DK153187B - Apparat til styring af stroemafgivelsen fra et elektrisk batteri - Google Patents

Description

i

DK 153187 B

o

Opfindelsen angår et apprat til styring af strøm-afgivelsen fra et elektrisk batteri, hvilket apparat er af den i krav l's indledning angivne art.

Der kendes apparater til styring af strømafgivel-5 sen fra et elektrisk batteri, f.eks. et traktionsbatteri i et elektrisk køretøj, hvori der med henblik på at beskytte batteriet imod for kraftig afladning sker en formindskelse af den maksimale strømværdi, når en nedre spændingsgrænse er nået. Batteriets fabrikant vil f.eks. angive 10 som nedre spændingsgrænse den afladningsslutspænding IL,-,, £ib som efter en halv times afladningsstrøm f.eks. kan andrage 1,4 v/celle. Dersom der imidlertid, efter at afladningsslut spændingen er nået, foretages en regulering til kon-stantholdelse af denne spænding, uden hensyn til hvilken 15 strøm batteriet endnu kan levere, indtræder der over-af- ladning og dermed en irreversibel beskadigelse af batteriet. Ved en sådan over-afladning kan der således f.eks ske en væsentlig forkortelse af batteriets forventede levetid, dvs. en formindskelse af antallet af mulige afladnings-20 -cykler.

Fra DE-OS 2.324.305 kendes et styreapparat for en jævnstrømsmaskine, hvori der ved begrænsning af køreydelsen ved høj ladningstilstand opnås en konstant maksimums-køre-ydelse over et bredt afladningsinterval for batteriet.

25 Med henblik herpå er børværdi-giveren for ankerstrømmen udformet som en drejemodstand, der påvirkes af en med ankerspændingen proportional spænding. Det fra børværdi-giveren for ankerstrømmen afgivne udgangssignal, der svarer til produktet af ankerstrømmen og ankerspændingen, og dermed 30 til ydelsen (effekten), føres til et begrænser-trin, hvis indkoblings- eller indsatspunkt afhænger af batteriets ladningstilstand. Det er en ulempe ved dette apparat, at der - til trods for den ved regulering på konstant ydelse opnåede bedre udnyttelse af batteriet - sker en underspændings-35 regulering med henblik på en konstant batterispænding, idet denne regulering ikke forhindrer, at der trækkes en strøm, der er større end hvad batteriet kan tåle, navnlig når det har en lav ladningstilstand.

DK 153187 B

O

2

Apparatet ifølge opfindensen er ejendommeligt ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning, og udviser i sammenligning med den ovennævnte kendte teknik den fordel, at det udfører en strømafhængig underspændings-^ regulering. Herved vil batteriet, når det har en lav ladningstilstand, blive reguleret langs med en strøm/spæn-dingslinie. Dersom denne strøm/spændingslinie udvælges i et for batteriet tilladeligt område, f.eks. 10% af fuld opladning, sikres det, at batteriet ikke bliver beskadiget, da strøm/spændingslinien for 10% ikke på noget tidspunkt bliver underskredet.

Apparatet ifølge opfindelsen er desuden enkelt at opbygge,og det kan anvende sådanne driftsparametre, som f.eks. batteriets klemmespænding og batteristrømmen, som 15 f.eks. i et elektrisk drevet køretøj alligevel foreligger med henblik på kørselsreguleringen.

I en foretrukken videreudvikling af apparatet i-følge opfindelsen er den strømafhængige underspændingsregulering gjort afhængig af batteritemperaturen, så at det 20 også bliver muligt at tage hensyn til traktionsbatteriets meget kritiske temperaturforhold.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tengingen, hvor fig. 1 viser en karakteristikfamilie for et trak-25 tionsbatteri, og fig. 2 viser et principkoblingsdiagram for et udførelseseksempel på et apparat ifølge opfindelsen.

Fig. 1 viser karakteristikfamilien for et til fremdrift af køretøjer og lignende formål bestemt batte-30 ri. På sædvanlig måde er cellespændingen Uz vist som funktion af celleafladningsstrømmen I„. Herved fremkommer der for forskellige ladningstilstande i batteriet et antal strøm/spændingslinier, f.eks. en første strøm/spændingslinie 1 svarende til fuldt opladet batteri (100%), en an-35 den strøm/spændingslinie 2 svarende til et halvt opladet batteri (50%), en tredje strømspændingslinie 3 for et batteri, der er opladet med grænseladningen (10%), samt

O

3

DK 153187B

en fjerde strøm/spændingslinie 4 svarende til et helt afladet batteri (0%). Afladningsslutspændingen U„n er ind- £ib tegnet i karakteristikområdet som en spændingslinie 5. Afladningsslutspændingen UES angives af fabrikanten for den 5 enkelte batteritype og betyder, at ved en afladningsstrøm på f.eks. 500 A, når cellespændingen kommer ned på 1,4 V dvs. afladningsslutspændingen U - er batteriets græn- ϋιο seladningstilstand nået, idet der ved en fortsættelse nedad under denne tilstand kan indtræde skader på batteriet.

10 Til et elektrisk drevet køretøj med traktionsbat- terier kræves en bestemt kørestrøm I„. Når batteriet er fuldt opladet, fremkommer der først et første arbejds-punkt 6 på den første strømspændingslinie 1. Efterhånden som afladningen skrider frem, synker cellespændingen, ind-15 til et andet arbejdspunkt 7 på den tredje strøm/spændingslinie 3 er nået. Ved den indtil nu sædvanlige reguleringsfremgangsmåde ville der nu ske en regulering fra det andet arbejdspunkt 7 med konstant spænding hen til et punkt 8, men herved når man - på grund af underspændingsregu-20 leringen med konstant spænding - hen til den fjerde strøm/-spændingslinie 4, så at der i så fald ville ske en kraftig afladning af batteriet.

I apparatet ifølge opfindelsen bliver det imidlertid, når punktet 7 er nået, som nærmere forklaret neden-25 for, foretaget en strømafhængig underspændingsregulering, dvs. reguleringen baseres ikke på en konstant spænding, men på en størrelse frembragt ved at kombinere strøm og spænding, f.eks. summen af de to. På denne måde er det muligt at komme fra det andet arbejdspunkt 7 langs med den tredje 30 strøm/spændingslinie 3 hen til et arbejdspunkt 9 eller forbi dette. På denne måde aftages der endnu ladning fra batteriet også ud over det andet arbejdspunkt 7, men uden at den kritiske tredje strøm/spændingslinie 3 underskrides.

For i praksis at kunne udføre en strømafhængig 35 underspændingsregulering er det nødvendigt at måle batteriets klemmespænding U_ og batteristrømmen og knytte de o 15

DK 153187 B

O

4 to størrelser sammen på en sådan måde, at en forud bestemt kritisk strøm/spændingslinie ikke underskrides. Dette kan f.eks. ske ved addition af strøm- og spændingssignaler og sammenligning med et referencesignal; på denne måde 5 dannes en strøm/spændingslinie ad elektronisk vej. På den anden side er det også muligt at danne en strøm/spændingslinie som en hyperbel, der fremkommer ved multiplikation af strøm- og spændingssignalerne med hinanden.

Fig. 2 er et principkoblingsdiagram for et ud-førelseseksempel på et apparat ifølge opfindelsen. Et batteri 10 strømforsyner en motor 11, i hvis strømkreds der er indskudt et strømstyreorgan 12, som står i arbejdsfor-bindelse med en børværdigiver 13. Til klemmerne på batteriet 10 er der tilsluttet en første spændingsomsætter 15 14, og i forbrugsstrømkredsen er der indskudt en strøm føler 15, der er forbundet med en anden spændingsomsætter 16. Den første spændingsomsætter 14 og den anden spændingsomsætter 16 er gennem modstande 17, 18 forbundet med den inverterende indgang på en operationsforstærker 19. Den 20 inverterende indgang på operationsforstærkeren 19 er endvidere gennem en modstand 20 forbundet med en klemme 21 og gennem en modstand 22 med operationsforstærkeren 19's udgang. Operationsforstærkeren 19's ikke-inverterende indgang er lagt til stel. Operationsforstærkeren 19.1 s udgang 25 er forbundet med en børværdi-begrænser 23, som er indskudt mellem børværdigiveren 13 og strømstyreorganet 12.

I den første spændingsomsætter 14 dannes et til batteriklemmespændingen ϋβ svarende signal, som gennem modstanden 18 føres til operationsforstærkeren 19's inver-30 terende indgang. I den anden spændingsomsætter 16 dannes et til batteristrømmen Ιβ svarende signal, som gennem modstanden 17 ligeledes føres til operationsforstærkeren 19's inverterende indgang. Ved at der på klemmen 21 lægges en dertil egnet spænding, kan det fastlægges, ved hvil-35 ken af de til fig. 1 svarende strøm/spændingslinier det i fig. 2 viste udstyr skal indgribe. Ved til at begynde med 5

DK 153187B

O

konstant batteristrøm Ιβ indgriber reguleringen til at begynde med ikke, da summen af de af spændingsomsætterne 14 og 16 afgivne signaler er større end det fra klemmen 21 kommende signal- Dersom imidlertid cellespændingen 5 og dermed batteriklemmespændingen U aftager med fremad-skridende afladning,, påbegyndes ved lighed mellem sum--signalet af strøm og spænding og det over klemmen 21 indførte referencesignal den nedadgående regulering ved hjælp af operationsforstærkeren 19, som bevirker et ind-10 greb i børværdibegrænseren 23, der er indskudt mellem børværdigiveren 13 og strømstyreorganet 12. Der sker altså en regulering på basis af en strøm/spændingslinie, der kan bestemmes ved at lægge et dertil egnet referencesignal på klemmen 21, med henblik på en konstant sum af 15 strøm- og spændingssignalerne, hvad der svarer til reguleringsforløbet fra det andet arbejdspunkt 7 til det tredje arbejdspunkt 9,som vist i fig. 1. For at forhindre en for hurtig nedregulering af batteristrømmen I , når den

SD

forud valgte strøm/spændingslinie er nået, er det yder-20 ligere f.eks. muligt ved passende valg af operationsforstærkeren 19's modkobling at tilvejebringe en sådan regulering, at nedreguleringen f.eks. sætter ind ved en til 20% ladningstilstand svarende strøm/spændingslinie, og ophører ved 5% restkapacitet.

25 Ved eri yderligere og særdeles foretrukken form for apparatet ifølge opfindelsen bliver der taget hensyn til den kendsgerning, at et batteris strøm/spændingslinier varierer kraftigt med ændringer i temperaturen. For at tage hensyn til temperaturens indflydelse på reguleringen om-30 fatter apparatet en temperaturføler 24, som står i termisk kontakt med batteriet 10. Temperaturføleren 24 er forbundet med en tredje spændingsomsætter 25, som på sin side gennem en modstand 26 er forbundet med den inverterende indgåang på operationsforstærkeren 19. Ved hjælp 35 af denne del af kredsløbet forskydes det punkt, hvor den ovenfor omtalte nedregulering sætter ind, afhængigt af

O

6

DK 153187B

temperaturen, således som denne måles i batteriet 10 af temperaturføleren 24, og denne forskydning kan ske på en dertil egnet måde, der kan bestemmes ved hjælp af den tredje spændingsomsætter 25.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (3)

1. Apparat til styring af strømafgivelsen fra et elektrisk batteri ((10) til en hermed forbunden belastning (11), hvilket apparat omfatter 5 a) en børværdigiver (13) til afgivelse af et børværdisig-nal svarende til en til drift af belastningen (11) ønsket strøm, b) et mellem batteriet (10) og belastningen (11) indskudt strømstyreorgan (12) , 10 c) føle- og sammenllgningsorganer (14-22) til at afføle batteriets (10) klemmespænding (Ufi) og til at sammenligne et hertil .svarende signal med et referencesignal og ud fra sammenligningsresultatet frembringe et bør-værdibegrænsningssignal, 15 d) en mellem børværdigiveren (13) og strømstyreorganet (12) indskudt børværdibegrænser (23) , der modtager børværdi-begrænsningssignalet, og som påvirker strømstyreorganet (12) således, at batteristrømmen (Ιβ) forhindres i at overskride en forud bestemt maksimalt tillade- 20 lig værdi, e) et organ (15) til at afføle batteristrømmen (Ιβ), kendetegnet ved, f) at føle- og sammenligningsorganerne (14-22) og organet (15) til at afføle batteristrømmen (Ιβ) ud fra denne 25 danner et signal, der inddrages i den nævnte sammenlig ning på en sådan måde, at forøgelser i batteriets klemmespænding (ϋβ) og forøgelser i batteristrømmen (Ιβ) ændrer børværdibegrænsningssignalet i den samme retning, idet sammenligningen sker mellem referencespændingen 30 og et signal, der er fremkommet ved f.eks. addition eller multiplikation af de til batteriets klemmespænding (Ug) og til batteristrømmen (Ιβ) svarende signaler.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, 35 a) at en første spændingsomsætter (14) er forbundet, med batteriets (10) klemmer, DK 153187 B & o b) at en strømomsætter (15,16) er indskudt mellem belastningsstrømkredsen og sammenligningsorganerne, c) at udgangene fra den første spændingsomsætter (14) og strømomsætteren (15,16) gennem modstande (17,18) er 5 forbundet med den inverterende indgang på en operations forstærker (19), som tillige gennem en modstand (20) er forbundet med en af referencesignalet (UEg) påvirket klemme (21), d) at operationsforstærkeren (19) er modkoblet ved hjælp 10 af en modstand (22), og e) at operationsforstærkerens (19) udgang er forbundet med børværdibegrænseren (23).

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved 15 a) en med batteriet (10) termisk forbunden temperaturføler (24), og b) en sådan indretning, at en af temperaturføleren (24) frembragt og til batteritemperaturen svarende spænding tilføres operationsforstærkerens (19) inverterende ind-20 gang. 25 30 35