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Verfahren und Einrichtung zur Begrenzung des Ladevorganges bei einem elektrischen Akkumulator Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Begrenzung des Ladevorganges bei einem elektrischen Akkumulator, welcher mit einem gasdichten Gehäuse versehen und in weniger als zwei Stunden aufladbar ist. Die zum Laden von Akkumulatoren benötigte elektrische Energie wird gewöhnlich dem elektrischen Versorgungsnetz, z. B. einer Wechselstrom-Steckdose mit 220 V, entnommen.
Die zur Verfügung stehende Wechselspannung wird im allgemeinen mit Hilfe eines Transformators und eines Gleichrichters, die mit weiteren Schaltelementen in einem Ladegerät vereinigt sind, in eine zum Laden eines Akkumulators oder einer Akkumulatoren-Batterie hinreichend hohe Gleichspannung umgewandelt. Die für das Laden anzuwendende Stromstärke lässt sich im allgemeinen - z. B. mittels eines Potentiometers - varüeren.
Um nicht unnötig Energie zu verbrauchen und den Akkumulator nicht länger als nötig zu strapazieren, benutzt man Messeinrichtungen, die das Erreichen des vollen Ladezustands des Akkumulators anzeigen imdloder den Ladestromkreis selbsttätig unterbrechen. Es ist z.
B. bekannt, die Klemmenspannung eines Akkumulators zu benutzen zur Anzeige seines Ladezustands, Auch eine Dichtemessung des Elektrolyten kann als Kriterium zur Bestimmung des Ladezustands herangezogen werden. So zuverlässig beide Methoden in der Anwendung auf Blei-Akkumulatoren sind, so sehr versagen sie bei Akkumulatoren, die ihre diesbezüglichen Eigenschaften nicht oder nur geringfügig ändern.
Beispielsweise ändert sich die Klemmenspannung in alkalischen Akkumulatoren, z. B. mit Ni-Cd-, Ag-Cd- oder Ag-Zn-Elektroden erheblich weniger nach Erreichen des vollen Ladezustands als hn Blei-Akkumulator. Die Dichte des Elektrolyten bleibt in alkalischen Akkumula- toren, unabhängig von ihrem Ladezustand, annähernd konstant.
In gasdicht verschlossenen Akkumulatoren kann man ausserdem auch nicht die nach Erreichen des vollen Ladezustands einsetzende heftige Gasentwicklungbeo- bachten, um hiernach eine Abschaltung des Ladestroms vorzunehmen.
Eine Messung des Akkumulatoren-Ladezustands mittels einer zusätzlichen Hilfselektrode ist nicht nur sehr aufwendig, sondern auch überaus störanfällig.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, welche die Nachteile bestehender Ausführungen beseitigt.
Der Erfindung liegt die an sich bereits bekannte Erkenntis zugrunde, dass sich die bekannten Akkumu- latortypen während des Ladens bis zur Erreichung ihrer vollen Kapazität nur wenig, bei Fortsetzung des Ladevorganges - d. h. beim sogenannten Überladen jedoch relativ stark erwärmen. Solange im Innern des Akkumulators die aktive Masse infolge des Stromdurchganges regeneriert wird. ist der Wärmehaushalt, selbst bei Anwendung relativ hoher Stromstärken, z. B. von mehr als 3 C, ausgeglichen.
Die während des Überladens ablaufenden Reaktionen, die insbesondere durch Bildung und Verzehr von Wasserstoff und Sauerstoff gekennzeichnet sind, verursachen hingegen eine starke Erwärmung des Akkumulators. Nicht nur wegen des unnötigen Energieverbrauchs, sondern auch wegen der starken Erhitzung und des damit verbundenen beschleu- nigten Verschleisses des Akkumulators - insbesondere bei Anwendung hoher Ladestromstärken - ist eine rechtzeitige Begrenzung des Ladevorganges anzustreben.
Andererseits ist gerade die Anwendung hoher Ladestromstärken, die auch bei gasdicht verschlossenen Akkumulatoren möglich ist, zur Beschleunigung des Ladevorganges technisch besonders vorteilhaft.
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Bei anhaltendem Überladen mit hohen Stromstärken, beispielsweise von mehr als 5 C. können, insbesondere in gasdicht verschlossenen Akkumulatoren, Temperaturen z. B. von mehr als 90 C erreicht werden, die zur Zerstörung des Akkumulators führen.
Gerade der bei beginnender Cberladung einsetzende Temperatursprung erlaubt es aber, den Ladevorgang in zuverlässiger und einfacher Weise zu beenden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am Gehäuse des Akkumulators oder in dessen Innerem gemessen und der Ladevorzane bei Errcichen einer vorbestimmten Maximaltemperatur abgebrochen wird.
Eine erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator mit einem an seinem Gehäuse oder in dessen Innerem angeordneten Temperaturfühler versehen ist, und dass durch den Temperaturfühler betätigbare Mittel vorgesehen sind, welche bei Erreichen der vorbestimmten Maximaltemperatur an der Messstelle des Temperaturfühlers den Ladevorgang selbsttätig unterbrechen und/oder eine Anzeige bewirken.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt.
1 bis 20 bedeuten Schaltelemente eines Netzladege- räts. Die Primärwicklung 1 eines Transformators ist an eine Netzsteckdose 2 von 220 Volt Wechselspannung angeschlossen. 3 bedeutet die Sekundärwicklung des Transformators und ist mit einem Gleichrichter 4 in Graetzschaltung verbunden. An diesen ist der Ladekreis eines Akkumulators 5 angeschlossen. Ein veränderbarer Widerstand 6 ist zur Einstellung einer gewünschten Ladestromstärke vorgesehen, die mit Hilfe eines Amperemeters 7 messbar ist. Weitere an sich bekannte Schaltelemente sind in der Zeichnung zur erleichterten Übersicht fortgelassen.
Der Pluspol 8 des Ladegeräts ist mit der positiven Anschlussklemme 9 des Akkumulators 5 verbunden; entsprechend ist der Minuspol 10 des Ladegeräts mit der negativen Klemme 11 des Akkumulators verbunden.
Die positive Elektrode 12 des Akkumulators ist von dessen negativer Elektrode 13 durch einen porösen, nicht leitenden Separator 14 getrennt. Zwischen der negativen Elektrode 13 und dem Separator 14 ist die Lötstelle 15 eines Thermoelements 18 - im vorliegenden Beispielsfall Eisen-Konstanten - elektrisch isoliert angeordnet. Zuführungsdrähte 16 und 17 des Thermo- elements führen an ein Relais 18. dessen Relaiskontakt 19 den Ladestromkreis öffnet und schliesst.
Solange die Temperatur im Akkumulator unter einer Ansprech-Temperatur von im Beispielsfalle 70 C bleibt, schliesst der Kontakt 19 den Ladestromkreis. Sobald die Ansprech-Temperatur überschritten wird, bewirkt die Thermospannung eine Unterbrechung des Ladestromkreises durch Abheben des Kontaktes 19 in Pfeilrichtung.
Um zu vermeiden, dass sich der Stromkreis unbeabsichtigt wieder schliesst, ist eine Rastaufnahme 20 vorgesehen. in die der Kontakt 19 einrastet und durch die dieser auch bei sinkender Thermospannung festgehalten wird. Durch Einstecken der Netzanschlussleitung 21 in die Netzsteckdose 2 wird der Kontakt in nicht näher dargestellter Weise selbsttätig wieder ausgerastet.
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Method and device for limiting the charging process in an electric accumulator The invention relates to a method and a device for limiting the charging process in an electric accumulator which is provided with a gas-tight housing and can be charged in less than two hours. The electrical energy required for charging accumulators is usually the electrical supply network, e.g. B. an AC outlet with 220 V, taken.
The available alternating voltage is generally converted with the aid of a transformer and a rectifier, which are combined with further switching elements in a charger, into a direct voltage which is high enough to charge an accumulator or an accumulator battery. The amperage to be used for charging can generally be - z. B. by means of a potentiometer - varüeren.
In order not to use unnecessary energy and not to strain the accumulator for longer than necessary, measuring devices are used which indicate that the accumulator has reached the full state of charge or which automatically interrupt the charging circuit. It is Z.
B. known to use the terminal voltage of a battery to display its state of charge, a density measurement of the electrolyte can be used as a criterion for determining the state of charge. As reliable as both methods are when applied to lead accumulators, they fail so much with accumulators that do not or only slightly change their respective properties.
For example, the terminal voltage changes in alkaline batteries, e.g. B. with Ni-Cd, Ag-Cd or Ag-Zn electrodes much less after reaching the full state of charge than hn lead accumulator. The density of the electrolyte in alkaline accumulators remains almost constant, regardless of their state of charge.
In addition, in accumulators sealed in a gas-tight manner, it is not possible to observe the violent evolution of gas that begins after the full state of charge has been reached, in order to switch off the charging current afterwards.
Measuring the state of charge of the accumulator by means of an additional auxiliary electrode is not only very complex, but also extremely prone to failure.
The purpose of the invention is to provide a method and a device which overcomes the disadvantages of existing designs.
The invention is based on the knowledge already known per se that the known accumulator types change only slightly during charging until their full capacity is reached, when the charging process is continued - ie. H. however, heat up relatively strongly when overcharging. As long as the active mass inside the battery is regenerated as a result of the passage of current. is the heat balance, even when using relatively high currents, e.g. B. of more than 3 C, balanced.
The reactions taking place during overcharging, which are characterized in particular by the formation and consumption of hydrogen and oxygen, on the other hand, cause the accumulator to heat up considerably. Not only because of the unnecessary energy consumption, but also because of the intense heating and the associated accelerated wear and tear of the accumulator - especially when using high charging currents - a timely limitation of the charging process is desirable.
On the other hand, the use of high charging currents, which is also possible with accumulators sealed in a gas-tight manner, is technically particularly advantageous for accelerating the charging process.
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In the event of persistent overcharging with high currents, for example of more than 5 C., temperatures z. B. more than 90 C can be reached, which lead to the destruction of the accumulator.
However, it is precisely the temperature jump that begins when overloading begins to allow the charging process to be ended in a reliable and simple manner.
The method according to the invention is characterized in that the temperature on the housing of the accumulator or inside it is measured and the charging process is terminated when a predetermined maximum temperature is reached.
A device according to the invention is characterized in that the accumulator is provided with a temperature sensor arranged on its housing or inside it, and that means which can be actuated by the temperature sensor are provided which automatically interrupt the charging process when the predetermined maximum temperature is reached at the measuring point of the temperature sensor / or cause an advertisement.
In the drawing, an embodiment of the device according to the invention is shown schematically.
1 to 20 mean switching elements of a mains charger. The primary winding 1 of a transformer is connected to a mains socket 2 of 220 volts alternating voltage. 3 means the secondary winding of the transformer and is connected to a rectifier 4 in a Graetz circuit. The charging circuit of an accumulator 5 is connected to this. A variable resistor 6 is provided for setting a desired charging current, which can be measured with the aid of an ammeter 7. Further switching elements known per se are omitted from the drawing for a simplified overview.
The positive terminal 8 of the charger is connected to the positive connection terminal 9 of the accumulator 5; accordingly, the negative pole 10 of the charger is connected to the negative terminal 11 of the accumulator.
The positive electrode 12 of the accumulator is separated from its negative electrode 13 by a porous, non-conductive separator 14. Between the negative electrode 13 and the separator 14, the soldering point 15 of a thermocouple 18 - in the present example iron constants - is arranged in an electrically insulated manner. Supply wires 16 and 17 of the thermocouple lead to a relay 18, the relay contact 19 of which opens and closes the charging circuit.
As long as the temperature in the accumulator remains below a response temperature of 70 C in the example, the contact 19 closes the charging circuit. As soon as the response temperature is exceeded, the thermal voltage causes an interruption of the charging circuit by lifting the contact 19 in the direction of the arrow.
In order to prevent the circuit from closing again unintentionally, a locking receptacle 20 is provided. into which the contact 19 engages and through which it is held even when the thermal voltage drops. By inserting the mains connection line 21 into the mains socket 2, the contact is automatically disengaged again in a manner not shown.