CH662448A5 - Rechargeable battery - Google Patents

Description

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Ladbare Batterie, aus einer Anzahl miteinander in Reihe verbundener, ladbarer Zellen, gekennzeichnet durch eine Entladungschaltung, die mit je einer der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist und Mittel umfasst, welche die Entladeströme bei einem vorbestimmten Spannungspegel unterbinden.



   2. Ladbare Batterie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Entladungsschaltungen, welche nichtlineare Widerstandselemente oder Halbleiterdioden oder Reihenschaltungen aus beiden umfassen.



   Die Erfindung betrifft eine ladbare Batterie aus einer Anzahl miteinander in Reihe verbundener ladbarer Zellen.



   Bei derartigen Batterien, insbesondere bei solchen, die aus NiCd-Zellen aufgebaut sind, ist das Problem bekannt, dass sich einzelne Zellen infolge geringer Kapazitätsunterschiede beim wiederholten Lade- und Entlade-Betrieb schneller entladen, als andere Zellen dieser Batterie. Ein unterschiedlicher Ladezustand der einzelnen Zellen bis herab zur Ladung Null ergibt sich auch insbesondere bei der Lagerhaltung oder beim Nichtgebrauch der Batterie infolge unterschiedlicher Selbstentladung, welche auch temperaturabhängig ist. Diese Tatsachen ziehen dann eine Reihe weiterer Probleme nach sich. So werden einzelne, beim Entladebetrieb frühzeitig entladene Zellen rückwärts geladen und dabei umgepolt. Will man beim anschliessenden Ladevorgang alle Zellen voll aufladen, so werden einzelne Zellen, die noch nicht ganz entladen waren, nunmehr überladen.

  Zellüberladung kann durch Gasaustritt, Auslauf und Überhitzung zu inneren Kurzschlüssen führen. Alle Effekte machen sich letzten Endes durch Kapazitätsverlust der ladbaren Batterie bemerkbar.



   Um eine Rückwärtsladung einzelner Zellen zu verhindern, ist es bekannt, parallel zu jeder Zelle eine Diode derart zu schalten, dass sie von der aufgeladenen Zelle in Sperrichtung vorgespannt wird. Als Schutz gegen Überladung einzelner Zellen ist es ebenfalls bekannt, jeder Zelle mindestens eine Halbleiterdiode mit einer solcher Polung parallelzuschalten, dass die Diode - vor Erreichen einer schädlichen Überspannung der Zelle - den Ladestrom übernimmt.



   Zur Beseitigung von vor einer Aufladung der Batterie möglicherweise vorhandenen Unterschieden zwischen den Ladungen der einzelnen Batteriezellen ist bereits ein Batterieladungsausgleichsgerät aus DE-C 2 416 897 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein spezielles Ladegerät, welches von aussen zugängliche Kontaktanschlüsse der einzelnen Zellen der Batterie voraussetzt. Das Ladegerät besitzt dann seinerseits mehrere Kontaktanschlüsse, die mit den in Reihe geschalteten Zellen verbindbar sind, ferner zwischen die Kontaktanschlüsse geschaltete Entladungsschaltungen, über die sich die Zellen in mit den Kontaktanschlüssen verbundenem Zustand entladen können.

  Die Entladungsschaltungen können Siliziumdioden und bzw. oder Widerstandselemente enthalten, durch die der Entladestrom bei einem vorbestimmten Spannungspegel unterbunden wird bis alle zu ladenden Zellen denselben Ladungszustand aufweisen.



   Derartige spezielle Ladegeräte erfordern infolge der vorangehenden Entladephase eine verlängerte Ladezeit. Ferner ist zur Umschaltung von Entladen auf Laden eine komplizierte Bedienung oder aufwendige Steuerschaltung nötig. Weiterhin benötigt man sowohl spezielle Batterien mit von aussen zugänglichen Einzelzellenanschlüssen als auch besondere Ladegeräte mit Ladungsausgleichsschaltungen .



   Aufgabe der Erfindung ist es, eine ladbare Batterie aus einer Anzahl miteinander in Reihe verbundener ladbarer Zellen derart auszuführen, dass während der Zeit zwischen den Ladevorgängen alle Einzelzellen automatisch denselben Entladezustand annehmen. Die Ladevorgänge sollen in üblicher Zeit mit handelsüblichen einfachen Ladegeräten möglich sein, und nach jedem Ladungsvorgang soll im wesentlichen die volle Batteriekapazität zur Verfügung stehen.



   Diese Aufgabe wird bei einer ladbaren Batterie der eingangs genannten Art gelöst durch je eine Entladungsschaltung, die mit je einer der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist und Mittel umfasst, welche die Entladeströme bei einem vorbestimmten Spannungspegel unterbinden. Die Entladeströme und der Restspannungspegel lassen sich dabei so dimensionieren, dass einerseits die Batteriekapazität nicht wesentlich vermindert wird und andererseits alle Einzelzellen während der Ruhezeit bis zum nächsten Ladungsvorgang zuverlässig denselben Entladezustand annehmen. Dazu können die Entladungsschaltungen nicht-lineare Widerstandselemente oder Halbleiterdioden oder Reihenschaltungen aus beiden umfassen.



   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.



   Die Figur zeigt das elektrische Schaltbild einer erfindungsgemässen ladbaren Batterie mit Entladungsschaltungen.



   Die ladbare Batterie umfasst eine Reihe von Einzelzellen, von denen drei Stück mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind. Jeder Zelle 1, 2 und 3 ist als Entladeschaltung eine Serienschaltung aus einem Widerstand 4, 4',   4''    und einer in Durchlassrichtung geschalteten Diode 5, 5',   5''    parallelgeschaltet. Aufgrund der Durchlasscharakteristik der Dioden 5, 5',   5''    fliesst durch jede Entladeschaltung praktisch kein Strom mehr, sobald die jeweilige Zellenspannung der Zellen 1, 2 oder 3 unter etwa 300 mV abgesunken ist.



   Besteht also infolge Betrieb, Lagerhaltung oder Nichtgebrauch der Batterie zwischen den Einzelzellen 1, 2 und 3 eine gewisse Differenz der Restladungen, so wird sich jede Zelle auf denselben Spannungspegel von etwa 300 mV entladen. Durch die Grösse der Widerstände 4, 4' und   4'      '   werden dabei die Entladeströme so dimensioniert, dass einerseits die Gesamtkapazität der Batterie nicht wesentlich vermindert wird, andererseits aber alle Einzelzellen während der Ruhezeit bis zum nächsten Ladungsvorgang zuverlässig denselben Restspannungspegel und damit Restladungspegel annehmen. Beim anschliessenden Ladevorgang nehmen dann alle Zellen in der gleichen Ladezeit die gleiche Ladungsmenge auf, so dass keine Überladung einzelner Zellen auftritt und für den Arbeitsbetrieb die volle Batteriekapazität verfügbar ist. 

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Ladbare Batterie, aus einer Anzahl miteinander in Reihe verbundener, ladbarer Zellen, gekennzeichnet durch eine Entladungschaltung, die mit je einer der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist und Mittel umfasst, welche die Entladeströme bei einem vorbestimmten Spannungspegel unterbinden.
2. 2. Ladbare Batterie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Entladungsschaltungen, welche nichtlineare Widerstandselemente oder Halbleiterdioden oder Reihenschaltungen aus beiden umfassen.

   Die Erfindung betrifft eine ladbare Batterie aus einer Anzahl miteinander in Reihe verbundener ladbarer Zellen.

   Bei derartigen Batterien, insbesondere bei solchen, die aus NiCd-Zellen aufgebaut sind, ist das Problem bekannt, dass sich einzelne Zellen infolge geringer Kapazitätsunterschiede beim wiederholten Lade- und Entlade-Betrieb schneller entladen, als andere Zellen dieser Batterie. Ein unterschiedlicher Ladezustand der einzelnen Zellen bis herab zur Ladung Null ergibt sich auch insbesondere bei der Lagerhaltung oder beim Nichtgebrauch der Batterie infolge unterschiedlicher Selbstentladung, welche auch temperaturabhängig ist. Diese Tatsachen ziehen dann eine Reihe weiterer Probleme nach sich. So werden einzelne, beim Entladebetrieb frühzeitig entladene Zellen rückwärts geladen und dabei umgepolt. Will man beim anschliessenden Ladevorgang alle Zellen voll aufladen, so werden einzelne Zellen, die noch nicht ganz entladen waren, nunmehr überladen.

   Zellüberladung kann durch Gasaustritt, Auslauf und Überhitzung zu inneren Kurzschlüssen führen. Alle Effekte machen sich letzten Endes durch Kapazitätsverlust der ladbaren Batterie bemerkbar.

   Um eine Rückwärtsladung einzelner Zellen zu verhindern, ist es bekannt, parallel zu jeder Zelle eine Diode derart zu schalten, dass sie von der aufgeladenen Zelle in Sperrichtung vorgespannt wird. Als Schutz gegen Überladung einzelner Zellen ist es ebenfalls bekannt, jeder Zelle mindestens eine Halbleiterdiode mit einer solcher Polung parallelzuschalten, dass die Diode - vor Erreichen einer schädlichen Überspannung der Zelle - den Ladestrom übernimmt.

   Zur Beseitigung von vor einer Aufladung der Batterie möglicherweise vorhandenen Unterschieden zwischen den Ladungen der einzelnen Batteriezellen ist bereits ein Batterieladungsausgleichsgerät aus DE-C 2 416 897 bekannt. Hierbei handelt es sich um ein spezielles Ladegerät, welches von aussen zugängliche Kontaktanschlüsse der einzelnen Zellen der Batterie voraussetzt. Das Ladegerät besitzt dann seinerseits mehrere Kontaktanschlüsse, die mit den in Reihe geschalteten Zellen verbindbar sind, ferner zwischen die Kontaktanschlüsse geschaltete Entladungsschaltungen, über die sich die Zellen in mit den Kontaktanschlüssen verbundenem Zustand entladen können.

   Die Entladungsschaltungen können Siliziumdioden und bzw. oder Widerstandselemente enthalten, durch die der Entladestrom bei einem vorbestimmten Spannungspegel unterbunden wird bis alle zu ladenden Zellen denselben Ladungszustand aufweisen.

   Derartige spezielle Ladegeräte erfordern infolge der vorangehenden Entladephase eine verlängerte Ladezeit. Ferner ist zur Umschaltung von Entladen auf Laden eine komplizierte Bedienung oder aufwendige Steuerschaltung nötig. Weiterhin benötigt man sowohl spezielle Batterien mit von aussen zugänglichen Einzelzellenanschlüssen als auch besondere Ladegeräte mit Ladungsausgleichsschaltungen .

   Aufgabe der Erfindung ist es, eine ladbare Batterie aus einer Anzahl miteinander in Reihe verbundener ladbarer Zellen derart auszuführen, dass während der Zeit zwischen den Ladevorgängen alle Einzelzellen automatisch denselben Entladezustand annehmen. Die Ladevorgänge sollen in üblicher Zeit mit handelsüblichen einfachen Ladegeräten möglich sein, und nach jedem Ladungsvorgang soll im wesentlichen die volle Batteriekapazität zur Verfügung stehen.

   Diese Aufgabe wird bei einer ladbaren Batterie der eingangs genannten Art gelöst durch je eine Entladungsschaltung, die mit je einer der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist und Mittel umfasst, welche die Entladeströme bei einem vorbestimmten Spannungspegel unterbinden. Die Entladeströme und der Restspannungspegel lassen sich dabei so dimensionieren, dass einerseits die Batteriekapazität nicht wesentlich vermindert wird und andererseits alle Einzelzellen während der Ruhezeit bis zum nächsten Ladungsvorgang zuverlässig denselben Entladezustand annehmen. Dazu können die Entladungsschaltungen nicht-lineare Widerstandselemente oder Halbleiterdioden oder Reihenschaltungen aus beiden umfassen.

   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

   Die Figur zeigt das elektrische Schaltbild einer erfindungsgemässen ladbaren Batterie mit Entladungsschaltungen.

   Die ladbare Batterie umfasst eine Reihe von Einzelzellen, von denen drei Stück mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind. Jeder Zelle 1, 2 und 3 ist als Entladeschaltung eine Serienschaltung aus einem Widerstand 4, 4', 4'' und einer in Durchlassrichtung geschalteten Diode 5, 5', 5'' parallelgeschaltet. Aufgrund der Durchlasscharakteristik der Dioden 5, 5', 5'' fliesst durch jede Entladeschaltung praktisch kein Strom mehr, sobald die jeweilige Zellenspannung der Zellen 1, 2 oder 3 unter etwa 300 mV abgesunken ist.

   Besteht also infolge Betrieb, Lagerhaltung oder Nichtgebrauch der Batterie zwischen den Einzelzellen 1, 2 und 3 eine gewisse Differenz der Restladungen, so wird sich jede Zelle auf denselben Spannungspegel von etwa 300 mV entladen. Durch die Grösse der Widerstände 4, 4' und 4' ' werden dabei die Entladeströme so dimensioniert, dass einerseits die Gesamtkapazität der Batterie nicht wesentlich vermindert wird, andererseits aber alle Einzelzellen während der Ruhezeit bis zum nächsten Ladungsvorgang zuverlässig denselben Restspannungspegel und damit Restladungspegel annehmen.

   Beim anschliessenden Ladevorgang nehmen dann alle Zellen in der gleichen Ladezeit die gleiche Ladungsmenge auf, so dass keine Überladung einzelner Zellen auftritt und für den Arbeitsbetrieb die volle Batteriekapazität verfügbar ist. **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.