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Verfahren zur Zu-und Abschaltung von Teilen einer Batterie
Wird ein Elektromotor durch eine Batterie gespeist, so kann beim Anlassen des Motors dadurch viel an Energie erspart werden, dass man an Stelle von Anlasswiderständen einen Zellenschalter verwendet, um damit die dem Motor zugeführte Spannung verlustlos zu verändern. Die Ersparnis an Energie ist um so grösser, je grösser das vom Motor geforderte Anzugsmoment ist und je häufiger er angelassen werden muss (Elektrofahrzeuge). Durch die mit dem Zellenschalter vorgenommene Zu-und Abschaltung einzelner Zellen oder Zellengruppen wird die Battenespannung der jeweils erforderlichen Motorspannung angepasst, so dass die Zwischenschaltung von Widerständen überflüssig wird und damit auch die Anlassverluste auf ein Mindestmass verringert werden.
Den gleichen Vorteil bietet die Verwendung eines Zellenschalters, um die Drehzahl eines Motors durch Veränderung der zugeführten
Spannung zu regeln, wobei hier der Fortfall von Widerständen ausser der Energieersparnis auch noch eine Erhöhung der Stabilität der ge- regelten Drehzahl ergibt.
Ausser bei Motoren ist die Spannungsregelung mittels Zellenschalters auch bei allen andern batteriegespeisten Verbrauchern, die eine solche
Regelung erfordern, hinsichtlich Wirtschaftlichkeit
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überhaupt nicht durchführbar ist und daher die Anwendbarkeit dieses Schaltverfahrens bedeutend vermindert. Beispielsweise kommt dieses Verfahren aus den vorstehenden Gründen für batteriegespeiste Elektrofahrzeuge praktisch überhaupt nicht in Betracht, obwohl die eingangs geschilderten Vorteile, sowie die Möglichkeit, bis zu den niedersten Geschwindigkeiten herab mit Energierückgewinnung zu bremsen, gerade hier von besonderer Bedeutung sind.
Erfindungsgemäss wird nun die ungleichmässige Belastung durch ein Verfahren vermieden, bei dem z. B. mit Hilfe zweier Zellenschalter die Anschlüsse der beiden abgehenden Batterieleitungen an die Batterie im Zuge der einzelnen
Schaltvorgänge derart verändert werden, dass jede
Zelle bzw. Zellengruppe in bezug auf diese Anschlüsse alle Lagen des Schaltplanes und damit alle Belastungsfälle durchläuft.
Jede Zelle bzw.
Zellengruppe übernimmt also abwechselnd die
Funktion des hinsichtlich Grösse oder Dauer bzw. hinsichtlich Grösse und Dauer des Stromes am stärksten, zweitstärksten, drittstärksten, bis schliesslich schwächsten belasteten Batterieteiles, so dass nach einer gewissen Zahl von Schalt- vorgängen alle Zellen praktisch der gleichen
Gesamtbelastung unterworfen worden sind.
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Stromunterbrechungen und anderseits Kurz- schlüsse bei Betätigung des Schalters zu vermeiden.
Die Schaltfolge, d. h. das Schema der Schalthebelstellungen für die aufeinanderfolgenden Schaltvorgänge I-VIII ist aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich, wobei angenommen ist, dass bei edem Schaltvorgang die abgegriffene Batteriespannung von Null bis zum Höchstwert 4 U und wieder zurück bis Null geregelt werden soll.
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<tb>
<tb>
Zum <SEP> Abgriff <SEP> der <SEP> Spannung <SEP> :
<tb> 0 <SEP> U <SEP> 2U <SEP> 3U <SEP> 4U <SEP> 3U <SEP> 2U <SEP> U <SEP> 0
<tb> steigend <SEP> fallend
<tb> bei <SEP> liegt
<tb> Schalt-Schalt-an <SEP> Kontakt
<tb> vorgang <SEP> hebel
<tb> H <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb> . <SEP> I
<tb> H' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 2'
<tb> H <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb> II
<tb> H' <SEP> 2' <SEP> 2' <SEP> 2' <SEP> 2' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 2' <SEP> 3'
<tb> H <SEP> 345 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 444 <SEP> 4
<tb> HI
<tb> H'3'3'3'2'l'l'2'3'4'
<tb> H <SEP> H <SEP> 455 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 555
<tb> IV----------. <SEP>
<tb>
H'4'4'3'2'I'2'3'4'5'
<tb> H <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 554
<tb> V
<tb> H' <SEP> 5' <SEP> 4' <SEP> 3' <SEP> 2' <SEP> 1' <SEP> 2' <SEP> 3' <SEP> 4' <SEP> 4'
<tb> H <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 543
<tb> VI
<tb> H'4'3'2'l'1'2'3'3'3'
<tb> H <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2
<tb> VII
<tb> H'3'2'I'l'l'2'2'2'2'
<tb> H <SEP> 223 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> I
<tb> VIII
<tb> H' <SEP> 2' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1'
<tb> H <SEP> 123 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 322
<tb> rv <SEP> i
<tb> H' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 1' <SEP> 2'
<tb>
Der Schaltvorgang IX ist mit dem Schaltvorgang I identisch, bei weiteren Schaltvorgängen wird also wieder das Schema von II an durchlaufen.
Bei dem hier gezeigten Beispiel hat bereits nach vier Schaltvorgängen (z. B. I-IV) jeder der vier Batterieteile sowohl hinsichtlich der Zu-als auch hinsichtlich der AbschaltungsReihenfolge jede Stellung eingenommen. Um eine genügende Übersicht zu geben, werden jedoch in der Tabelle alle Schaltvorgänge/-V/II, von denen sich je zwei nur formal unterscheiden (z. B. IV und V oder II und VII), dargestellt'.
Es ist im allgemeinen z. B. bei Anwendung des Verfahrens auf den Betrieb von batteriegespeisten Elektrofahrzeugen nicht anzunehmen, dass beim einmaligen Durchlaufen des Schaltzyklusses eine gleiche Belastung aller Batterieteile erzielt wird, da die Anfahrwiderstände jeweils verschieden sind (Steigungsverhältnisse, Wagenbelastung u. dgl. ). Bei öfterer Wieder- holung der Schaltungen wird jedoch ein Ausgleich eintreten, der eine gleichmässige Belastung aller Batterieteile gewährleistet.
Vorstehende Beschreibung soll nur schematisch die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens erläutern, ohne auf die Einzelheiten der die Schaltvorgänge bewirkenden Geräte einzugehen. Die Einhaltung der erforderlichen Schaltfolge, wie sie vorstehend für ein Beispiel dargestellt ist, kann entweder durch ein entsprechendes Bedienungsschema der an sich frei zu betätigenden Schaltgeräte oder durch eine zum Teil oder zur Gänze selbsttätige gesetzmässige Steuerung derselben erzielt werden.
In sitingleicher Weise ist das erfindungsgemässe Schaltverfahren anwendbar, um beim Laden einer Batterie einzelne Zellen oder Zellengruppen hinsichtlich Ladestrom bzw. Ladedauer verschieden aufzuladen. Die leichte Möglichkeit, beim Laden beliebige Batterieteile herauszugreifen, gibt ferner den besonderen Vorteil, ohne Her- stellung besonderer Ladeanschlüsse Batterien von einer Stromquelle, deren Spannung kleiner als die gesamte Batteriespannung ist, aufladen zu konnen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Zu-und Abschaltung von Teilen einer Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leiter der Verbraucher-bzw. Speiseleitung in gesetzmässiger Folge von Hand aus bzw. zum Teil oder zur Gänze selbsttätig derart an die Pole jeder Zelle bzw. Zellengruppe der Batterie geschaltet wird, dass mit Ablauf einer Reihenfolge von (vorzugsweise durch zyklische Vertauschung der Zellen bzw. Zellengruppen sich ergebenden) Schaltvorgingen jede dieser Zellen bzw. Zellengruppen im gleichen Masse belastet bzw. geladen wird.
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Method for connecting and disconnecting parts of a battery
If an electric motor is fed by a battery, a lot of energy can be saved when the motor is started by using a cell switch instead of starting resistors in order to change the voltage supplied to the motor without loss. The energy savings are greater, the greater the torque required by the motor and the more frequently it has to be started (electric vehicles). By switching individual cells or cell groups on and off with the cell switch, the battery voltage is adapted to the respectively required motor voltage, so that the interconnection of resistors is superfluous and the starting losses are reduced to a minimum.
The same advantage is offered by using a cell switch to control the speed of a motor by changing the supplied
To regulate the voltage, whereby the elimination of resistors results in an increase in the stability of the regulated speed in addition to the energy saving.
With the exception of motors, voltage regulation by means of cell switches is also available for all other battery-powered consumers
Require regulation in terms of economy
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cannot be carried out at all and therefore significantly reduces the applicability of this switching method. For example, for the reasons given above, this method is practically not considered at all for battery-powered electric vehicles, although the advantages outlined at the beginning, as well as the possibility of braking down to the lowest speeds with energy recovery, are of particular importance here.
According to the invention, the uneven load is now avoided by a method in which z. B. with the help of two cell switches the connections of the two outgoing battery lines to the battery in the course of the individual
Switching operations are changed in such a way that each
Cell or group of cells with respect to these connections runs through all layers of the circuit diagram and thus all load cases.
Each cell or
The group of cells alternately takes over the
Function of the battery part with the highest, second highest, third highest, and finally lowest load in terms of size or duration or with respect to size and duration of the current, so that after a certain number of switching processes all cells are practically the same
Total exposure have been subjected.
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Avoid power interruptions and, on the other hand, short circuits when the switch is operated.
The switching sequence, d. H. The diagram of the shift lever positions for the successive shifts I-VIII can be seen in the table below, whereby it is assumed that with each shift the tapped battery voltage should be regulated from zero to the maximum value 4 U and back to zero again.
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<tb>
<tb>
To the <SEP> tap <SEP> of the <SEP> voltage <SEP>:
<tb> 0 <SEP> U <SEP> 2U <SEP> 3U <SEP> 4U <SEP> 3U <SEP> 2U <SEP> U <SEP> 0
<tb> rising <SEP> falling
<tb> is at <SEP>
<tb> switch-switch-on <SEP> contact
<tb> operation <SEP> lever
<tb> H <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 2
<tb>. <SEP> I
<tb> H '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 2'
<tb> H <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb> II
<tb> H '<SEP> 2' <SEP> 2 '<SEP> 2' <SEP> 2 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 2 '<SEP> 3'
<tb> H <SEP> 345 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 444 <SEP> 4
<tb> HI
<tb> H'3'3'3'2'l'l'2'3'4 '
<tb> H <SEP> H <SEP> 455 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 555
<tb> IV ----------. <SEP>
<tb>
H'4'4'3'2'I'2'3'4'5 '
<tb> H <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 554
<tb> V
<tb> H '<SEP> 5' <SEP> 4 '<SEP> 3' <SEP> 2 '<SEP> 1' <SEP> 2 '<SEP> 3' <SEP> 4 '<SEP> 4'
<tb> H <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 543
<tb> VI
<tb> H'4'3'2'l'1'2'3'3'3 '
<tb> H <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2
<tb> VII
<tb> H'3'2'I'l'l'2'2'2'2 '
<tb> H <SEP> 223 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> I
<tb> VIII
<tb> H '<SEP> 2' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1'
<tb> H <SEP> 123 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 4 <SEP> 322
<tb> rv <SEP> i
<tb> H '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 1' <SEP> 1 '<SEP> 2'
<tb>
The shifting process IX is identical to the shifting process I, so for further shifting processes the scheme from II is run through again.
In the example shown here, after four switching operations (e.g. I-IV), each of the four battery parts has assumed every position both with regard to the sequence of connection and disconnection. In order to provide a sufficient overview, however, all switching operations / -V / II are shown in the table, of which two only differ formally (e.g. IV and V or II and VII).
It is generally z. B. when applying the method to the operation of battery-powered electric vehicles, it cannot be assumed that the same load on all battery parts is achieved when the switching cycle is run through once, since the starting resistances are different in each case (gradient conditions, vehicle load, etc.). If the switching operations are repeated more often, however, a compensation will occur which ensures an even load on all battery parts.
The above description is intended to explain the mode of operation of the method according to the invention only schematically, without going into the details of the devices causing the switching processes. Compliance with the required switching sequence, as shown above for an example, can be achieved either through a corresponding operating diagram of the switching devices that can be operated freely or through a partially or fully automatic, statutory control of the same.
The switching method according to the invention can be used in the same manner in order to charge individual cells or cell groups differently with regard to charging current or charging time when charging a battery. The easy possibility of picking out any battery parts when charging also gives the particular advantage of being able to charge batteries from a power source whose voltage is less than the total battery voltage without having to create special charging connections.
PATENT CLAIMS:
1. A method for connecting and disconnecting parts of a battery, characterized in that each conductor of the consumer or. The feed line is switched manually or partly or fully automatically to the poles of each cell or cell group of the battery in a legal sequence in such a way that each switching process (preferably resulting from cyclical interchanging of cells or cell groups) takes place of these cells or cell groups is loaded or charged to the same extent.