DD279982A1

DD279982A1 - Verfahren zum laden von gasdichten nickel-cadmium-akkumulatoren mit sinterelektroden

Info

Publication number: DD279982A1
Application number: DD32562689A
Authority: DD
Inventors: Bodo Weinreich; Thorsten Hellfach
Original assignee: Stern Radio Berlin Veb K
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1990-06-20

Abstract

Verfahren zum Laden gasdichter Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit Sinterelektrode von einem unbekannten Ladezustand aus bis zum Erreichen der Nennladekapazitaet. Demgemaess wird erst durch Bewertung der Klemmenspannung unter definierten Bedingungen der Ladezustand ermittelt und in einem von mehreren Bereichen eingeordnet, danach wird die erforderliche Ladungsmenge durch Zuordnung einer Ladezeit bei konstantem Ladestrom bestimmt und der Ladevorgang eingeleitet, bis die Nennladekapazitaet erreicht ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden handelsüblicher gasdichter Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit Sinterelektrode von einem unbekannten Ladezustand aus bis zum Erreichen der Nennladekapazität.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In lotzter Zeit haben nachladbare Akkumulatoren, insbesondere gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, weite Verbreitung gefunden. Sie werden eingesetzt zur Stromversorgung für tragbare Geräte der Unterhaltungsehktronik, fotografische Aufnahmegeräte, Taschenrechner usw. Damit gewinnen Verfahren und Gerate an Bedeutung, & e ein schnelles und problemloses Nachladen dieser Akkumulatoren ermöglichen.

Bekannte technische Lösungen laden solche Akkumulatoren für eine voreingestellte Zeit mit einem konstanten Strom, sie setzen allerdings die Kenntnis des Entladezustandes der Zellen voraus.

Die in DE-OS 3? 18367, DD-WP 225570 und DD-WP 221 611 vorgeschlagenen Lösungen erfordern das Entladen der Zellen bis zu einem bestimmten unteren Spannungswert und die Ermittlung dieses Wertes, bevor der Ladevorgang für eine fest eingestellte Zeit eingeleitet wird. Andere Verfahren überwachen bestimmte, den Ladevorgang charakterisierende Parameter wie Temperatur, Druck, Strom oder Spannung und steuern in Abhängigkeit einer oder mehrerer der genannten Größen die zugeführte Ladungsmenge. Das dazu notwendige Einbringen von Sensoren in handelsübliche, gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren zur Ernr ttlung der Innentemperatur oder des Innendruckes ist jedoch technisch nicht möglich. Die Verfahren nach DE-GM 8116598 oder DE-OS 3429673 laden mit unterschiedlichen Strömen bzw. Stromverläufen in bestimmten Abschnitten des Gesamtladezyklus, sie erfordern jedoch zu ihrer Realisierung einen erheblichen technischen Aufwand. Das Gleiche gilt für die Verfahren nach DE-OS 2430684, DE-OS 2915487 und DE-OS 3040852, die die Abschaltung des Ladestromes auf der Grundlage eines ermittelten Gieichbleibens oder Absinkens der Klemmenspannung realisieren und deren Funktionssicherheit außerdem umstritten ist.

Verfahren bzw. Ladegeräte (DE-OS 3106171,DE-OS 3440430), welche lediglich bei einem fest eingestellten Spannungswert den Ladestrom abschalten, lassen unberücksichtigt, daß die Ladeschlußspannung sowohl von der Temperatur als auch vom Alterungszustand der Zellen abhängig ist, und erfordern zusätzlich eine sehr präzise Ermittlung der Klemmenspannung, die bei gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren in einem Bereich von etwa 70% bis 100% der Nennkapazität nur um einige Hundertstel Volt ansteigt. Ist der Vergleichswert der Spannung zu niedrig eingestellt, wird der Ladevorgang vorzeitig beendet, obwohl die Nennkapazität noch nicht erreicht wurde. Im anderen Falle, wenn die Ladeschlußspannung unter dem eingestellten Vergleichswert liegt, kann es zu keiner Abschaltung kommen, und die Zellen werden überladen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein ausreichender Ladezustand von handelsüblichen gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren erreichbar ist, welches eine gebrauchsmindernde Überladung der Zellen sicher verhindert, keinerlei Überwachungs- und Einstellmaßnahmen erfordert und dessen Aufwand zur Realisierung verhältnismäßig gering ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Laden von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit Sinterelektroden vorzuschlagen, welches, ohne die Kenntnis des Entladezustandes vorauszusetzen und ohne die Akkumulatoren vorher bis zu einer definierten Spannung zu entladen, eine schnelle und vollständige Ladung der Akkumulatoren mit konstantem Strom auf der Grundlage der dafür erforderlichen Zeit realisiert und damit die unsichere bzw. bisher nur mit einem erheblichen Aufwand an technischen Mitteln erreichbare Volladung realisiert

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- Ermittlung des Ladungszustandes des vorliegenden Nickel-Cadmium-Akkumulators.

- Einordnung des Ladezustandes in einen von mehreren vorgesehenen Bereichen des Ladezustandes.

- Bestimmung der erforderlichen Ladungsmenge durch Zuordnung einer Ladezeit entsprechend dem Bereich des Ladezustandes bei fest eingestelltem Ladestrom bzw. Zuordnung eines definierten Ladestromes entsprechend dem Bereich des Ladezustandes bei fest eingestellter Ladezeit.

- Einleitung und Durchführung des Ladevorganges.

Die Ermittlung des Ladezustandes erfolgt zweckmäßigerweise durch Bewertung der Klemmenspannung unter definierten Bedingungen. Die Zuordnung zu den einzelnen Bereichen des Ladezustandes geschieht mittels Schwellwertschalter, welche in Abhängigkeit der Bewertung die erforderliche Ladungsmenge bestimmen, die das Erreichen der Nennladekapazität garantiert. Die Ladestrümstärke ist so bemessen, daß ein Laden über das Erreichen der Nennladekapazität hinaus infolge der Bewertungsspanne nicht zu einer Schädigung des Akkumulators führt, jedoch eine relativ kurze Ladezeit gewährleistet ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erlä'"ert werden.

Eine erfindungsgemäße Realisierung das Verfahrens wertet drei Bereiche der Klemmenspannung aus. Der erste Bereich charakterisiert die annähernd vollständige Entladung der Akkumulatoren, der zweite geht bis zu etwa 65% der Nennladekapazität und der dritte liegt darüber. Die dem entsprechenden Werte der Klemmenspannung sind der Ladecharakteristik der Akkumulatoren entnehmbar.

An die Klemmen der Akkumulatoren werden durch Tasterbetätigung zwei Schwellwertschalter angeschaltet. Die Klemmenspannung wird unter Belastung der Akkumulatoren bewertet, in dem die Ausgänge der Schwellwertschalter Lesiimmte Schaltzustände annehmen. Die Schwellwerte sind entsprechend den zu unterseidenden Bereichen eingestellt. Dia Schaltzustände werden durch eine Logikschaltung (Decoder) so ausgewertet, daß einer von ihren drei Ausgängen aktiviert wird. De- aktivierte Ausgang des Decoders bewirkt die Programmierung einer Zeitstu'e durch Zuschaltung einer RC-Kombina'.icn. Daraufhin wird eine Konstantstromquelle an die Klemmen der Akkumulatoren geschaltet. Der Ladestrom sichert L ein vollständiges Laden in der programmierten Zeit, fühlt jedoch nicht zu einer Schädigung der Akkumulatoren, wenn in Folge

der Bewertungsspanne über das Erreichen der Nennladekapazität hinaus geladen wird. Erfahrungsgemäß erfüllen Ladeströme von etwa 2 χ I_1C (I₁₀ ist der Quotient aus der Nennladekapazität des Akkumulators in Amperestunde η und der Entladezeit von 10 Stunden} und Ladezeiten von 6 Stunden die genannten Bedingungen, wenn die Akkumulatoren als vollständig entladen bewertert werden. Anderenfalls wird mit 2 χ I₁₀ 4 Stunden bzw. 2 Stundengelader..

Nach Ablauf der programmierten Zeit wird der Ladestrom automatisch auf einen deutlich geringeren, nur für die Erhaltung der erreichten Ladung notwendigen Wert reduziert, der bekanntermaßen etwa ein Zehntel von I₁₀ beträgt. Die Anwendung des beschriebenen Verfahrens sichert somit bei vergleichsweise geringem technischen Aufwand eine vollständige Ladung von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit Sinterelektroden innerhalb einer kurzen, den praktischen Erfordernissen des Anwendungsgebietes entsprechenden Zeit.

Claims

1. Verfahren zum Laden von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit Sinterelektrode, welches, ohne die Kenntnis des Lade- bzw. Entladezustandes vorauszusetzen, eine schnelle und vollständige Aufladung der Akkumulatoren auf die Nennladekapazität realisiert, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Ermittlung des Ladezustandes durch Bewertung der Klemmenspannung

- Einordnung des ermittelten Ladezustandes in einen von mehreren vorgesehenen Bereichen

- Bestimmung der erforderlichen Ladungsmenge durch Zuordnung einer Ladezeit entsprechend dem Bereich des Ladungszustandes bei fest eingestelltem Ladestrom bzw. Zuordnung eines definierten Ladestromes entsprechend dem Bereich des Ladungsz jstandes bei fest eingestellter Ladezeit

- Einleitung und Durchführung des Ladevorganges

2. Verfahren zum Laden von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit Sinterelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestromstärke so eingestellt ist, daß ein Laden über das Eroichen der Nennladekapazität hinaus infolge der Bewertungsspanne nicht zu einer Schädigung des Akkumulators führt.

3. Verfahren zum Laden von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Ladevorganges automatisch der Ladestrom f uf einen für die Erhaltung des Ladezustandes erforderlichen Wert reduziert und dieser beibehalten wird.