityisesti silloin, kun gene-25 rattori ja sen säätölaite on suunniteltu antamaan virtaa vain silloin, kun moottori, joka käyttää generaattoria, ajoneuvoa tai venettä, toimii. Jos moottoria ei ole käytetty muutamaan tuntiin samanaikaisesti kuin yksi tai useampi mainituista laitteista on ollut kytkettynä, 30 paristo on normaalisti enemmän tai vähemmän purkautunut.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uusi menetelmä ja säätölaite varattavan pariston varaamiseksi, joilla menetelmällä ja säätölaitteella ei ole yllä mainittuja epäkohtia. Tämä saavutetaan keksinnöllä, 35 jolle on ominaista se, mitä on esitetty vaatimuksissa 1 ja 9.

Muut keksinnön edut ja tunnusomaiset piirteet 2 82329 käyvät ilmi seuraavasta selityksestä, jossa viitataan piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää lohkokaaviona konventionaalista varaus-säätösysteemiä, 5 kuva 2 esittää keksinnön mukaista varaussäätösysteemiä, kuva 3 esittää juoksukaaviota keksinnön mukaisen säätölaitteen toiminnasta, kuvat 4-6 esittävät katkoviivoin ja vast, yhtenäisin viivoin varausvirran, varausjännitteen ja varausmäärän 10 vaihteluja ajan mukana käytettäessä konventionaalista säätölaitetta ja keksinnön mukaista laitetta, ja kuva 7 esittää lohkodiagrammia, joka kuvaa keksinnön mukaisen säätölaitteen pääpiirteittäistä rakennetta.

Kuva 1 esittää kaaviomaisesti, miten paristo 1, 15 generaattori 2 ja säätölaite 3 on kytketty konventionaalisessa varaussäätösysteemissä negatiiviseen maahan käytettäväksi esim. moottoriajoneuvossa. Pariston 1 plus-napa 4 on kytketty toisaalta generaattorin 2 va-rausulostuloon 5 ja toisaalta virta-avainkytkimen 6 20 kautta varausvalon 7 toiseen liittimeen, jolloin valon toinen liitin on yhdistetty generaattorin 2 säätölaitteen ulostulojännitteeseen 8. Tämä on myös liitetty säätölaitteen 3 syöttö- ja mittaussisäänmenoon 9. Johdin 10 liittää säätölaitteen 3 ulostulon 11 generaattorin 2 25 magnetointikäämin sisäänmenoon 12.

Kun virta-avainkytkin 6 suljetaan, jolloin moottori käynnistyy, paristo 1 syöttää virtaa säätölaitteeseen 3, joka vuorostaan voi syöttää virtaa generaattorin 2 magnetointikäämiin. Ennen varauksen aloitusta 30 virta säätölaitteeseen 3 otetaan paristosta 1. Tämä virta kulkee varauslampun 7 läpi sytyttäen sen. Kun generaattori 2 varaa paristoa 1, ulostulojännite 8 on yhtä suuri kuin pariston jännite. Tällöin ei virtaa kulje varauslampun 7 läpi, joten valo ei pala. Säätö-35 laite 3 toimii siten, että tarkkailemalla ulostulojän-nitettä 8 se säätää generaattorin kenttää siten, että generaattorin 2 ulostulojännitteellä eli sen varausjän- 3 82329 nitteellä on ennalta määrätty arvo. Kun säätölaitteen sisääntulojännite alittaa tämän jännitearvon, paristo on täydellisesti latautunut. Varaus keskeytyy, kun sisääntulojännite saavuttaa mainitun arvon.

5 Voidaan todeta, että pariston 1 varautuminen lyhyesti ylläkuvatunlaisella konventionaalisella va-raussäätösysteemillä ei ole odotusten mukainen, jos generaattorin pyörimisnopeus on pieni, jos generaattorin 2 ja pariston 1 väliset liitokset ovat huonossa kunnossa 10 tai jos pariston 1 varausominaisuudet ovat heikentyneet. Pienillä generaattorin 2 pyörimisnopeuksilla saavutetaan varausteho, joka juuri riittää varausvalon 7 sammuttamiseksi ja johtaa harhakäsitykseen, että varaus toimii täydellisesti, vaikka todellisuudessa ehkä vain muutama 15 amppeeritunti varautuu paristoon 1, vaikka moottori on toiminut pitemmänkin ajan. On hyvin tavallista, että johtimet, johdinten väliset liittimet ja pariston 1 navat ja pariston pääkytkin ovat heikossa kunnossa aiheuttaen jännitteen laskua. Säätölaite 3 havaitsee 20 jännitteen generaattorista 2 eikä paristosta, jolloin varausjännite on noin 1 V alhaisempi kuin ennalta määrätty varausjännite jo alhaisella varausvirralla. Tämä aiheuttaa pariston 1 minimaalisen varautumisen tai estää varautumisen kokonaan. Konventionaalinen säätölaite 3 25 säätää myös generaattorin 2 ulostulojännitettä siten, että sillä on vakioarvo pariston varauskyvystä riippumatta. Tästä johtuen tehokas varautuminen on hyvin heikkoa myös äärimmäisen purkautuneilla paristoilla.

Kuvassa 2, missä on käytetty samaa numerointia 30 kuin kuvassa l, viitenumero 13 esittää keksinnnön mukaista varaussäätölaitetta. Ulostulon 11 lisäksi, joka vastaa säätölaitteen 3 ulostuloa, säätölaitteessa 13 on neljä sisäänmenoa 14, 15, 16 ja 17. Sisäänmeno 14 on kytketty generaattorin säätölaitejänniteulostuloon 8 ja 35 järjestetty vastaanottamaan aloitussignaali generaattorista 2 sen osoittamiseksi, että generaattori toimii ja kehittää varausjännitteen. Sisäänmenoa 15, joka on 4 82329 liitetty generaattorin varausulostuloon 5 ja pariston 1 plus-napaan 4, voidaan verrata säätölaitteen 3 sisään-menoon 9, joka on syöttö- ja testisignaalin sisäänmeno. Sisäänmeno 16 on johdettu suoraan pariston 1 plus-napaan 5 4, ja se on siten pariston jännitteen testisignaalin sisäänmeno. Sisäänmeno 17, joka on liitetty pariston 1 plus-napaan 4 virta-avainkytkimen 6 ja varausvalon 7 kautta, voidaan pitää aloitussignaalin sisäänmenona, jonka toimintaa voidaan myös verrata säätölaitteen 3 10 sisäänmenon 9 toimintaan.

Keksinnön mukainen säätölaite 13 eroaa konventionaalisesta säätölaitteesta 3 seuraavilta osin. Va-rausvalo 7 tai mikä tahansa akustinen tai optinen hälytyslaite hälyttää, jos generaattori 2 ei saavuta toimin-15 tajännitettään liian alhaisesta kierrosnopeudesta johtuen. Se hälyttää myös, jos jännitehäviö generaattorin 2 ja pariston 1 välillä on suurempi kuin on hyväksyttävissä. Pariston 1 varausjännitettä ja samalla myös varausvirtaa säädetään pariston tilan mukaan. Varaus 20 tapahtuu toistuvina jaksoina, joista jokainen sisältää varausjakson ja testausjakson ladattavalle paristolle. Varausjännite määräytyy testitulosten mukaan. Äärimmäisen purkautunut paristo ei voi mukautua rajattomasti kestävään maksimivaraukseen, minkä vuoksi säätölait-25 teeseen kuuluu aikarajoitus suojelemaan paristoja tämän tyyppiseltä ylivaraukselta.

Seuraavassa keksinnön mukaisen varauksen toimintaa selostetaan yksityiskohtaisemmin viittaamalla kuvan 3 esittämään lohkokaavioon. A kuvaa lähtötilannet-30 ta. Säätölaitteeseen aletaan syöttää virtaa sisäänmenon 15 kautta, ja varausohjelma asetetaan alkutilanteeseen.

B kuvaa varausaikaa, jonka aikana varausjännite, antaen paristolle korvaavan varauksen, vaikuttaa paristoon tietyn ajan (5 min.). Jos käytetään 12 V paristoja, 35 kuten seuraavassa oletetaan, tyypillisiä arvoja ovat kompensointivarausjännitteelle 14 V ja mainitulle ajalle 5 minuuttia. Tämän saavuttamiseksi paristojännitettä 5 82329 verrataan referenssijännitteeseen ja säätölaite ohjaa generaattorin magnetoimisvirtaa siten, että mainitut jännitteet tulevat yhtä suuriksi. Generaattorin ja pariston välisten johtimien kunnon tarkkailemiseksi 5 paristojännitettä verrataan toiseen referenssijännitteeseen (9 V), joka on huomattavasti pienempi kuin ensiksi mainittu referenssijännite. Jos paristojännite on pienempi kuin toinen referenssijännite, säätölaitteen 13 jännitetarkkailu siirtyy pariston navasta 4 generaatio torin 2 varausulostuloon 5. Yllä mainitun ajan (5 min) kuluttua säätölaitteen toiminta palautuu C:hen.

Piste C on mittausvaihe. Paristojännitettä mitataan tietyn ajan (1 min), mutta mittaus lopetetaan, jos paristojännite alittaa tietyn jännitteen (13,2 V) 15 ennen mainitun ajan loppumista. Mittauksen ajaksi kaikki hälytykset on suljettu, pariston varaus on keskeytetty katkaisemalla generaattorin 2 magnetointivirta. Oletetaan, että paristo on kuormitettuna mittauksen aikana. Tämä on itsestään selvää autoissa, joissa on ajovalot 20 tai muita laitteita käytössä. Paristojännitteen mittaus tapahtuu vertaamalla sitä mainittuun referenssijännitteeseen. Jos paristojännite on yhtä suuri tai pienempi kuin referenssijännite, ohjelma jatkuu pisteeseen D. Jos paristojännite on suurempi kuin referenssijännite, 25 ohjelma jatkuu pisteeseen F.

Pisteessä D paristoa varataan varausjännitteellä (14,6 V) tietyn ajan (8 min), joka vastaa pariston pikavarausta. Mainittu aika kuitenkin lasketaan hetkestä, jolloin jännite saavuttaa tietyn arvon (14,4 30 V), jolloin saavutetaan varausaika, joka vastaa pariston kapasitettia. Toisin sanoen D kuuluu varausvaiheeseen samoin kuin E.

Pisteessä E varaus tapahtuu kompensointivarauk-sen edellyttämällä jännitteellä (14 V) ajan (2 min), 35 joka on lyhyempi kuin aika pisteessä D. Tämän jälkeen varausohjelma siirtyy pisteeseen C.

Jos paristojännite on suurempi kuin ensimmäinen 6 82329 referenssijännite, säätölaitteen varausohjelma siirtyy pisteeseen F.

Piste F on kompensointivarausvaihe, joka kestää suhteellisen pitkän ajan (1-3 h). Tämän jälkeen ohjelma 5 siirtyy pisteeseen B.

Voidaan huomata, että ketju C, D ja E tarkoittaa pariston pikavarausta, kun taas ketju C, F ja B tarkoittaa pariston kompensointivarausta.

Piste G edustaa erilaisia testimittauksia ja 10 vertailuja, jotka tapahtuvat keksinnön mukaisesti ja joita on osittain edellä selostettu. Täten paristojän-nitettä ja generaattorijännitettä vertaillaan jatkuvasti referenssijännitteisiin, jotta generaattorin ja pariston välisissä johdoissa havataan ylijännitteet, alijännit-15 teet tai epäsuotuisat jänniteportaat.

Kuvassa 4 esiintyvät jälleen ohjelmapisteet A, B, C, D ja E. Keksinnön mukaisen varauksen graafinen esitys (jatkuva viiva) koskien varausvirtaa, varausjän-nitettä ja varauksen määrää, on kaikkialla konventio-20 naalisen varaustavan esittävän grafiikan (katkoviiva) yläpuolella.

Vaikka on ilmeistä, että ammattimies, tuntiessaan keksinnön mukaisen varaussäätölaitteen toiminnan, voi toteuttaa sen usealla eri tavalla, seuraavassa 25 esitetään eräs keksinnön mukainen laite viittaamalla lohkokaavioon kuvassa 7. Asian yksinkertaistamiseksi selitys on laadittu melko yleisellä tasolla, todellisuudessa koko säätölaite on edullisesti rakennettu yhteen niinkutsuttuun IC piiriin, jolla voidaan haluttaessa 30 tehdä lisätestejä ja tarkastustoimintoja, jotka ovat tämän keksinnön ulkopuolella.

Kuvassa 7 näkyy paristo 1, generaattori 2 ja pilkkuviivalla erotettu säätölaite 3. Numero 18 kuvaa säätöyksikköä, jonka sisäänmenot on yhdistetty kompa-35 raattoriln 19 ja kelloon 20, joka käsittää oskillaattorin ja binäärilaskurin ja joka on järjestetty kehittämään kontrollipulsseja tarkkailemaan kontrolliyksikön 7 82329 18 kaikkia aikavälejä ja laskuriin 21. Kontrolliyksikön 18 ulostulot on yhdistetty referenssijännitelähteeseen 22, joka on järjestetty tuottamaan aikaisemmin mainitut referenssijännitteet generaattorille 2, kelloon 20, 5 laskuriin 21 ja kuormaan 23. Komparaattorin sisäänmenot on yhdistetty referenssijännitelähteeseen 22, generaattoriin 2 ja paristoon l. Erillään mainituista kontrolliyksikön sisäänmenoista komparaattorin 19 ulostulo on kytketty hälytyslaitteeseen 24, joka on järjestetty 10 antamaan optinen ja/tai akustinen hälytys.

Termisesti paristoon l liitetty lämpötila-anturi 25 on järjestetty kehittämään pariston lämpötilaan verrannollinen signaali ja kontrolloimaan referenssi jännitelähdettä 22 tämän signaalin mukaan siten, 15 että kaikki referenssijännitteet ja täten myös pariston varausjännite laskevat pariston lämpötilan noustessa. Pariston lämpötilan laskiessa tapahtuu toisinpäin.

Komparaattori 19 käsittää vertailupiirejä, jotka on järjestetty vertaamaan referenssijännitelähteen 20 22 referenssijännitteitä generaattori- ja paristojännit teisiin edellä kuvatun mukaisesti. Näiden vertailujen tuloksena syntyy kontrollisignaaleja kontrollisyksikköön 18 ja hälytyssignaaleja hälytyslaitteeseen 24. Hälytyslaite on järjestetty antamaan erilaiset hälytykset 25 erilaisista virhetoiminnoista, jolloin virhetoiminnot on helppo tunnistaa.

Kontrolliyksikkö 18 on järjestetty kontrolloimaan generaattorin jännitettä keksinnön mukaisesti komparaattoriin 19, kellon 20 ja laskurin 21 ohjauksel-30 la. Jos paristo 1 ei kuormitu riittävästi mittausvaiheessa, joka on yleistä dieselmooottoreilla varustetuissa moottoriveneissä, kuorma 23 kytkeytyy automaattisesti päälle. Laskurilla 21 lasketaan varausjaksot, joiden varausjännite vastaa pikavarausjännitettä, ja laskuri 35 on järjestetty antamaan katkaisusignaali säätöyksikölle, kun ennalta määrätty määrä pikavarausjaksoja (esim. 8 ) on toteutunut.

Claims (13)

1. Menetelmä moottoriajoneuvon, työkoneen, moottoriveneen tai vastaavan sähköjärjestelmään kytketyn 5 varattavan pariston (1) varaamiseksi käytön aikana, jolloin varausjännitteenä käytetään paristoon (1) yhdistetyn generaattorin (2) lähtöjännitettä, jolloin lähtö-jännitettä voidaan säätää säätämällä generaattorin (2) kenttää, tunnettu siitä, että varaus tapahtuu 10 useilla toistuvilla varaussykleillä, joka säätämällä generaattorin (2) lähtöjännitettä on juuri sähköjärjestelmän käyttöjännitealueen ylärajan alapuolella, jolloin jokainen varaussykli käsittää varausjakson ja mittaus-jakson, jonka aikana paristoa (1) kuormitetaan ja varaus 15 generaattorista (2) paristoon (1) on keskeytetty ja paristojännitettä verrataan ennalta määrättyyn jännitteeseen; että, jos vertailu osoittaa, että paristojännite on alempi kuin ennalta määrätty jännite tai putoaa sen alapuolelle mittausjakson aikana, varaus suoritetaan 20 seuraavan varausjakson aikana kohotetulla jännitteellä, joka on juuri sähköjärjestelmän käyttöjännitealueen ylärajan alapuolella, ja vastaavasti jos vertailu osoittaa, että paristojännite on korkeampi kuin ennalta määrätty jännite, varaus suoritetaan seuraavan varaus-25 jakson aikana varausjännitteellä, joka antaa pariston (1) ylläpitovarauksen; ja että varausjakson loppupuolella, välittömästi ennen mittausjaksoa, varaus tapahtuu aina varausjännitteellä, joka vastaa ylläpitovarausta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että paristojännitettä verrataan referenssijännitteeseen, joka on huomattavasti matalampi kuin normaali paristojännite; ja että, jos paristojänni-te on alhaisempi kuin referenssijännite, annetaan häly-tyssignaali ja/tai aiheutetaan automaattinen uudelleen-35 kytkentä, generaattorin (2) jännitteen vertaamiseksi pariston (2) jännitteen sijasta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 9 82329 tunnettu siitä, että jännite-ero pariston (1) ja generaattorin (2) välisessä liitännässä mitataan ja hälytys annetaan, jos jännite-ero ylittää ennalta määrätyn jännitteen, joka vastaa suurinta sallittua jännite-5 eroa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että generaattorin lähtöjännitettä paristossa (1) verrataan referenssijännitteeseen ja hälytys annetaan, jos generaattorin jännite alittaa 10 mainitun jännitteen, mikä tarkoittaa sitä, että virtaa otetaan paristosta (1).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pariston (1) lämpötilaa tarkkaillaan; ja että kaikkia referenssijännitteitä nos- 15 tetaan suhteessa alenevaan paristolämpötilaan ja alennetaan suhteessa lisääntyvään paristolämpötilaan, jolloin lisäys ja alennus tapahtuu askeleittain.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pariston (1) varaus keskeytetään 20 kytkemällä virta pois generaattorin (2) magnetointikää-mistä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varaus nostetulla jännitteellä suoritetaan varausjaksoina, joita on enintään ennalta 25 määrätty määrä; ja että varaus tämän jälkeen suoritetaan ylläpitovarausjännitteellä 1-2 h ajan.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varausjakson kesto varattaessa varaukseen nostetulla jännitteellä lasketaan 30 tehokkaasta varausajasta, ts. jakson kesto lasketaan olettaen, että varausjännite ylittää tietyn arvon.

8 82329

9. Jännitteen säätölaite moottoriajoneuvon, työkoneen, moottoriveneen tai vastaavan sähköjärjestelmään liitetyn, varattavan pariston (1) lataamiseksi 35 käytön aikana, joka säätölaite (3) on kytketty johtimeen pariston (1) ja varausgeneraattorin (2) välillä, jonka lähtöjännitettä voidaan säätää säätämällä generaattorin 10 82329 magnetointivirtaa, tunnettu siitä, että säätölaitteeseen (3) kuuluu ohjainlaite (18), joka on järjestetty määräämään toistuvat yhtäpitkät varausjaksot ja mittausjaksot varausjaksojen välillä, osittain katkai-5 seirfaan generaattorin (2) magnetointivirta mittausjak-sojen aikana ja siten keskeyttämään pariston (1) lataus, osittain pariston (1) ollessa kuormitettu liittämään se ja referanssijännitelähde (22) komparaattoriin (19), joka on järjestetty vertaamaan paristojännitettä ennal-10 tamäärättyyn jännitteeseen ja johtamaan seuraavassa varausjaksossa paristoon (l) nostettu jännite, joka on juuri sähköjärjestelmän jännitealueen ylärajan alapuolella, edellyttäen, että komparaattori (19) on mittaus-jakson aikana todennut, että paristojännite on matalampi 15 tai on mittausjakson aikana pudonnut arvoon, joka on matalampi kuin mainittu ennalta määrätty jännite, ja vastaavasti johtamaan paristoon (1) varausjännite, mikä on tarpeeksi suuri pariston ylläpitovarausta varten, jos paristojännite on havaittu korkeammaksi kuin ennalta 20 määrätty jännite.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen jännitteen-säätölaite, tunnettu siitä, että säätölaitteeseen (3) kuuluu lämpötila-anturi (25), joka on järjestetty pariston (1) yhteyteen; ja että referenssijän-25 nitelähde (22) on järjestetty lisäämään askeleittain referenssijännitteen arvoa suhteessa laskevaan pariston lämpötilaan ja laskemaan askeleittain sen arvoa suhteessa nousevaan lämpötilaan riippuen lämpötila-anturin (25) ulostulosta.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen jännitteen- säätölaite, tunnettu siitä, että säätölaitteeseen (3) kuuluu optinen ja/tai akustinen hälytyslaite (24)? että paristo (1) vast, generaattori (2) on kytketty kytkinlaitteeseen; että komparaattori (19) on järjes-35 tetty vertaamaan paristojännitettä referenssijännitteeseen? ja että, jos jännite-ero on suurempi kuin referenssijännite, hälytyslaite (24) on järjestetty il 82329 hälyttämään ja/tai vaikuttamaan automaattisesti mainittuun kytkinlaitteeseen siten, että säätölaitteen (3) mittauspiste siirtyy paristosta (1) generaattoriin (2).

12. Jonkin patenttivaatimuksista 9-11 mukainen 5 jännitteensäätölaite, tunnettu siitä, että komparaattori (19) on järjestetty vertaamaan jännite-eroa suurimpaan sallittua jännite-eroa vastaavaan jännitteeseen, ja että säätölaite (3) on järjestetty hälyttämään hälytyslaitteella (24), jos jännite-ero on yhtä 10 suuri tai ylittää mainitun jännitteen.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 9-12 mukainen jännitteensäätölaite, tunnettu siitä, että säätölaitteeseen (3) kuuluu laskuri (21), joka on järjestetty laskemaan peräkkäisten varausjaksojen luku- 15 määrä, joiden aikana varaus tapahtuu nostetulla varaus-jännitteellä, ja ohjaamaan varaussäätölaitetta (3) ylläpitovarausjännitteen johtamiseksi paristoon (1) suhteellisen pitkän aikaa sen jälkeen, kun ennaltamää-rätty määrä varausjaksoja on suoritettu. 20 i2 8 2 329