NO149300B - Batterioppvarmingssystem. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et system for oppvarming av elektriske akkumulatorbatterier under forhold med lav temperatur, og særlig et batterioppvarmingssystem omfattende minst ett akkumulatorbatteri, en vekselstrømsgenerator for tilfør-

sel av vekselstrøm til batteriet, og en drivmotor for å drive vekselstrømsgeneratoren.

Når batterier benyttes under forhold med lav temperatur, kan det være nødvendig å oppvarme deres elektrolytt. Dette kan gjøres ved at batteriene tilføres en veksel-strøm, idet batterienes indre motstand forårsaker at varme forbrukes, hvilket hever elektrolyttens temperatur. Iblant er det imidlertid nødvendig å heve batteriets temperatur over et stort område, og det er fare for overheting av batteriet dersom dettes indre motstand blir meget liten.

Dersom vekselstrømmen tilveiebringes ved hjelp av en veksel-strømsgenerator som drives av en drivmotor, såsom en kjøre-

tøy- eller bilmotor, kan likeledes oppvarmingsstrømmen bli for liten ved lave hastigheter og for stor ved høye hastigheter .

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe

et forbedret batterioppvarmingssystem hvor ovennevnte problem overvinnes eller reduseres. - For oppnåelse av ovennevnte formål er det til-veiebrakt et batterioppvarmingssystem av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det omfatter en anordning for regulering av strømmen som til-føres til det nevnte minst ene batteri, slik at strømmen holder seg på en i hovedsaken konstant verdi både over det normale driftshastighetsområde for drivmotoren og over drifts-temperaturområdet for det nevnte minst ene batteri, idet anordningen omfatter den foranstaltning at vekselstrømsgenera-torens effektive utgangsimpedans er vesentlig høyere enn det nevnte minst ene batteris maksimale indre motstand.

Ved å regulere strømmen som tilføres til batte-

riet slik at strømmen holder seg på en i hovedsaken konstant verdi over batteriets driftstemperaturområde, sikres at batteriet vil bli oppvarmet med høy hastighet når dets elektrolytt befinner seg på en lav temperatur, uten fare for overheting når elektrolyttens temperatur har steget til en verdi

ved hvilken batteriets indre motstand har falt til en lav verdi. Ved videre å regulere strømmen slik at den holder seg på en i hovedsaken konstant verdi over drivmotorens normale driftshastighetsområde, sikres at den oppvarmende strøm hverken er for lav ved lave hastigheter eller for høy ved høye hastigheter.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det føl-

gende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningen, der fig. 1-4 viser koplingsskjemae.r av kom-binerte batterioppvarmings- og batterioppladningssystemer som benytter den foreliggende oppfinnelse.

På fig. 1 er vist et kombinert batterioppvarmings-

og batterioppladningssystem 10 som omfatter en trefaset perma-nentmagnet-vekselstrømsgenerator 12 hvis utgang er koplet til den stjernekoplede primærvikling 14 i en transformator 16. Vekselstrømsgeneratorens 12 utgang kan også være koplet til

tre kondensatorer 18 som er delta- eller trekantkoplet. Transformatorens 16 sekundærvikling 19 er koplet til fe.llespunktene for tre par av seriekoplede batterier 20 og 22, 24 og 26 og 28

og 30, idet batteriparene er koplet mellom ledninger 32 og 34.

Konstruksjonen av vekselstrømsgeneratoren 12 og transformatoren 16 er slik at vekselstrømsgeneratorens effektive utgangsimpedans er en størrelsesorden høyere enn den maksimale indre batterimotstand (referert til transformatorens primærkrets).

Systemet 10 omfatter også en andre trefaset veksel-strømsgenerator 36 hvis utgang er koplet via en likeretter 38 med seks dioder 40. Likeretteren 38 mater positive og negative ledninger 42 og 44 som er koplet til henholdsvis ledningene 32 og 34 for oppladning av batteriene. En spenningsregulator 46 er også koplet over ledningene 42 og .44 og er koplet til vekselstrømsgeneratoren 36 via ledningene 48 og 50.

Begge vekselstrømsgeneratorer 12 og 36 drives

ved hjelp av en felles drivaksel 52 som drives av en drivmotor med variabel hastighet i form av en forbrenningsmotor 53.

Den høye effektive utgangsimpedans for veksel-strømsgeneratoren sikrer at oppvarmingsstrømmen ikke varierer . vesentlig med variasjoner i den indre motstand for batteriet eller batteriene når sistnevnte temperatur endres. Kondensatorene 18 (dersom disse er anordnet) har verdier som er valgt slik at vekselstrømsgeneratorens 12 effektfaktor økes i overensstemmelse med at vekselstrømmen som tilføres av vekselstrømsgeneratoren 12 til batteriene 20, 22, 24, 26, 28 og 30, holder seg på en i hovedsaken konstant verdi over driftshastighetsområdet for forbrenningsmotoren 53.

Under drift, når systemet 10 benyttes til å . opplade batteriene når deres elektrolytter har en innledningsvis lav temperatur, vil batterienes indre motstand innledningsvis ligge på en høy verdi og derved hindre vekselstrøms-generatoren 36 i å tilveiebringe en høy ladestrøm for batteriene. Da imidlertid vekselstrømsgeneratoren 12 tilveiebringer en oppvarmende vekselstrøm til batteriene, vil deres elektrolytt bli utsatt for en høy oppvarmingshastighet og vil raskt nå en temperatur ved hvilken deres indre motstand har falt til en verdi ved hvilken oppladning med høy strøm kan finne sted. På grunn av at kapasitetsverdiene for kondensatorene 18 er valgt slik at vekselstrømmen er i hovedsaken konstant over driftshastighetsområdet for forbrenningsmotoren 53, er det ingen fare for at oppvarmingshastigheten vil være utilstrekkelig ved lave hastigheter og for høy ved høye hastigheter. Selv om den indre motstand for batteriene syn-ker etter hvert som temperaturen på deres elektrolytt stiger, vil videre vekselstrømmen hindres fra å nå en for stor verdi på grunn av den høye induktans av viklingene i permanentmag-net-vekselstrømsgeneratoren sammen med kondensatorene 18.

Det skal bemerkes at da transformatorens 16 sekundærvikling 19 er koplet til midtpunktene for batteriparene, passerer ikke den oppladende likestrøm gjennom sekun-dærviklingen, og det er således ingen fare for at transformatorens 16 kjerne skal bli mettet av likestrømmen.

Idet det nå henvises til fig. 2, er det der vist et annet kombinert oppvarmings- og oppladningssystem 54

som omfatter en énfaset permanentmagnetgenerator 56 hvis utgang er koplet til primærviklingen 58 i en transformator 60. En kondensator 6 2 er også koplet over vekselstrømsgene-ratorens 56 utgang. Den ene ende av transformatorens sekun-

dærvikling 63 er koplet til midtpunktet for to seriekoplede kondensatorer 6 4 og 65-, 'og sekundærviklingens andre ende er koplet til midtpunktet for to seriekoplede batterier 66 og 68. Kondensatorparene og batteriparene er parallellkoplet mellom ledninger 70 og 72.

Systemét 54 inneholder videre eh andre veksel-strømsgenerator 74 hvis utgang er koplet via eh likeretter 76 for å tilføre likestrøm til ledninger 78 og 80, idet disse ledninger er koplet til henholdsvis ledningene 70 og 72 for å opplade batteriene 66 og 68. En spenningsregulator 82 er også koplet over ledningene 78 og 80 og er koplet via ledninger 84 og 86 til vekselstrømsgeneratoren 74.

Begge vekselstrømsgeneratorer 56 og 74 drives fra en felles aTcsel 88 som på sin side drives av en forbrenningsmotor 89.

Verdien av kondensatoren 62 er valgt slik at den øker vekselstrømsgeneratorens 56 effektfaktor og slik at vekselstrømsgeneratoren 56 tilveiebringer en i hovedsaken konstant vekselstrøm over arbeids- eller driftshastighetsområdet for forbrenningsmotoren 89.

Virkemåten for systemet 54 er generelt lik virkemåten for systemet 10 som er vist på fig. 1, idet veksel-strømsgeneratoren 56 tilfører en vekselstrøm til batteriene 66 og 68 for å varme opp elektrolytten ved lave temperaturer, og vekselstrømsgeneratoren 74 tilveiebringer en ladestrøm.

Kondensatorene 64 og 65 hindrer at oppladnings-likestrømmen flyter inn i transformatorens sekundærvikling 63 og unngår dermed metning av transformatorens 60 kjerne.

På fig. 3 er vist et kombinert batterioppvarmings-og batterioppladningssystem 110 som omfatter en' trefaset permanentmagnet-vekselstrømsgeneratdr 112 hvis utgang er koplet til den stjernekoplede primærvikling 114 i en tre-fasetransformator.116. Vekselstrømsgeneratorens 112 utgang er også koplet til trekantkoplede kondensatorer 118. Transformatorens 116 sekundærviklinger 120 er koplet via batterier 122 til en ledning 124, og sekundærviklingenes 120 stjernepunkt 126 og ledningen 124 er koplet til respektive av to likestrømsklemmer 128, 130.

Systemet 110 omfatter også en andre trefase-vekselstrømsgenerator 132 hvis utgang er koplet via en likeretter 134 med dioder 136 til positive og negative ledninger 138 og 140 som på sin side er koplet til respektivé av like-strømsklemmene 128 og 130. En spenningsregulator 142 er også koplet over ledningene 138, 140 og er koplet til en feitvik-ling i vekselstrømsgeneratoren 132 via ledninger 144, 146 for å regulere strømmen i den nevnte féltvikling slik at det opprettholdes en konstant spenning over ledningene 138, 140. Begge vekselstrømsgeneratorer 112 og 132 drives fra en felles drivaksel 148 ved hjelp av en forbrenningsmotor 149.

Verdiene av kondensatorene 118 er valgt slik at de øker vekselstrømsgeneratorens 112 effektfaktor og slik at vekselstrømmen holder seg i hovedsaken konstant over driftshastighetsområdet for motoren 149.

Virkemåten for systemet 110 er generelt lik virkemåten for systemet 10 som er vist på fig. 1, idet veksel-strømsgeneratoren 112 tilveiebringer en oppvarmings-veksel-strøm og vekselstrømsgeneratoren 132 tilveiebringer en opp-ladnings-likestrøm.

Idet det nå henvises til fig. 4, er det der vist en kombinert batterioppvarmings- og batterioppladningskrets 200 som omfatter en trefaset vekselstrømsgenerator 212 hvis utgang er koplet til den stjérnekoplede primærvikling

214 i en transformator 216. Transformatorens 216 sekundærviklinger er koplet via batterier 220 til en ledning 222,

og sekundærviklingenes 218 stjernepunkt og ledningen 222

er koplet til respektive av to likestrømsklemmer 224, 226.

En trefaset, strømavfølende transformator 228 er anordnet på utgangsledningene fra vekselstrømsgeneratoren 212, og denne tilveiebringer et inngangssignal til en strøm-regulator 230. Strømregulatoren 230 er via ledninger 232 og 234 koplet til en féltvikling i vekselstrømsgeneratoren 212 og styrer strømmen i den nevnte féltvikling slik at utgangs-vekselstrømmen fra vekselstrømsgeneratoren 212 holdes på

en i hovedsaken konstant verdi på tross av variasjoner i den indre motstand for batteriene 120, eller i drivhastigheten.

Systemet 200 omfatter videre en andre trefaset vekselstrømsgenerator 236 som er koplet via en likeretter 238 med dioder 240 for å tilføre en oppladende likestrøm til ledninger 242, 244 som er koplet til respektive av klemmene 224, 226. En spenningsregulator 246 er også koplet over ledningene 242, 244 og styrer strømmen i en féltvikling i vekselstrømsgeneratoren 236 via ledninger 248, 250, slik at en konstant spenning opprettholdes over ledningene 242, 244.

Begge vekselstrømsgeneratorer 212 og 236 drives fra en felles drivaksel 252 som drives av en forbrenningsmotor 253 med variabel hastighet.

Under drift tilveiebringer vekselstrømsgenera-toren 212 en strøm for oppvarming av elektrolytten i batteriene 220, og vekselstrømsgeneratoren 2 36 tilveiebringer en oppladningsstrøm.

Når systemet 200 benyttes til å oppvarme og opplade batterier som i begynnelsen har en lav temperatur, vil oppvarmingshastigheten i begynnelsen være høy og oppladningshastigheten vil være lav på grunn av den forholdsvis høye indre motstand for batteriene. Etter hvert som elektrolytt-temperaturen deretter stiger, vil oppvarmingshastigheten synke med fallende indre motstand, og oppladningshastigheten vil. stige.

Da videre vekselstrømsgeneratoren 212 tilveiebringer en oppvarmende vekselstrøm som er konstant og uav-hengig av motorens 253 hastighet, er det ikke fare for at hastigheten for oppvarming av elektrolytten vil være utilstrekkelig ved lave motorhastigheter og for høy ved høye motorhastigheter.

I systemet 110 på fig. 3 og systemet 200 på fig.

4 er transformatorenes 116, 216 sekundærviklinger 120, 218 viklet på en tregrenet kjerne, og selv om den oppladende like-strøm flyter gjennom grenenes viklinger, vil det ikke forår-sakes noen resulterende magnetisering på grunn av likestrømmen dersom strømmene i de tre faser er balansert, da den magneto-motoriske kraftkomponent på grunn av likestrømmen i de tre grener også vil være balansert. Det er følgelig ingen fare for at kjernen skal bli mettet av likestrømmen. Videre vil det ikke være noen vesentlig vekselspenningskomponent på likestrømsutgangsklemmene 128, 130 eller 224, 226.

Selv om begge vekselstrømsgeneratorer i hvert av de foran beskrevne systemer drives av en felles motor, vil det innses at vekselstrømsgeneratorene også kan drives av separate motorer. Selv om et oppvarmingssystem i hvert system er vist kombinert med et oppladningssystem, vil det videre innses at oppvarmingssystemet også kan benyttes for seg selv, for eksempel for å oppvarme elektrolytten i allerede opp-ladede batterier som er nødvendige som kraftkilde.

Claims (7)

1. Batterioppvarmingssystem omfattende minst ,ett akkumulatorbatteri, en vekselstrømsgenerator for tilførsel av vekselstrøm til batteriet, og en drivmotor for å drive vek-selstrømsgeneratoren, karakterisert ved at det omfatter en anordning, for regulering av.strømmen som tilføres til det nevnte minst ene batteri (20, 22, 24, 26, 28, 30; 66, 68; 122; 220), slik at strømmen holder seg på en i hovedsaken konstant verdi både over det normale driftshastighetsområde for drivmotoren (53; 89; 149; 253) og over drifts-temperaturområdet for det nevnte minst ene batteri, idet anordningen omfatter den foranstaltning at vekselstrømsgene-ratorens (12; 56; 112; 212) effektive utgangsimpedans er vesentlig høyere enn det nevnte minst ene batteris maksimale indre motstand.
2. 2. Batterioppvarmingssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at reguleringsanordningen omfatter en anordning (228) for avføling av strømmen som til-føres til batteriet, og en strzSmregulator (230) som reagerer på den strømavfølende anordning (228) for å opprettholde vekselstrømmen på en i hovedsaken konstant verdi og å tilveiebringe den nevnte høye effektive utgangsimpedans.
3. 3. Batterioppvarmingssystem ifølge krav 2, karakterisert ved at vekselstrømsgeneratoren (212) har en féltvikling og at strømregulatoren (230) styrer strøm-men i feltviklingen.
4. 4. Batterioppvarmingssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at vekselstrømsgeneratoren (12; 56; 112) er én permanentmagnetvekselstrømsgenerator.
5. 5. Batterioppvarmingssystem ifølge krav 4, karakterisert ved at en kondensator eller kondensatorer (18; 62; 118) er koplet over vekselstrømsgeneratorens (12; 56; 112) utgang.
6. 6. Batterioppvarmingssystem ifølge ett av de fore-gående krav, karakterisert ved at det omfatter en transformator (16; 60; 116; 216) med en primærvikling som er koplet til vekselstrømsgeneratorens utgang, og en sekundærvikling som er koplet til batteriet eller batteriene .
7. 7. Batterioppvarmingssystem ifølge krav 6, karakterisert ved at vekselstrømsgeneratoren er en flerfaset vekselstrømsgenerator (149), at transformatoren er en flerfaset transformator (116) og at transformatorens sekundærviklinger (120) er stjernekoplet til den ene (128) av to likéstrømsklemmer og sekundærviklingenes ender via respektive batterier (122) er koplet til den andre likestrømsklemme (130).