SE439405B - Metod for laddning av ett elektriskt ackumulatorbatteri medelst solpaneler som innehaller solceller, samt anordning for laddning enligt metoden - Google Patents

Description

8008899-0 10 15 20 25 30 35 2 mätstationer, navigationshjälpmedel och annan off-shore- utrustning, brandskyddsanordningar och brandalarm, katodskydd, elektriska stängsel m m." Solenergianordningar kan förväntas arbeta vid extrema temperaturer både höga och låga sådana. Trots detta måste anläggningen vara så funktionssäker att underhållsintervallen uppgår till ett år eller mera.

Ett stort problem_är att batteriet kan bli utsatt 'för kraftig överladdning när det når sitt fulladdade tillstånd med maximal polspänning. Laddningsströmmen åstadkommer då en sönderdelning av vatten i elektrolyten, vilket medför att vatten bortföres. Särskilt i varma trakter är detta ett problem enär temperaturen normalt är så hög att en viss avdunstning inträffar. Det är därför nödvändigt att reglera laddningsspänningen så, att endast obetydlig överladdning sker vid batteriets maximala polspänning. Stora krav ställs härvid på ladd- ningsregulatorns driftsäkerhet och livslängd.

Uppfinningen har till ändamål att åstadkomma snabb laddning av batterier medelst stora strömstyrkor sam- tidigt som risken för vattenförluster och driftstör- ningar är minimal så att lânga serviceintervaller uppnås* varjämte den uppfunna metoden och den uppfunna anord- ningen åstadkommas till en förbluffande låg kostnad.

Samtidigt som enligt uppfinningen stora ström- styrkor kan åstadkommas vid laddning kan även mycket små strömstyrkor användas, särskilt när batteriet ut- göres av nickelkadmiumceller, ' Detta åstadkommas därigenom, att man laddar batteriet medelst två eller flera, i parallellkopplade laddnings- grenar ingående solpaneler av i huvudsak samma effekt, varvid en eller flera dioder kopplas i serie mellan minst en av solpanelerna och batteriet, så att minst en laddningsgren tillåtes ladda ackumulatorbatteriet till en högre spänning än den eller de övriga laddnings- gfeflârflâ. .

'" 'W-c' 10 15 20 25 30 35 3008899-0 3 Härigenom erhålles en stor strömstyrka vid början av laddningen och en låg strömstyrka vid laddningens slut, vilket inte åstadkommer någon nämnvärd sönderdelning av vatten. K Man kan även ladda batteriet genom att endast den eller de laddningsgrenar, som laddar till den högsta spänningen, tillâtes ge ström till ackumulatorbatteriet vid underhållsladdning, när ackumulatorbatteriet är ful laddat.

När batteriet är delvis urladdat, eller då det är belastat, kan flera av laddningsgrenarna tillåtas ge ström till ackumulatorbatteriet.

Den uppfunna metoden genomföres lämpligen medelst en särskild anordning för laddning av ett elektriskt ackumulatorbatteri medelst solceller innehållande solpaneler med parallellt anordnade, minst en solcellspanel omfattande laddningsgrenar, vilka laddningsgrenar innehåller solcellspaneler av i huvudsak samma effekt, samt en eller flera dioder, kopplade i serie mellan solpanelerna och batteriet, varvid laddningsgrenarna är anordnade att avge laddningsström till olika spänningar, och minst en spänning tíllåtes bli högre än den eller de övriga.

Enligt ett utförande av uppfinningen är den ladd- ningsgren, som är anordnad att avge den högsta spänningen, anordnad att avge en spänning, som är något högre än det fulladdade ackumulatorbatteriets spänning.

Enligt ett annat utförande är samtliga laddnings- grenar anordnade att avge successivt högre spänningar.

Vid andra utföranden av uppfinningen kan man anordna en omkopplare för inkoppling av en eller flera dioder i serie mellan en eller flera paneler och batteriet eller en styranordning för varje omkopplare för auto- matisk inkoppling av dioderna i beroende av batteriets laddningsspänning.

Med en anordning enligt uppfinningen kan vattenför- lusten i batteriet inskränkas till ett minimum. Som 8008899-0 10 15 20 25 30 35 4 exempel kan nämnas att 8 timmars solstrálning per dag, vilket kan anses som ett normalt maximum, vid en viss kapacitet på solpanelen motsvarar ca 1460 Ah överladdning per år och en motsvarande vattenförlust på 487 ml.

Ett standard nickel-kadmiumbatteri på 200-Ah kan ha en elektrolytreserv på 700 ml. Därför kan under svåra förhållanden ett sådant batteri användas mer än 1,5 år utan påfyllning. _ _ Uppfinningen skall närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar där I I _ -fig. 1 visar en konventionell solenergigenerator, fig. 2 visar sambandet mellan en solcellspanels _spänning och ström vid konstant instrålning av solenergi, fig. 3 visar erforderlig laddningsspänning för laddning av ett batteri, fig. 4 visar en anordning enligt uppfinningen, fig. 5 cvisar ett alternativt utförande av uppfinningen.

I fig. l betecknas med l en solpanel med solceller, 2 är en eventuell laddningsregulator och 3 är en spärr- diod. Med 4 betecknas batteriet och med 5 den av batteriet och solcellspanelen drivna belastningen eller anordningen. _ Fig. 2 visar den elektriska karakteristikan för sambandet mellan den spänning U och den ström I, som avges av en solcellspanel vid konstant solinstrålning.

Figuren visar successiva spänningar V1 - V4 och sam- -hörande strömvärden Il - I4. Den maximala effekten Pna erhålles i en punkt där kurvan börjar luta nedat u A och Illa X Vmax . Det är givetvis önskvärt att solcellerna arbetar med den maximala effekten P och motsvarande ström- och spänningsvärden är I Detta kan uppnås genom serie- och parallellkopplingašå lämpligt sätt av enskilda solcellelement.

Fíg. 3 visar batteriets 4 laddningsspänning U som funktion av laddningstiden T. Vid helt eller delvis urladdat tillstånd är spänningen låg för att vid slutet av laddningen stiga upp till batteriets maximala pol- 10 15 20 25 30 35 _8Û08899.-0 S spänning. Vid slutet av laddningen stiger laddnings- spänningen brant för att sedan plana ut.

För att på bästa sätt utnyttja solcellernas effekt, bör antalet celler i det ackumulatorbatteri, som skall laddas, väljas så, att batteriets laddningsspänning X. Om antalet celler i batteriet väljes så, att spänningen vid början av laddningen hos ett urladdat batteri blir Vmax,.kommer strömmen att falla blir ungefär Vma kraftigt under laddningens gång, varvid solcellernas energi utnyttjas dåligt och laddningen på batteriet blir ofullständig. Om.à andra sidan antalet celler uppnås först vid slutet av laddningen, att tillföras väljes så, att Vàäx kommer i stort-sett hela strömmen Imàx batteriet för underhållsladdning, varvid Vattenförbruk- ningen blir besvärande. I Fig. 4 visar en utföringsform av uppfinningen.

För att ladda batteriet på relativt kort tid utan att få oacceptabel vattenförbrukning är i den visade sol- energigeneratorn fyra lika standardsolcellspaneler ll, 12, l3 och 14 kopplade parallellt mellan tvâ utgående ledare 15 och 25. I det visade exemplet är i panelens ll utgående ledning tre stycken standarddioder 21 seriekopp- lade efter varandra.

.So1cellspanelen 12 har i sin utgående ledning två standarddioder 22, panelen 13 har en diod 23 och panelen 14 är direkt kopplad till batteriet.

Som tidigare nämnts väljes antalet celler i batteriet så, att batterispänningen vid fulladdning blir nära V , se fig. 2. Om batteriet ej är fulladdat, kommer ITIêX dess spänning att ligga så lågt, under Vm i fig. 2, att samtliga paneler lämnar i stort sett lika stora strömmar, varigenom den totala laddningsströmmen till batteriet blir hög.

Dä batteriet närmar sig fulladdning, närmar sig batterispänningen Vm se fig. 3. Panelen 14 kommer ax' då att ladda batteriet med nära optimal effekt enligt fig. 2. Panelen 13 har en diod 23 kopplad i serie med ø-v-v- 10 is 20 25 'sonss99-0 6 'batteriet{'Spänningsfallet över dioden gör då att spänningen V3 blir högre änl/4,_varvid, enligt fig. 2, den av panelen avgivna strömmen I3 blir lägre än I4. På motsvarande sätt_blir strömmarna från panelerna 12 och ll ytterligare reducerade.

Detta innebär att panelerna lämnar en làg underhålls- ström, som bibehåller batteriets 16 laddning och kompen- pserar den sjävurladdning, som normalt förekommer i batteriet.

Man får således en automatisk strömbegränsníng vid högre laddningsspänníng på batteriet. L Fig. 5 visar ett alternativt utförande av ledningen med seriekoppling av solcellspanelen ll och dioderna 21.

Medelst en omkopplare 30 kan godtyckligt antal av dioder- na Zla, 2lb och 2lc kopplas i serie eller också helt förbikopplas. I fig. 5 betecknar 30 en omkopplare med en arm 31 och fyra kontakter 32, 33, 34 och 35. I figuren står armen 31 i förbindelse med kontakten 33 vilket medför att dioderna :la och 21b är förbikopplade. Endast ídioden Zlc genomflytes av ström från panelen ll. När armen 31 är i förbindelse med kontakten 32 är samtliga dioder 2la-2lc ur funktion; när den är i förbindelse med kontakterna 34 och 35 är díoderna 21b och 2lc respek- tive 2la, 2lb och 2lc inkopplade.

I fig. 5 är med streokade linjer antydd en styrnings- anordning 33, som styr omkopplaren 30 i beroende av batte- riets laddningsspänning, Fackmannen kan åstadkomma andra förfaranden och anordningar inom ramen för efterföljande patentkrav. fe

Claims (8)

1. 0 15 20 25 30 80208899-0 BATENTKRAV l. Metod för laddning av ett elektriskt ackumulator- batteri medelst solpaneler som innehåller solceller, k ä n n e t e c k n a d av, att man laddar batteriet (16) medelst två eller flera, i parallellkopplade laddningsgrenar ingående solpaneler (ll-14) av i huvudsak_samma effekt, var- vid en eller flera dioder kopplas i serie mellan minst en av solpanelerna och batteriet, så att minst en laddningsgren tillåtes ladda ackumulatorbatteriet till högre spänning än den eller de övriga laddningsgrenarna.

2. Metod enligt krav l, att endast den (l4-24) eller de láddningsgrenar, som laddar Kk ä n n e t e c k n a d av, med den högsta spänningen, tillåtes ge ström till ackumula- torbatteriet (16) vid underhållsladdning, när ackumulator- batteriet är fulladdat. _

3. Metod enligt krav l, k ä n n n e t e c k n a d av, att flera av laddningsgrenarna tillåtes ge ström till ackumulatorbatteriet, när detta är delvis urladdat.

4. Metod enligt krav l,_ k ädn n e t e c k n a d av, att solpanelerna ger ström till ackumulatorbatteriet, när detta är belastat. I

5. Anordning för laddning av ett elektriskt ackumula- torbatteri (16) medelst solceller innehållande solpaneler (ll-14) enligt krav l, parallellt anordnade, minst en solcellspanel omfattande laddningsgrenar (ll-21, 12-22, l3-23, 14-24), vilka ladd- ningsgrenar innehåller solcellspaneler (ll-14) av i huvudsak k ä n n e t e c k n a d _ av samma effekt, samt en eller flera dioder (21-23), kopplade i serie mellan solpanelerna (ll-14) och batteriet (l6) var- vid laddningsgrenarna är anordnade att avge laddningsström till olika spänningar och minst en spänning tillåtes bli högre än den eller de övriga.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av, att den laddningsgren (14-24), som är anordnad att avge den högsta spänningen, är anordnad att avge en spänning, som inne POOR QUALITY 8008899-0 l0f 8 är något högre än det fulladdade ackumülatorbatteriets (16) spänning._

7. Anordning enligt något eller några av kraven 5 - 6, k ä n n e t e c k n a d_ av, att samtliga laddningsgrenar ,är anordnade att avge successivt högre spänningar.

8. Anordning enligt krav 5,_ k ä n n e t e c k n a d av en i en laddningsgren (ll, 2la, 2lb,-2lc) anordnad om- kopplare (30l, för inkoppling av en eller flera dioder (21a, Zlb, Zlc) i serie mellan en solpanel (ll) och batteriet (16, fig; 5). _ _ 9; Anordningfenligt krav 8,, klä n n e t e c k n a d av en för varje omkopplare (30l anordnad styrningsanordning (39) för automatisk inkoppling av dioderna i beroende av batteriets laddningsspänningf w