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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine das Verfahren benutzende
Vorrichtung zum Beurteilen eines Leistungsabfallzustandes einer
für Fahrzeuge
und dergleichen benutzten Bleibatterie unter Verwendung eines zur
Zeit des Ladens der Batterie erzeugten Gases.
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2. Beschreibung anderer
Bauformen
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In
einer für
Fahrzeuge, usw. benutzten Bleisäurebatterie
des Lösungstyps
wurde in der Vergangenheit ein verschlechterter Zustand durch Messen der
relativen Dichte eines Elektrolyts (Schwefelsäure) erfasst. Diese Messung
der spezifischen Dichte wird durch Öffnen der Batterie, Entnehmen
einer kleinen Menge des Elektrolyts in der Batterie und dann Ausführen der
Messung ausgeführt.
Deshalb kann diese Messung nicht einfach in einem Batterieladen oder
an einer Tankstelle ausgeführt
werden. Die Startleistung einer Bleisäurebatterie für Fahrzeuge wurde
gemessen, indem ein großer
Stromfluss für
einige Sekunden bewirkt und dann die 5-Sekunden-Spannung gemessen wird. Da diese Messung unter
Verwendung eines Stroms über
100 A ausgeführt
wird, kann sie analog der Messung der spezifischen Dichte nicht
einfach ausgeführt
werden, und die Untersuchung ist auf eine spezialisierte Werkstatt beschränkt. Ferner
wird die Messung einer Batteriekapazität ausgeführt, indem eine tatsächliche
Batterie bei einem vorbestimmten Strom für eine vorbestimmte Zeit entladen
wird. Deshalb beträgt
die Prüfzeit
20 Stunden oder mehr, einschließlich
einer Ladezeit, und es dauert für
einen Prüfer
lange, die Batterie zu prüfen.
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Das
Verfahren zum Beurteilen der Startleistung der Batterie aus der
5-Sekunden-Spannung
beinhaltet das Verbinden einer großen Schelle, die mit einer
fiktiven Belastung ausgestattet ist, mit einem Batterieanschluss.
Falls die große
Schelle während der
Entladung unbeabsichtigterweise für eine kurze Zeit entfernt
wird, kann sich ein Funke entwickeln und kann einen menschlichen
Körper
verbrennen. Wenn die Prüfung
sofort nach dem Ende des Ladens durchgeführt wird, existiert ein Explosionsrisiko,
falls ein Funke entsteht. Unter dem Sicherheitsaspekt ist deshalb
die Dauer der Kurzzeitentladung so kurz wie möglich. Falls die Entladezeit
extrem kurz ist, wird jedoch eine Übergangsspannungsschwankung
der Entladung durch eine induktive Komponente einer Verdrahtung
ohne Bezug zur Startleistung der Batterie und zur Kapazitätsverschlechterung
beeinflusst, und eine korrekte Messung kann nicht ausgeführt werden.
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Deshalb
beschreibt die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 7-20087 ein Verfahren, das eine Montage eines Wasserstoffionenerfassungselements
an einer Bleisäurebatterie
beinhaltet, um die Konzentration von Schwefelsäure als ein Elektrolyt zu erfassen,
und den Lade/Entladezustand der Bleisäurebatterie immer überwacht.
Die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 9-33620 beschreibt ein Verfahren, das ein Betreiben einer Bleisäurebatterie
mit einem konstanten Strom für eine
kurze Zeit beinhaltet und so den Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie
erfasst.
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Gemäß dem Verfahren
der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 7-20087, das die
Konzentration des Elektrolyts erfasst, variiert jedoch der Messwert
in Abhängigkeit
von der Montageposition des Messelements, weil die Konzentration des
Elektrolyts innerhalb der Batterie nicht gleichmäßig ist, oder weil mit anderen
Worten die Konzentration im oberen Schichtbereich hoch ist und zum
unteren Schichtbereich allmählich
niedriger wird. Deshalb verändert
sich der Messwert in Abhängigkeit
von der Montageposition, und dieses Verfahren kann nicht als ein
effektives Leistungsabfallzustandserfassungsverfahren bezeichnet
werden.
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Das
Leistungsabfallbeurteilungsverfahren für eine Bleisäurebatterie,
das in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 9-33620 beschrieben ist, beinhaltet die Schritte des Verbindens eines
Widerstandes mit einer Bleisäurebatterie über einen
Schalter, das Schließen
dieses Schalters für 200 μs bis 1 ms,
um die Bleisäurebatterie
zu entladen, das Messen einer Differenz zwischen einer Batteriespannung
zur Zeit dieses Entladens und einer Batteriespannung in einem stabilen
Zustand nach dem Entladen, das Berechnen einer Batteriekapazität oder einer
5-Sekunden-Spannung
aus der Differenzspannung und das Beurteilen, dass die Batterie verschlechtert
ist, wenn die Spannung unter einem vorbestimmten Wert liegt. Gemäß diesem
Verfahren, das einen Widerstand benutzt, ist jedoch die Veränderung
des internen Widerstandes der Bleisäurebatterie nicht proportional
zum Grad des Leistungsabfalls. Das heißt, wenn der Grad des Leistungsabfalls klein
ist, ist das Änderungsmaß klein,
und wenn der Grad des Leistungsabfalls groß wird, wird das Änderungsmaß sehr groß, wodurch
ein großer
Messfehler heraufbeschworen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
Anbetracht der oben beschriebenen Probleme soll die vorliegende
Erfindung ein Leistungsabfallbeurteilungsverfahren für eine Batterie,
das einen verschlechterten Zustand einer Bleisäurebatterie einfach und hochgenau
beurteilen kann, sowie eine Vorrichtung zum Umsetzen des Verfahrens
vorsehen.
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Ein
Leistungsabfallbeurteilungsverfahren für eine Batterie gemäß einem
Aspekt der Erfindung erfasst ein durch eine elektrolytische Wirkung
an Wasser innerhalb einer Bleisäurebatterie
zur Zeit des Ladens der Bleisäurebatterie
erzeugtes Gas. Wenn ein Ladequotient während des Ladens relativ niedrig
ist, wird der Hauptanteil des Ladestroms in der Batterie gespeichert,
aber wenn der Ladequotient wieder ein hohes Niveau gewinnt, erscheinen
Wasserstoff und Sauerstoff an einer negativen Platte bzw. einer
positiven Platte aufgrund einer elektrolytischen Wirkung an Wasser.
Die elektrolytische Wirkung an Wasser tritt auf, da die Elektrodenpotentiale
in der Batterie ausreichende Werte zum Elektrolysieren von Wasser erreichen.
Deshalb kann der Zustand der Bleisäurebatterie durch Erfassen
dieser resultierenden Gase erfasst werden.
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In
dem oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsverfahren der
Erfindung wird der Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie
durch Messen eines Ladestroms und einer Ladespannung gleichzeitig
mit dem Erfassen des zur Zeit des Ladens erzeugten Gases und Vergleichen
der Messwerte mit einem vorbestimmten Stromwert und einem vorbestimmten
Spannungswert beurteilt. Dies basiert auf der Feststellung, dass
für eine
neue Bleisäurebatterie
und für
eine verschlechterte Bleisäurebatterie der
Ladestrom und die Ladespannung zur Zeit der Erzeugung des Gases
während
des Ladens verschieden sind. Folglich kann der Leistungsabfallzustand
genau beurteilt werden.
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In
dem oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsverfahren der
Erfindung wird der Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie
durch Vergleichen eines aus dem gemessenen Ladestrom und der gemessenen
Ladespannung berechneten Widerstandswertes mit einem vorbestimmten
Widerstandswert beurteilt. Es wird auf diese Weise möglich, den Leistungsabfallzustand
selbst bei einer Bleisäurebatterie
zu erfassen, die in ein Ladesystem gesetzt ist, in dem ein Ladestrom
nicht konstant ist.
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In
dem oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsverfahren der
Erfindung wird beim Laden eine Spannung unmittelbar nach dem Ladestart
gespeichert, eine Differenz zur Ladespannung zur Zeit der Gaserzeugung
wird berechnet, und der Differenzwert wird mit einem vorbestimmten
Differenzwert verglichen, um den Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie
zu beurteilen. Die Elektrodenpotentiale in Bleisäurebatterie ändern sich
im Allgemeinen in Abhängigkeit
von der Konzentration (pH) des Elektrolyts in der Nähe der Elektroden.
Deshalb werden, wenn die Änderung
(Differenzwert) zwischen den elektrischen Eigenschaften der Batterie
unmittelbar nach dem Laden und den elektrischen Eigenschaften zur Zeit
der Gaserzeugung verglichen werden, die Einflüsse der Konzentration des in
der Batterie enthaltenen Elektrolyts aufgehoben.
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In
dem oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsverfahren der
Erfindung wird beim Laden der Bleisäurebatterie ein Ladestrom bei
der Ladespannung beim Erzeugen des Gases gemessen, ein aus einer
Differenzspannung zwischen der Spannung unmittelbar nach dem Ladestart
und der Ladespannung und aus dem Ladestrom bestimmter Widerstand
wird berechnet, und der Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie
wird durch Vergleichen des so berechneten Widerstandswerts mit einem
vorbestimmten Differenzwiderstandswert beurteilt. Es ist so möglich, die
Einflüsse
der Konzentration des Elektrolyts zu beseitigen und den Leistungsabfallzustand einer
Bleisäurebatterie
in einem Ladesystem, in dem ein Ladestrom nicht konstant ist, zu
erfassen.
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In
dem oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsverfahren der
Erfindung werden die Menge des während
des Ladens erzeugten Gases oder seine Konzentration oder seine Erzeugungsgeschwindigkeit,
oder wenigstens zwei von diesen Werten, erfasst und jeder der Messwerte
wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen, um den Leistungsabfallzustand
der Bleisäurebatterie
zu beurteilen. Dies basiert auf der Feststellung, dass die Menge des
resultierenden Gases, seine Konzentration und seine Erzeugungsgeschwindigkeit
zwischen einer neuen Bleisäurebatterie
und einer verschlechterten Batterie verschieden sind.
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Das
oben beschriebene Leistungsabfallbeurteilungsverfahren der Erfindung
legt fest, dass das Gas Wasserstoff oder Sauerstoff oder beides
ist.
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Eine
Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtung einer Bleisäurebatterie
gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Gaserfassungseinrichtung
zum Erfassen eines in einer Bleisäurebatterie erzeugten Gases;
eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur
in der Bleisäurebatterie;
und eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Ausgangssignalen
der Gaserfassungseinrichtung und der Temperaturerfassungseinrichtung,
wobei der Zustand der Bleisäurebatterie
auf der Basis von Daten von der Signalverarbeitungseinrichtung beurteilt
wird. Diese Erfindung ist eine Erfindung der Vorrichtung, die die
Erfindung eines oben beschriebenen Verfahrens nutzt, und ihre Vorteile
sind gleich jenen der Erfindung eines Verfahrens.
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Die
oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtung enthält ferner
eine Strom/Spannungsmesseinrichtung zum Messen eines Stroms und
einer Spannung am Ladestart der Bleisäurebatterie und zur Zeit einer
Gaserzeugung, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung einen Widerstand
aus dem Strom und der Spannung, die durch die Strom/Spannungsmesseinrichtung
gemessen werden, berechnen kann, und der Leistungsabfallzustand
der Bleisäurebatterie
wird aus gemessenen elektrischen Eigenschaften der Bleisäurebatterie oder
aus der Differenz zwischen Werten elektrischer Eigenschaften zum
Ladestart und zur Zeit der Gaserzeugung beurteilt. Diese Erfindung
ist eine Erfindung einer Vorrichtung, die die Erfindung des oben
beschriebenen Verfahrens nutzt, und ihre Vorteile sind gleich jenen
der Erfindung des Verfahrens.
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Bei
der oben beschriebenen L Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtung
erfasst die Gaserfassungseinrichtung nicht nur das Gas, sondern
kann auch wenigstens zwei Größen einer
Gasmenge, einer Gaskonzentration und einer Gaserzeugungsgeschwindigkeit
erfassen, und der Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie
wird auf der Basis dieser Daten beurteilt. Diese Erfindung ist eine
Erfindung einer Vorrichtung, die die Erfindung des oben beschriebenen
Verfahrens nutzt, und ihre Vorteile sind gleich jenen der Erfindung
des Verfahrens.
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In
der oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtung erfasst
die Gaserfassungseinrichtung Wasserstoff oder Sauerstoff oder beides als
Gas.
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In
der oben beschriebenen Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtung ist
die Gaserfassungseinrichtung an einem Gasabsaugkanal eines Flüssigkeitsöffnungsstopfens
der Bleisäurebatterie
eingebaut.
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Eine
Bleisäurebatterie
gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine oben beschriebene Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtung.
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Die
vorliegende Erfindung kann aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Bleisäurebatterie;
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2 eine
schematische Darstellung zum Erläutern
des Einbaus eines Gasdetektors in die Bleisäurebatterie gemäß der Erfindung;
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3 ein
Diagramm der Veränderungen
einer Spannung, eines Stroms und einer Wasserstoffkonzentration
zur Zeit des Ladens der Bleisäurebatterie;
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4A und 4B Blockschaltbilder
von Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtungen einer Batterie gemäß Ausführungsbeispiel
1 (4A) bzw. Ausführungsbeispiel
2 (4B) der Erfindung;
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5 ein
Flussdiagramm eines Leistungsabfallbeurteilungsverfahrens einer
Batterie gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 ein
Diagramm der Veränderung
einer resultierenden Wasserstoffkonzentration aufgrund eines Leistungsabfalls
der Bleisäurebatterie;
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7 ein
Diagramm der Veränderung
einer Ladespannung zur Zeit des Erzeugens von Wasserstoff aufgrund
eines Leistungsabfalls der Bleisäurebatterie;
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8 ein
Diagramm der Veränderung
eines Ladestroms zur Zeit des Erzeugens von Wasserstoff aufgrund
eines Leistungsabfalls der Bleisäurebatterie;
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9 ein
Diagramm der Veränderung
eines aus Strom und Spannung berechneten Widerstandswerts zur Zeit
des Erzeugens von Wasserstoff aufgrund eines Leistungsabfalls der
Bleisäurebatterie;
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10 ein
Diagramm der Differenz zwischen einer Spannung zur Zeit des Erzeugens
von Wasserstoff aufgrund eines Leistungsabfalls der Bleisäurebatterie
und einer Spannung unmittelbar nach dem Ladestart; und
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11 ein
Diagramm des aus dem Strom zur Zeit des Erzeugens von Wasserstoff
aufgrund eines Leistungsabfalls der Bleisäurebatterie und der Spannung
zur Zeit des Erzeugens von Wasserstoff berechneten Widerstandswerts.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ein
Verfahren zum Beurteilen eines Leistungsabfalls einer Batterie und
eine Vorrichtung für das
Verfahren gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
erläutert.
Die Batterie der Erfindung ist beispielsweise eine Bleisäurebatterie. 1 zeigt
einen schematischen Querschnittsaufbau der Bleisäurebatterie. 2 ist
eine Perspektivansicht der Bleisäurebatterie
und erläutert
einen Einbau eines Gasdetektors. Die Bleisäurebatterie 10 ist
am typischsten eine Sekundärzelle
und ist aus einer positiven Platte 1, einer negativen Platte 2,
einer Trennvorrichtung 3, einem Elektrolyten 4,
einem Gefäß 5 und
einer Abdeckung 6 aufgebaut. Mit anderen Worten wird die
Bleisäurebatterie 10 durch
entweder paralleles oder serielles Verbinden mehrerer Zelleneinheiten,
die jeweils die negative und die positive Platte 2 und 1 so
angeordnet haben, dass sie mit der Trennvorrichtung 3 in
der Mitte einander zugewandt sind, und Aufnehmen der Zelleneinheiten
in das mit dem Elektrolyt 4 gefüllte Kunstharzgefäß 5 hergestellt.
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Die
positive Platte 1 wird durch Packen einer Masse, hergestellt
durch Kneten von Bleioxidpulver mit verdünnter Schwefelsäure, in
ein Gitter aus Blei oder einer Bleilegierung, und dann Ausführen von Trocknen,
Altern und Formen hergestellt. Die positive Platte 1 verwendet
zweisäuriges
Blei (PbO2) als positives aktives Material.
Die negative Platte 2 verwendet eine in der gleichen Weise
wie die positive Platte hergestellte pastenartige Platte, aber Blei
(Pb) wird als negatives aktives Material verwendet. Der Elektrolyt 4 benutzt
eine wässrige
Lösung
Schwefelsäure (H2SO4).
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Ein
positiver Anschluss 1a, der elektrisch mit der positiven
Platte 1 verbunden ist, und ein negativer Anschluss 2a,
der elektrisch mit der negativen Platte 2 verbunden ist,
sind in der Abdeckung 6 vorgesehen. Insgesamt sechs Flüssigkeitsöffnungsstopfen,
die jeweils einer Zelleneinheit entsprechen, zum Ergänzen von
in der Zelle verbrauchten Wasser sind ferner an der Abdeckung 6 vorgesehen,
wie in 2 dargestellt. Ein Gasabsaugkanal 7a zum
Absaugen des in der Zelle erzeugten Gases ist in jedem Flüssigkeitsöffnungsstopfen 7 ausgebildet,
um einen Anstieg des Innendrucks der Zelle zu verhindern.
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Die
folgende Reaktion findet an jeder negativen und positiven Platte
zur Zeit des Entladens in der Bleisäurebatterie statt. negative Platte: Pb + H2SO4 + 2H2O → PbSO4 + 2H3O+ +
2e– (1) positive Platte: PbO2 +
H2SO4 + 2H3O+ + 2e– → PbSO4 + 4H2O (2)
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Mit
anderen Worten findet zur Zeit des Entladens insgesamt folgende
Reaktion statt: PbO2 +
Pb + 2H2SO4 → PbSO4 + PbSO4 + 2H2O (3)
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Den
Reaktionen (1), (2) und (3) entgegengesetzte Reaktionen finden zur
Zeit des Ladens statt.
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Eine
Elektrolyse des Wassers findet an den negativen und positiven Platten
als eine Nebenreaktion statt, wenn die Bleisäurebatterie geladen wird: negative Platte: 2H3O+ + 2e– → H2 +
2H2O (4) positive Platte: 3H3O → O2/2 + 2H3O+ + 2e– (5)
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3 zeigt
das Ergebnis einer Untersuchung der Veränderungen der Spannung, des Stroms
und der Wasserstoffkonzentration zur Zeit des Ladens der Bleisäurebatterie.
Gemäß dieser
Untersuchung beginnt Wasserstoff an dem Punkt zu erscheinen, zu
dem etwa 15 Minuten seit dem Start des Ladens verstrichen sind.
Die Erzeugung von Wasserstoff ist in der Anfangsstufe gering, aber
steigt drastisch, nachdem etwa 40 Minuten seit dem Start des Ladens
verstrichen sind, und stabilisiert sich auf der Untergrenze ab dem
Punkt, zu dem die Wasserstoffkonzentration den Spitzenwert erreicht,
nachdem etwa 80 Minuten seit dem Start des Ladens verstrichen sind.
Bezüglich
des Verhaltens des Stroms beginnt der Strom, ab dem Start der Wasserstofferzeugung
drastisch zu sinken, und stabilisiert sich auf der Untergrenze ab
dem Punkt, zu dem die Wasserstoffkonzentration den Spitzenwert erreicht.
Hinsichtlich der Spannung beginnt die Spannung ab dem Start des
Ladens zu steigen, und stabilisiert sich an der Obergrenze an dem
Punkt, zu dem die Wasserstofferzeugung beginnt.
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Als
Ergebnis wird der Hauptteil des Ladestroms in der Batterie gespeichert,
wenn der Ladequotient während
des Ladens der Bleisäurebatterie niedrig
ist, aber Wasserstoff und Sauerstoff werden aufgrund der elektrolytischen
Wirkung an Wasser von der negativen Platte bzw. der positiven Platte
erzeugt, wenn der Ladequotient ein hohes Niveau erreicht. Diese
elektrolytische Wirkung an Wasser tritt auf, weil der Elektrodenabschnitt
in der Batterie einen ausreichenden Wert zum Elektrolysieren von
Wasser erreicht. Deshalb erfasst dieses Ausführungsbeispiel den Zustand
der Bleisäurebatterie
durch Erfassen dieser resultierenden Gase.
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Deshalb
ordnet dieses Ausführungsbeispiel einen
Gasdetektor 11 als Gaserfassungseinrichtung an einem Gasabsaugkanal 7a jedes
Flüssigkeitsöffnungsstopfens 7 an.
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Der
Gasdetektor 11 kann für
jeden Flüssigkeitsöffnungsstopfen 7 angeordnet
werden, oder die Gasabsaugkanäle 7a der
Flüssigkeitsöffnungsstopfen 7 können an
einer Position verbunden werden und der Gasdetektor 11 kann
an dieser Position angeordnet werden. Weiter kann der Gasdetektor 11 alternativ
an dem Gasabsaugkanal 7a eines Flüssigkeitsöffnungsstopfens 7 als
eine repräsentative
Position angeordnet werden. Der Gasdetektor 11 kann weiter
innerhalb der Bleisäurebatterie
angeordnet werden.
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Neben
der bloßen
Erfassung des Gases können
einige Gasdetektoren auch die Menge und die Konzentration des Gases
und seine Erzeugungsgeschwindigkeit erfassen. Außerdem kann der Gasdetektor
sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff als Gas erfassen.
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4A und 4B sind
Blockschaltbilder, die Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtungen
für eine Batterie
gemäß Ausführungsbeispiel
1 bzw. 2 der Erfindung zeigen. Im in 4A dargestellten
Ausführungsbeispiel
1 enthält
die Leistungsabfallbeurteilungsvorrichtung einen Gasdetektor 11 als
Gaserfassungseinrichtung, ein Thermometer 12 als Temperaturerfassungseinrichtung
zum Erfassen der Temperatur in der Bleisäurebatterie, ein Strom/Spannungsmeter 13 als
Strom/Spannungsmesseinrichtung zum Messen eines Stroms und einer
Spannung der Batterie und einen Signalprozessor 14 als
Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Ausgangssignalen
des Gasdetektors 11, des Thermometers 12 und des
Strom/Spannungsmeters 13. Der Grund, warum der Gasdetektor 11 in
der Lage ist, nicht nur das Gas, sondern auch die Menge, die Konzentration und
die Erzeugungsgeschwindigkeit des Gases zu erfassen, liegt darin,
dass sie eine Korrelation zum Leistungsabfall der Bleisäurebatterie 10 haben,
und der Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie 10 kann
aus ihnen beurteilt werden, wie später beschrieben wird.
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Das
Thermometer 12 ist in dem Elektrolyten 4 der Bleisäurebatterie 10 angeordnet,
wie in 1 dargestellt. Die Temperatur in der Bleisäurebatterie 10 hat
eine enge Beziehung zum Entstehungszustand des Gases. Das Entstehen
des Gases wird gefördert,
wenn die Temperatur hoch ist, und unterdrückt, wenn die Temperatur niedrig
ist. Deshalb wird der Beurteilungswert des Zustandes der Bleisäurebatterie 10 durch
die Temperatur korrigiert. Das Strom/Spannungsmeter 13 misst
die elektrischen Eigenschaften der Bleisäurebatterie 10 zum
Start des Ladens und während
des Entstehens des Gases und vergleicht sie. Auf diese Weise kann
der Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie 10 beurteilt
werden.
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Im
in 4A dargestellten Ausführungsbeispiel 1 werden die
Ausgangssignale des Gasdetektors 11, des Thermometers 12 und
des Strom/Spannungsmeters 13 zum Signalprozessor 14 als
Signalberechnungseinrichtung geschickt, und das Ergebnis wird dort
berechnet. Der Signalprozessor 14 berechnet einen Widerstand
aus dem Strom und der Spannung, die gemessen werden. Die von dem
Signalprozessor 14 bearbeiteten Daten werden zu einer elektronischen
Steuereinheit (ECU) 15 geschickt.
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Im
in 4B dargestellten Ausführungsbeispiel 2 ist der Signalprozessor 14 in
der ECU 15 eingebaut.
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5 zeigt
in einem Flussdiagramm ein Leistungsabfallbeurteilungsverfahren
der Batterie gemäß diesem
Ausführungsbeispiel.
Zunächst
wird in Schritt S1 ein Laden der Bleisäurebatterie 10 gestartet.
Als nächstes
misst das Strom/Spannungsmeter 13 die Spannung unmittelbar
nach dem Ladestart in Schritt S2 und die ECU 15 speichert
den Messwert. Der Gasdetektor 11 erfasst in Schritt S3
das in der Bleisäurebatterie 10 erzeugte
Gas. Der Ablauf geht zum Ablauf einer Leistungsabfallbeurteilung,
wenn ein Ladequotient der Bleisäurebatterie 10 wieder
ein hohes Niveau erreicht und die Batterie einen vorbestimmten Zustand
erreicht.
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Die
folgenden fünf
Verfahren sind als Leistungsabfallbeurteilungsablauf (Verfahren)
denkbar. Im ersten Leistungsabfallbeurteilungsverfahren geht der
Ablauf zu Schritt S4, wenn das Entstehen des Gases in Schritt S3
erfasst wird, und der Gasdetektor 11 erfasst den Maximalwert
der Konzentration des resultierenden Gases oder die Erzeugungsmenge
des Gases oder den Maximalwert der Erzeugungsgeschwindigkeit des
Gases oder wenigstens zwei Größen davon.
Als nächstes
geht der Ablauf zu Schritt S5, wo der Messwert mit einem vorbestimmten
Wert verglichen wird, um in Schritt S6' den Leistungsabfallzustand zu beurteilen.
Mit anderen Worten ist die volle Ladekapazität (Ah) groß, wenn die Bleisäurebatterie 10 neu
ist, und die Konzentration (%) des erzeugten Wasserstoffs ist niedrig,
wenn Wasserstoff als Erzeugungsgas erfasst wird, wie in 6 dargestellt. Die
volle Ladekapazität
wird mit dem Fortschritt des Leistungsabfalls der Batterie kleiner,
die Wasserstoffkonzentration wird wahrscheinlich höher. Deshalb
ist die Wasserstoffkonzentration von etwa 9% als Beurteilungswert
(vorbestimmter Wert) eingestellt, und wenn die Konzentration des
resultierenden Wasserstoffs 9% übersteigt,
wird die Batterie als verschlechtert beurteilt. Weitere Erzeugungsmengen
und Erzeugungsgeschwindigkeiten sind nicht als Diagramm darstellt,
aber weil die Beobachtung bezüglich
der Konzentration ebenfalls gilt, kann der Leistungsabfallzustand
der Bleisäurebatterie 10 durch
Einstellen eines vorbestimmten Werts und Vergleichen mit dem Messwert
beurteilt werden. Die gleiche Beobachtung gilt auch für Sauerstoff.
Wenn Sauerstoff als Erfassungsgas benutzt wird, kann jedoch die
Messgenauigkeit geringer sein, weil Sauerstoff in der Luft existiert.
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Gemäß dem zweiten
Leistungsabfallbeurteilungsverfahren geht der Ablauf weiter zu Schritt
S6, wenn das Gas in Schritt S3 erzeugt wird, und der Strom und die
Spannung zur Zeit der Gaserzeugung werden durch das Strom/Spannungsmeter 13 gemessen.
Der Ablauf geht dann zu Schritt S10, und diese Messwerte werden
mit vorbestimmten Werten verglichen, um so in Schritt S11 den Leistungsabfallzustand
zu beurteilen. Mit anderen Worten ist, wenn Wasserstoff als Erzeugungsgas
erfasst wird, die volle Ladekapazität groß, wenn die Bleibatterie 10 neu
ist und die Spannung niedrig ist. Währenddessen wird die volle
Ladekapazität
mit dem Fortschritt des Leistungsabfalls der Batterie kleiner, die
Spannung wird zu dieser Zeit wahrscheinlich höher. Deshalb wird die Spannung
zur Zeit der vollen Ladekapazität
von etwa 14,8 V als Beurteilungswert (vorbestimmter Wert) eingestellt,
und wenn die Spannung diesen Wert übersteigt, erfolgt eine Leistungsabfallbeurteilung. Hinsichtlich
des Stroms ist die volle Ladekapazität groß und es gibt die Obergrenze
für den
Ladestrom zu dieser Zeit, wenn die Bleibatterie neu ist. Jedoch wird
die volle Ladekapazität
mit dem Fortschritt des Leistungsabfalls kleiner. Obwohl der Ladestrom
zu Beginn nicht stark abfällt,
fällt er
wahrscheinlich mit dem Fortschritt des Leistungsabfalls allmählich ab. Deshalb
wird ein Strom von etwa 18,5 A zur Zeit der vollen Ladekapazität als Beurteilungswert
(vorbestimmter Wert) eingestellt, und die Batterie wird als verschlechtert
beurteilt, wenn der Strom kleiner als dieser Wert ist. Der Leistungsabfallzustand
der Bleisäurebatterie
kann durch ein ähnliches
Verfahren beurteilt werden, wenn das Gas Sauerstoff ist oder sowohl
Sauerstoff als auch Wasserstoff enthält.
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Gemäß dem dritten
Leistungsabfallbeurteilungsverfahren geht der Ablauf weiter zu Schritt
S7, nachdem der Strom und die Spannung zur Zeit der Gaserzeugung
durch das Strom/Spannungsmeter 13 gemessen sind und der
Widerstandswert auf der Basis des gemessenen Stromwerts und Spannungswerts
durch den Signalprozessor 14 berechnet ist. Als nächstes geht
der Ablauf zu Schritt S10, und der berechnete Widerstandswert wird
mit einem vorbestimmten Widerstandswert verglichen, um den Leistungsabfallzustand
in Schritt S11 zu beurteilen. Mit anderen Worten ist im Fall von
Wasserstoff als dem erzeugten Gas die volle Ladekapazität groß, wenn die
Bleisäurebatterie 10 neu
ist, und ihr Widerstandswert ist niedrig. Währenddessen wird die volle
Ladekapazität
mit dem Fortschritt des Leistungsabfalls der Batterie kleiner, der
Widerstandswert zu dieser Zeit wird wahrscheinlich größer. Deshalb
wird der Widerstandswert von etwa 0,80 Ω als Beurteilungswert (vorbestimmter
Wert) eingestellt, und wenn der Widerstandswert diesen Wert übersteigt,
wird beurteilt, dass die Batterie schlechter wird. Der Leistungsabfallzustand
der Bleisäurebatterie
kann durch ein ähnliches
Verfahren beurteilt werden, selbst wenn das Gas Sauerstoff ist oder
sowohl Sauerstoff als auch Wasserstoff enthält.
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Gemäß dem vierten
Leistungsabfallbeurteilungsverfahren werden der Strom und die Spannung zur
Zeit der Gaserzeugung in Schritt S6 gemessen und der Ablauf geht
dann weiter zu Schritt S8, wo die Differenz (Änderungsmaß) zwischen der Spannung zum
Start des Ladens, die in Schritt S2 gemessen wird, und der Spannung
zur Zeit der Gaserzeugung, die in Schritt S6 gemessen wird, berechnet
wird. Als nächstes
geht der Ablauf zu Schritt S10, wo der in Schritt S6 berechnete
Differenzwert (Spannungsänderungsmaß) mit einem
vorbestimmten Differenzwert verglichen wird, um in Schritt S11 den
Leistungsabfallzustand zu beurteilen. Mit anderen Worten ist hinsichtlich
des Änderungsmaßes von
der Spannung unmittelbar nach dem Start des Ladens zur Spannung
zur Zeit der Wasserstofferzeugung, wenn Wasserstoff als das Erzeugungsgas
erfasst wird, und ein Laden mit einem konstanten Strom von einem
vorbestimmten Batteriezustand (zum Beispiel Ladequotient von 0%)
erfolgt, wie in 10 dargestellt, zum Beispiel
die volle Ladekapazität
groß und
das Spannungsänderungsmaß klein,
wenn die Bleisäurebatterie 10 neu
ist, aber wenn ein Leistungsabfall der Batterie fortschreitet, wird
die volle Ladekapazität
kleiner, während
das Spannungsänderungsmaß wahrscheinlich
größer wird.
Deshalb wird das Spannungsänderungsmaß von etwa
2,4 V zur Zeit der vollen Ladekapazität als Beurteilungswert (vorbestimmter Wert)
eingestellt, und es wird beurteilt, dass die Batterie schlechter
wird, wenn das Spannungsänderungsmaß diesen
vorbestimmten Wert übersteigt. Der
Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie kann
durch ein ähnliches
Verfahren beurteilt werden, wenn das Gas Sauerstoff ist oder sowohl
Sauerstoff als auch Wasserstoff enthält.
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Gemäß dem fünften Leistungsabfallbeurteilungsverfahren
geht der Ablauf weiter zu Schritt S9, nachdem die Differenz (Änderungsmaß) zwischen der
Spannung zum Ladestart, die in Schritt S2 gemessen wird, und der
Spannung zur Zeit der Gaserzeugung, die in Schritt S6 gemessen wird,
berechnet ist. In Schritt S9 wird der Widerstand unter Verwendung
des in Schritt S8 berechneten Differenzwerts (Änderungsmaß)-und des Stroms zur Zeit
der Gaserzeugung, der in Schritt S6 gemessen wird, berechnet. Als
nächstes
geht der Ablauf zu Schritt S10, und der in Schritt S9 berechnetet
Widerstandswert wird mit einem vorbestimmten Differenzwiderstandswert verglichen,
um den Leistungsabfallzustand in Schritt S11 zu beurteilen. Der
aus dem Strom zur Zeit der Wasserstofferzeugung und aus der Differenzspannung
(Spannungsänderungsmaß) zwischen
der Spannung unmittelbar nach dem Ladestart und der Spannung zur
Zeit der Wasserstofferzeugung im Fall von Wasserstoff als Erzeugungsgas
berechnete Widerstandswert, wenn die Batterie mit einem konstanten
Strom von einem vorbestimmten Batteriezustand (zum Beispiel Ladequotient
von 0%) geladen wird, wie in 11 dargestellt,
wird nun betrachtet. Wenn die Bleisäurebatterie neu ist, ist die
volle Ladekapazität
groß und
der aus dem Spannungsänderungsmaß berechnete
Widerstandswert ist klein. Wenn der Leistungsabfall der Batterie
fortschreitet, wird jedoch die volle Ladekapazität kleiner, wohingegen der Widerstandswert
wahrscheinlich größer wird.
Deshalb wird ein Widerstandswert von etwa 130 mΩ zur Zeit der vollen Ladekapazität als Beurteilungswert
(vorbestimmter Wert) eingestellt, und es wird beurteilt, dass die
Batterie schlechter wird, wenn dieser Wert überschritten wird. Der Leistungsabfallzustand
der Bleisäurebatterie
kann durch ein ähnliches
Verfahren beurteilt werden, wenn das Gas Sauerstoff ist oder sowohl
Sauerstoff als auch Wasserstoff enthält.
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Übrigens
wird, wenn die Entladung ohne Erreichen der Gaserzeugung nach dem
Ladestart in den oben beschriebenen Verfahren gestartet wird, eine ähnliche
Zustandserfassung bei einem anderen Anlass ausgeführt.
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Der
in der Beschreibung verwendete Begriff „Leistungsabfallzustand der
Bleisäurebatterie" stellt dar, dass
die Bleisäurebatterie
im Zustand beispielsweise einer Sulfatation (wo die Kristalle des
Bleisäuresulfats
so groß werden,
dass der Ausgangszustand der Batterie nicht wiederhergestellt werden
kann, selbst wenn ein Laden erfolgt), eines Lösungsverlusts, einer übermäßigen Wasserergänzung, einer Gitterkorrosion
und einer Entfestigung ist.
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Wie
oben erläutert,
erfasst die vorliegende Erfindung die Gaserzeugung nach dem Ladestart
der Bleisäurebatterie,
erfasst die elektrischen Eigenschaften der Batterie und die Konzentration,
die Menge und die Erzeugungsgeschwindigkeit des Gases, und beurteilt
den Leistungsabfallzustand der Bleisäurebatterie durch Vergleichen
dieser Messwerte mit den Bestimmungsergebnissen der im Voraus berechneten
Beziehung zwischen dem Leistungsabfallzustand und diesen Faktoren.
Weil die Gaserzeugung und die elektrischen Eigenschaften zur Zeit
der Gaserzeugung so erfasst werden, wird es möglich, nicht nur leicht den
Zustand der Bleisäurebatterie
zu erfassen, sondern auch individuell einen Leistungsabfall der
positiven Platte und der negativen Platte der Bleisäurebatterie
und einen Leistungsabfall des Elektrolyts zu erfassen, abhängig von
der Art des erfassten Gases.
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Während die
Erfindung unter Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele zu Veranschaulichungszwecken
beschrieben worden ist, sollte es offensichtlich sein, dass zahlreiche
Modifikationen daran durch den Fachmann ohne Verlassen des Grundkonzepts und
des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen werden können.