DE102010027006B4 - A method of charging a battery connected to an electrical charge source - Google Patents
A method of charging a battery connected to an electrical charge source Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010027006B4 DE102010027006B4 DE102010027006A DE102010027006A DE102010027006B4 DE 102010027006 B4 DE102010027006 B4 DE 102010027006B4 DE 102010027006 A DE102010027006 A DE 102010027006A DE 102010027006 A DE102010027006 A DE 102010027006A DE 102010027006 B4 DE102010027006 B4 DE 102010027006B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- charging
- charge
- accumulator
- phase
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00711—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
- H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
- H02J7/007184—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage in response to battery voltage gradient
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/06—Lead-acid accumulators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Verfahren zum Laden eines an eine elektrische Ladungsquelle (10) angeschlossenen Akkumulators (12) mit einer Nennkapazität, wobei dem Akkumulator (12) aus der Ladungsquelle (10) elektrische Ladung zugeführt wird, wozu die Ladungsquelle (10) mittels einer Steuereinheit (14) hinsichtlich einer elektrischen Ladespannung und eines elektrischen Ladestromes gesteuert wird, wobei das Laden in mehreren aufeinanderfolgenden Ladephasen (20, 22, 24, 26) erfolgt, wobei in einer ersten Ladephase (20) ein konstanter Ladestrom verwendet wird, bis die Ladespannung und/oder eine Ladespannungsänderung einen vorgegebenen ersten Vergleichswert erreicht, woraufhin in einer zweiten Ladephase (22) eine konstante Ladespannung verwendet wird, bis der Ladestrom und/oder eine Ladestromänderung einen vorgegebenen zweiten Vergleichswert erreicht, wobei in einer dritten Ladephase (24) der Akkumulator (12) mittels Ladungsimpulsen (30) geladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Ladungsimpulse (30) in Abhängigkeit der während der ersten und der zweiten Ladephasen (20, 22) dem Akkumulator (12) zugeführten Ladung und der Nennkapazität des Akkumulators (12) gewählt wird, wobei zur Bestimmung der Anzahl der Ladungsimpulse (30) ein Verhältnis der während der ersten beiden Ladephasen (20, 22) dem Akkumulator (12) zugeführten Ladung zur Nennkapazität des Akkumulators (12) dient, wobei die Pulsform und Pulsdauer der Ladungsimpulse (30) in Abhängigkeit der während der ersten und der zweiten Ladephasen (20, 22) dem Akkumulator (12) zugeführten Ladung und der Nennkapazität gewählt wird, und wobei die Pulsdauer an die Amplitude des Ladungsimpulses (30) angepasst wird, so dass eine vorgegebene Menge elektrischer Ladung im jeweiligen Ladungsimpuls (30) enthalten ist.Method for charging a rechargeable battery (12) having a rated capacity connected to an electrical charge source (10), wherein electrical charge is supplied to the rechargeable battery (12) from the charge source (10), to which end the charge source (10) by means of a control unit (14) an electrical charging voltage and an electrical charging current is controlled, wherein the charging takes place in a plurality of successive charging phases (20, 22, 24, 26), wherein in a first charging phase (20), a constant charging current is used until the charging voltage and / or a charging voltage change reaches a predetermined first comparison value, whereupon in a second charging phase (22) a constant charging voltage is used until the charging current and / or a charging current change reaches a predetermined second comparison value, wherein in a third charging phase (24) the accumulator (12) by means of charge pulses ( 30), characterized in that the number of charge pulses (30) is selected as a function of the charge supplied to the accumulator (12) during the first and the second charging phases (20) and of the rated capacity of the accumulator (12), wherein a ratio of the during the first two to determine the number of charge pulses (30) Charge phases (20, 22) the accumulator (12) supplied charge to the nominal capacity of the accumulator (12), the pulse shape and pulse duration of the charge pulses (30) in dependence on during the first and the second charging phases (20, 22) the accumulator ( 12), and wherein the pulse duration is adjusted to the amplitude of the charge pulse (30) so that a predetermined amount of electrical charge is contained in the respective charge pulse (30).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines an eine elektrische Ladungsquelle angeschlossenen Akkumulators mit einer Nennkapazität, wobei dem Akkumulator aus der Ladungsquelle elektrische Ladung zugeführt wird, wozu die Ladungsquelle mittels einer Steuereinheit hinsichtlich einer elektrischen Ladespannung und eines elektrischen Ladestromes gesteuert wird, wobei das Laden in mehreren aufeinanderfolgenden Ladephasen erfolgt, wobei in einer ersten Ladephase ein konstanter Ladestrom verwendet wird, bis die Ladespannung und/oder eine Ladespannungsänderung einen vorgegebenen ersten Vergleichswert erreicht, woraufhin in einer zweiten Ladephase eine konstante Ladespannung verwendet wird, bis der Ladestrom und/oder eine Ladestromänderung einen vorgegebenen zweiten Vergleichswert erreicht, wobei in einer dritten Ladephase der Akkumulator mittels Ladungsimpulsen geladen wird.The invention relates to a method for charging a battery connected to an electric charge source with a nominal capacity, wherein the accumulator from the charge source, electrical charge is supplied, for which the charge source is controlled by a control unit with respect to an electrical charging voltage and an electrical charging current, said charging in several consecutive charging phases, wherein in a first charging phase, a constant charging current is used until the charging voltage and / or a charging voltage change reaches a predetermined first comparison value, whereupon in a second charging phase, a constant charging voltage is used until the charging current and / or a charging current change a reached predetermined second comparison value, wherein in a third charging phase of the accumulator is charged by means of charge pulses.
Ladungsverfahren der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Anwendungen integriert. Sie dienen zur Aufladung von Akkumulatoren, beispielsweise Blei-Säure-Akkumulatoren, aber auch zur Aufladung von Metall-Lauge-Akkumulatoren wie Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, Lithium-Hydrid-Akkumulatoren oder dergleichen. Ein Akkumulator kann je nach Konstitution seiner Elektroden, seines Elektrolyten oder dergleichen beispielsweise ein Gel-, Vlies- oder auch Nassakkumulator sein, wie er insbesondere in Form eines Blei-Säure-Akkumulators im Bereich der Traktion sowie auch im stationären Einsatz, beispielsweise bei Krankenfahrstühlen, Reinigungsmaschinen, Flurförderfahrzeugen, Elektroautos, Notstromanlagen und dergleichen zum Einsatz kommt.Charging methods of the generic type are integrated in the prior art in a variety of applications. They are used to charge batteries, such as lead-acid batteries, but also for charging metal-alkaline batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, lithium hydride batteries or the like. Depending on the constitution of its electrodes, its electrolyte or the like, an accumulator can be, for example, a gel, nonwoven or else wet accumulator, in particular in the form of a lead-acid accumulator in the area of traction as well as in stationary use, for example in wheelchairs, Cleaning machines, industrial trucks, electric cars, emergency power systems and the like is used.
Zum Warten des Akkumulators werden geregelte beziehungsweise ungeregelte Verfahren eingesetzt, wobei deren Umschalt-, Einschalt- und/oder Regelparameter in der Normung niedergelegt sind, beispielsweise in den DIN-Normen DIN 41762 bis DIN 41774.Regarded or uncontrolled methods are used to maintain the accumulator, with their switching, switch-on and / or control parameters being laid down in the standardization, for example in the DIN standards DIN 41762 to DIN 41774.
Ein Verfahren zum Laden eines Akkumulators der gattungsgemäßen Art sieht häufig zwei Ladephasen vor, die üblicherweise unmittelbar aufeinander folgen. In einer ersten Ladephase wird ein im Wesentlichen konstanter Ladestrom verwendet, bis die Ladespannung einen vorgebbaren ersten Vergleichswert erreicht. Daraufhin wird automatisch die zweite Ladephase eingeleitet, die eine im Wesentlichen konstante Ladespannung verwendet, wobei die Ladespannung üblicherweise dem ersten Vergleichswert entspricht. Die Ladung wird in dieser zweiten Phase fortgeführt, bis der Ladestrom einen vorgebbaren zweiten Vergleichswert erreicht. Sodann wird das Verfahren zum Laden des Akkumulators automatisch beendet.A method for charging a rechargeable battery of the generic type often provides two charging phases, which usually follow one another directly. In a first charging phase, a substantially constant charging current is used until the charging voltage reaches a predeterminable first comparison value. Then, the second charging phase is automatically initiated, which uses a substantially constant charging voltage, wherein the charging voltage usually corresponds to the first comparison value. The charge is continued in this second phase until the charge current reaches a predefinable second comparison value. Then, the method for charging the battery is automatically terminated.
Zur Durchführung des Verfahrens zum Laden des Akkumulators wird der Akkumulator an die elektrische Ladungsquelle angeschlossen. Hierzu wird zwischen Anschlüssen des Akkumulators, beispielsweise seinen Polen, jeweils eine elektrische Verbindung in Form einer elektrischen Leitung an die entsprechenden Anschlüsse der Ladungsquelle hergestellt. Die elektrische Ladespannung liegt somit sowohl an der Ladungsquelle als auch am Akkumulator an. Der Ladungsstrom wird durch die Ladungsquelle bereitgestellt und strömt durch eine der elektrischen Leitungen zum Akkumulator, durch den Akkumulator hindurch und über eine andere der elektrischen Leitungen wieder zur Ladungsquelle zurück. Dadurch ist der Stromkreis geschlossen. Aufgrund des Ladestroms wird dem Akkumulator eine elektrische Ladung zugeführt. Bekanntermaßen entspricht die zugeführte Ladung in der Regel etwa dem über die Zeit integrierten elektrischen Strom.To carry out the method for charging the accumulator, the accumulator is connected to the electric charge source. For this purpose, in each case an electrical connection in the form of an electrical line to the corresponding terminals of the charge source is made between terminals of the accumulator, for example its poles. The electrical charging voltage is thus applied to both the charge source and the accumulator. The charge current is provided by the charge source and flows back to the charge source through one of the electrical leads to the accumulator, through the accumulator, and through another of the electrical leads. This closes the circuit. Due to the charging current, an electrical charge is supplied to the accumulator. As is known, the supplied charge generally corresponds approximately to the electrical current integrated over time.
Als Ladungsquelle kann beispielsweise ein Netzgerät dienen, welches elektrische Energie aus einem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezieht. Die Ladungsquelle kann aber auch eine Batterie, insbesondere ein weiterer Akkumulator, ein Notstromaggregat oder dergleichen sowie auch eine Kombination hiervon sein. Die Ladungsquelle wird von. der Steuereinheit gesteuert. Hierzu ist die Steuereinheit an die Ladungsquelle angeschlossen oder in diese integriert. Die Steuereinheit wirkt auf Steuermittel der Ladungsquelle ein, mittels denen die Ladespannung und/oder den Ladestrom steuerbar ist. Die Steuereinheit kann eine elektronische Schaltung, eine Rechnereinheit oder dergleichen sowie auch eine Kombination hiervon sein. Die Steuermittel können Stell- und/oder Regelelemente insbesondere elektronischer Natur sein, beispielsweise Transistoren, Relais, Operationsverstärker und/oder dergleichen. Die Steuermittel dienen dazu, die Ladespannung und/oder den Ladestrom der Ladungsquelle zu steuern und/oder zu regeln.As a charge source, for example, serve a power supply, which receives electrical energy from a public power grid. The charge source may also be a battery, in particular a further accumulator, an emergency generator or the like, as well as a combination thereof. The charge source is from. controlled by the control unit. For this purpose, the control unit is connected to the charge source or integrated into it. The control unit acts on control means of the charge source, by means of which the charging voltage and / or the charging current can be controlled. The control unit may be an electronic circuit, a computer unit or the like as well as a combination thereof. The control means may be adjusting and / or regulating elements, in particular of an electronic nature, for example transistors, relays, operational amplifiers and / or the like. The control means serve to control and / or regulate the charging voltage and / or the charging current of the charge source.
Obwohl dieses gattungsgemäße Verfahren zum Laden des Akkumulators vielfältig zum Einsatz kommt, erweist es sich jedoch als nachteilig, weil es sich hinsichtlich seiner Adaption an unterschiedliche Akkumulatoren und Variationen von Akkumulatoreigenschaften als unzureichend herausgestellt hat und Akkumulatoren teilweise nicht vollständig geladen oder auch überladen werden. Es besteht die Gefahr, dass Akkumulatoren, deren tatsächlich verfügbare Akkumulatorkapazität sich aufgrund von Alterung reduziert hat, überladen werden.Although this generic method for charging the battery is widely used, it proves to be disadvantageous because it has been found in terms of its adaptation to different batteries and variations of battery characteristics as insufficient and batteries are sometimes not completely charged or overcharged. There is a risk that accumulators whose actually available accumulator capacity has been reduced due to aging will be overcharged.
Aufgrund verschiedener Ausführungen von Akkumulatoren, insbesondere hinsichtlich der Kapazität und Ausbildung des Elektrolyten hinsichtlich seiner Beschaffenheit, beispielsweise bei Gel-, Vlies- oder Nassakkumulatoren, sind beim Laden verschiedene Charakteristika hinsichtlich der Betriebsparameter des Verfahrens zum Laden des Akkumulators zu berücksichtigen.Due to various embodiments of accumulators, in particular with regard to the capacity and design of the electrolyte in terms In its nature, for example in gel, non-woven or wet accumulators, various characteristics with regard to the operating parameters of the method for charging the accumulator are to be considered during charging.
Es sind Ladeverfahren bekannt, bei denen ein Temperaturanstieg des Akkumulators zusammen mit einer Spannungs- oder Strommessung als Regelgröße genutzt wird. Darüber hinaus ist es bekannt, die zu messende Ladespannung oder den zu messenden Ladestrom mit Vergleichswerten zu vergleichen und bei Erreichen vorgegebener Vergleichswerte diese zur Regelung zu benutzen. Ferner sind Ladeverfahren bekannt, bei denen die Ladung der Akkumulatoren durch zyklisches Ein- und Ausschalten nach vorgebbaren Werten erfolgt, wobei der Vorladezustand der Akkumulatoren anhand der sich verändernden Ladewerte erkannt werden soll. Ein solches Verfahren beschreibt beispielsweise die
Die vorgenannten Verfahren zum Laden eines Akkumulators erfordern eine Anpassung entsprechend des zu ladenden Akkumulators und seiner Kapazität, insbesondere dass Ladenennwerte und Typ des Akkumulators bei festgesetzten oder flüssigen Elektrolyten, wie sie in Gel-, Vlies- und Nassakkumulatoren verwendet werden, Berücksichtigung finden. Da der eigentliche Ladevorgang von der Temperatur, dem Alterungszustand und dergleichen des Akkumulators abhängig ist, ist die Anpassung des Verfahrens zum Laden des Akkumulators bei den vorgenannten Verfahren überaus aufwändig und in der Regel unzureichend, mit der Folge, dass eine Vollladung der Akkumulatoren nicht gewährleistet ist oder die Akkumulatoren durch Überladung beschädigt werden.The aforesaid methods for charging a rechargeable battery require adaptation in accordance with the rechargeable battery to be charged and its capacity, in particular charging characteristics and type of rechargeable battery with fixed or liquid electrolytes, as used in gel, fleece and wet accumulators. Since the actual charging process is dependent on the temperature, the aging state and the like of the accumulator, the adaptation of the method for charging the accumulator in the aforementioned method is very complicated and generally insufficient, with the result that a full charge of the accumulators is not guaranteed or the accumulators are damaged by overcharging.
Eine diesbezügliche Verbesserung offenbart die
Aus der
Die
Es ist ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass insbesondere bei geringem Energieverbrauch eine verbesserte Anpassung der Ladung des Akkumulators an das Akkumulatorverhalten erreicht werden kann.It is based on this prior art, the object of the invention to develop a generic method to the effect that, in particular with low energy consumption, an improved adaptation of the charge of the battery to the Akkumulatorverhalten can be achieved.
Als Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die Anzahl der Ladungsimpulse in Abhängigkeit der während der ersten und der zweiten Ladephasen dem Akkumulator zugeführten Ladung und der Nennkapazität des Akkumulators gewählt wird, wobei zur Bestimmung der Anzahl der Ladungsimpulse ein Verhältnis der während der ersten beiden Ladephasen dem Akkumulator zugeführten Ladung zur Nennkapazität des Akkumulators dient, wobei die Pulsform und Pulsdauer der Ladungsimpulse in Abhängigkeit der während der ersten und der zweiten Ladephasen dem Akkumulator zugeführten Ladung und der Nennkapazität gewählt wird, und wobei die Pulsdauer an die Amplitude des Ladungsimpulses angepasst wird, so dass eine vorgegebene Menge elektrischer Ladung im jeweiligen Ladungsimpuls enthalten ist.As a solution, it is proposed with the invention that the number of charge pulses is selected as a function of the charge supplied to the rechargeable battery during the first and second charging phases and the nominal capacity of the rechargeable battery, wherein a ratio of the charge during the first two charging phases for determining the number of charge pulses the accumulator supplied charge to the nominal capacity of the accumulator, wherein the pulse shape and pulse duration of the charge pulses in dependence of the charge supplied to the accumulator during the first and second charge phases and the nominal capacity is selected, and wherein the pulse duration is adapted to the amplitude of the charge pulse, so that a predetermined amount of electrical charge is contained in the respective charge pulse.
Durch die dritte Ladephase gemäß der Erfindung lässt sich eine verbesserte Ladung des Akkumulators angepasst an das Akkumulatorverhalten, insbesondere bezüglich der tatsächlich vorhandenen Kapazität, der Temperatur, dem Sulfatierungsgrad und/oder dergleichen erreichen. Ein vollständiges Laden kann auch bei variierenden Betriebszuständen und Betriebsbedingungen erreicht werden, auch wenn häufige Zwischenladungen vorgesehen sind. Schädliche Mangel- oder Überladungen können weitgehend vermieden werden. Dadurch resultiert insgesamt auch eine Erhöhung der Lebensdauer des Akkumulators. Zugleich lässt sich mit dem Verfahren der Erfindung eine Reduzierung des Ladefaktors erreichen. Der Ladefaktor gibt das Verhältnis der dem Akkumulator zugeführten Ladung zu der vom Akkumulator tatsächlich aufgenommenen Ladung an. Die Differenz bildet eine Verlustladung, die in dissipativen Prozessen wie Erwärmung, Gasen oder dergleichen verbraucht wird. Mit dem Verfahren der Erfindung ist es somit möglich, die Ladezeit trotz optimaler Anpassung zu verkürzen. Dabei führt die Reduzierung des Ladefaktors dazu, dass auch die dissipativen Prozesse im Akkumulator reduziert werden können. Die Ladungsimpulse können durch Ladestromimpulse gebildet sein, die eine vorgebbare Ladungsmenge transportieren. Die durch einen Ladungsimpuls transportierte Ladung kann variieren, indem beispielsweise mit zeitlichem Fortschritt der dritten Ladephase die Ladungsimpulse eine abnehmende Ladungsmenge transportieren. Die Ladungsimpulse können in vorgegebenen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgen. Diese können im Verlauf der dritten Ladephase auch in vorgebbarer Weise variiert werden. Beispielsweise können zu Beginn der Ladephase kurze Zeitabstände zwischen den Ladungsimpulsen vorgesehen sein, wohingegen in einem späteren Abschnitt der dritten Ladephase die Ladungsimpulse einen größeren zeitlichen Abstand zueinander aufweisen. Die transportierte Ladung eines Ladestromimpulses bestimmt sich anhand seiner zeitlichen Dauer sowie seiner Stromamplitude. Die Ladestromimpulse können hinsichtlich ihrer Zeitdauer ebenfalls variieren. Wird der Akkumulator mit einer großen Ladestromamplitude beaufschlagt, können die Ladestromimpulse bei einer vorgegebenen Ladungsmenge von kurzer Zeitdauer sein. Ist dagegen eine geringere Ladestromamplitude gewünscht, so ist zur Erreichung einer vorgebbaren Ladungsmenge der Ladestromimpuls zeitlich entsprechend zu strecken, wobei seine Stromamplitude entsprechend kleiner gewählt ist.By the third charging phase according to the invention, an improved charge of the accumulator can be adapted to the Akkumulatorverhalten, in particular with respect to the actual existing capacity, the temperature Achieve degree of sulfation and / or the like. Complete charging can be achieved even with varying operating conditions and operating conditions, even if frequent intermediate charges are provided. Harmful deficiencies or overloads can be largely avoided. This results overall in an increase in the life of the accumulator. At the same time can be achieved with the method of the invention, a reduction of the charge factor. The charging factor indicates the ratio of the charge supplied to the accumulator to the charge actually received by the accumulator. The difference forms a lost charge that is consumed in dissipative processes such as heating, gases or the like. With the method of the invention, it is thus possible to shorten the charging time despite optimum adaptation. The reduction of the charge factor means that the dissipative processes in the accumulator can be reduced. The charge pulses may be formed by charging current pulses, which transport a predetermined amount of charge. The charge carried by a charge pulse may vary, for example as the charge pulses transport a decreasing amount of charge as the third charge phase advances in time. The charge pulses can follow one another at predetermined time intervals. These can also be varied in a predeterminable manner during the course of the third charging phase. For example, short time intervals between the charge pulses may be provided at the beginning of the charge phase, whereas in a later portion of the third charge phase, the charge pulses have a greater time interval from each other. The transported charge of a charging current pulse is determined on the basis of its duration and its current amplitude. The charging current pulses may also vary with respect to their duration. If the accumulator is charged with a large charging current amplitude, the charging current pulses may be short-lived for a given charge quantity. If, on the other hand, a lower charging current amplitude is desired, then the charging current pulse must be extended in time in order to achieve a predeterminable charge quantity, with its current amplitude being correspondingly smaller.
Die Anzahl der Ladungsimpulse wird in Abhängigkeit der während der ersten beiden Ladephasen dem Akkumulator zugeführten Ladung und einer Nennkapazität des Akkumulators gewählt. Dabei dient zur Bestimmung der Anzahl der Ladungsimpulse ein Verhältnis der während der ersten beiden Ladephasen dem Akkumulator zugeführten Ladung zur Nennkapazität des Akkumulators. Dadurch kann dem Akkumulator in gepulster Form eine zusätzliche Ladung zugeführt werden, deren Menge dynamisch an den Betriebszustand und den Alterungszustand des Akkumulators angepasst ist. Dadurch lassen sich die vorgenannten Vorteile erreichen.The number of charge pulses is selected as a function of the charge supplied to the rechargeable battery during the first two charging phases and of a nominal capacity of the rechargeable battery. In this case, a ratio of the charge supplied to the rechargeable battery during the first two charging phases to the nominal capacity of the rechargeable battery is used to determine the number of charge pulses. As a result, an additional charge can be supplied to the accumulator in pulsed form, the amount of which is dynamically adapted to the operating state and the aging state of the accumulator. As a result, the aforementioned advantages can be achieved.
Erfindungsgemäß wird die Pulsform und Pulsdauer der Ladungsimpulse in Abhängigkeit der während der ersten und der zweiten Ladephasen dem Akkumulator zugeführten Ladung gewählt. Die Pulsform kann zum Beispiel eine Rechteckform, insbesondere eine Nadelform, eine Gausskurvenform, eine Dreieckform, eine Sinusform, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein. Die Pulsdauer eines einzelnen Impulses kann entsprechend der Akkumulatoreigenschaften gewählt werden. Sie kann beispielsweise eine oder mehrere Millisekunden, aber auch mehrere Sekunden bis zu einigen Minuten betragen. Die Pulsdauer ist an eine Amplitude des Ladungsimpulses angepasst, so dass eine vorgegebene Menge elektrischer Ladung im jeweiligen Ladungsimpuls enthalten ist.According to the invention, the pulse shape and pulse duration of the charge pulses are selected as a function of the charge supplied to the accumulator during the first and second charge phases. The pulse shape may be, for example, a rectangular shape, in particular a needle shape, a Gaussian curve shape, a triangular shape, a sinusoidal shape, combinations thereof, or the like. The pulse duration of a single pulse can be selected according to the accumulator characteristics. It can be, for example, one or more milliseconds, but also several seconds to a few minutes. The pulse duration is adapted to an amplitude of the charge pulse, so that a predetermined amount of electrical charge is contained in the respective charge pulse.
Die Pulsdauer wird vorzugsweise in Abhängigkeit der während der ersten und der zweiten Ladephasen dem Akkumulator zugeführten Ladung und/oder der Nennkapazität gewählt. So kann vorgesehen sein, dass die Pulsdauer in Abhängigkeit eines Verhältnisses der dem Akkumulator zugeführten Ladung zur Nennkapazität des Akkumulators gewählt wird. Durch geeignete Auswahl der Pulsform und/oder der Pulsdauer der Ladungsimpulse kann eine Optimierung der Anpassung an die Eigenschaften des Akkumulators erreicht werden.The pulse duration is preferably selected as a function of the charge supplied to the accumulator during the first and the second charging phases and / or of the rated capacity. It can thus be provided that the pulse duration is selected as a function of a ratio of the charge supplied to the accumulator to the rated capacity of the accumulator. By suitable selection of the pulse shape and / or the pulse duration of the charge pulses, an optimization of the adaptation to the characteristics of the accumulator can be achieved.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in einer auf die dritte Ladephase folgenden vierten Ladephase der Akkumulator mit einem weiteren konstanten Ladestrom geladen wird, bis die Ladespannung und/oder die Ladespannungsänderung einen vorgebbaren dritten Vergleichswert erreicht. Dadurch lässt sich das Verfahren zum Laden des Akkumulators weiter verbessern. Insgesamt können dissipative Prozesse im Akkumulator während des Ladevorgangs weiter reduziert werden. Dadurch lässt sich der Ladefaktor weiter verbessern. Vorzugsweise wird der Ladestrom in Abhängigkeit der Kapazität des Akkumulators gewählt. Die Kapazität des Akkumulators kann die Nennkapazität sein. Sie kann aber auch eine Kapazität sein, die zum Beispiel unter Mitwirkung durch die Steuerung als aktuelle Kapazität des Akkumulators ermittelt wird. Insbesondere ist der Ladestrom während der gesamten vierten Ladephase konstant eingestellt. Der Ladestrom kann beispielsweise auch aufgrund einer durch die Steuerung ermittelten Kapazität des Akkumulators eingestellt werden. Vorzugsweise liegt der Wert des Ladestroms in einem Bereich von etwa 2 bis 8 A pro 100 Ah Akkumulatorkapazität, besonders bevorzugt in einem Bereich von 4 bis 5 A pro 100 Ah Akkumulatorkapazität. Diese Auswahl eignet sich insbesondere für Blei-Säure-Akkumulatoren. Bei anderen Akkumulatortypen kann der Bereich für den festeingestellten Ladestrom der vierten Ladephase auch abweichend hiervon gewählt werden, so zum Beispiel in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 A pro 100 Ah Akkumulatorkapazität oder dergleichen.A further embodiment provides that the accumulator is charged with a further constant charging current in a fourth charging phase following the third charging phase until the charging voltage and / or the charging voltage change reaches a predefinable third comparison value. As a result, the method for charging the accumulator can be further improved. Overall, dissipative processes in the accumulator during the charging process can be further reduced. As a result, the charge factor can be further improved. Preferably, the charging current is selected as a function of the capacity of the accumulator. The capacity of the accumulator can be the rated capacity. But it can also be a capacity, which is determined, for example, with the cooperation of the controller as the current capacity of the accumulator. In particular, the charging current is set constant during the entire fourth charging phase. The charging current can also be set, for example, on the basis of a capacity of the accumulator determined by the control. Preferably, the value of the charging current is in a range of about 2 to 8 A per 100 Ah of accumulator capacity, more preferably in a range of 4 to 5 A per 100 Ah of accumulator capacity. This selection is particularly suitable for lead-acid batteries. For other accumulator types, the range for the fixed charging current of the fourth charging phase can also be chosen differently, for example in a range from 0.5 to 2.5 A per 100 Ah of accumulator capacity or the like.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der vorgebbare dritte Vergleichswert in Abhängigkeit der Ladungsimpulse der dritten Ladephase, insbesondere in Abhängigkeit der Anzahl, der Pulsform und/oder der Pulsdauer der Ladungsimpulse, gewählt wird. Dies ermöglicht es, automatisch auf Eigenschaften des Akkumulators in der Nähe des geladenen Zustands abzustellen und diesbezüglich eine weitere Verbesserung zu erreichen. Die geeignete Auswahl des vorgebbaren dritten Vergleichswerts ermöglicht es, insbesondere dissipative Prozesse im Akkumulator wie das Ausgasen, weiter deutlich zu reduzieren, wobei das Erreichen des voll geladenen Zustands des Akkumulators weiter verbessert beziehungsweise beschleunigt werden kann.It proves to be particularly advantageous if the predefinable third comparison value is selected as a function of the charge pulses of the third charge phase, in particular as a function of the number, the pulse shape and / or the pulse duration of the charge pulses. This makes it possible to automatically turn off characteristics of the accumulator in the vicinity of the charged state and to achieve further improvement in this respect. The suitable selection of the predeterminable third comparison value makes it possible, in particular, to further significantly reduce dissipative processes in the accumulator such as outgassing, wherein the achievement of the fully charged state of the accumulator can be further improved or accelerated.
Insgesamt ermöglicht es das Verfahren der Erfindung somit, jeden Vorgang einer Ladung des Akkumulators dynamisch an den Akkumulator anzupassen. Dies umfasst eine flexible Anpassung an den Akkumulatorzustand, den Akkumulatortyp, ein Akkumulatoralter, die Akkumulatortemperatur, einen Anfangsladezustand und/oder dergleichen. Mit jedem Ladezyklus kann eine Vollladung des Akkumulators erreicht werden, auch wenn Zwischenladungen vorgesehen sind. Eine Ausgleichsladung des Akkumulators kann ebenso wie schädliche Mangel- und/oder Überladungen weitgehend vermieden werden. Gegenüber Verfahren zum Laden von Akkumulatoren des Stands der Technik ist das Verfahren der Erfindung schneller und schonender für den Akkumulator. Bei geringer Gasung kann eine effektive Elektrolytdurchmischung erreicht werden. Ferner kann eine Reduzierung der Ladezeit erreicht werden, beispielsweise bei einem Blei-Säure-Akkumulator um bis zu 1,5 Stunden. Ferner kann eine Reduzierung des Wasserverbrauchs erreicht werden, beispielsweise bei einem Blei-Säure-Akkumulator bis zu 40%. Dies führt darüber hinaus zu einem reduzierten Wartungsbedarf und einer erhöhten Lebensdauer des Akkumulators. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht es, einen Temperaturanstieg des Akkumulators während des Ladens zu reduzieren und eine Ladekennlinie adaptiv an den Akkumulator entsprechend seines jeweiligen Zustands anzupassen. Natürlich ergibt sich hierdurch auch ein Einsparungseffekt hinsichtlich der zum Laden des Akkumulators benötigten Energie.Overall, the method of the invention thus makes it possible to dynamically adapt each operation of charging the accumulator to the accumulator. This includes flexible adaptation to the accumulator state, the accumulator type, an accumulator age, the accumulator temperature, an initial charge state, and / or the like. With each charge cycle, a full charge of the battery can be achieved, even if intermediate charges are provided. A compensation charge of the accumulator can be largely avoided as well as harmful deficiencies and / or overloads. Compared to prior art methods of charging accumulators, the method of the invention is faster and gentler on the accumulator. At low gassing an effective electrolyte mixing can be achieved. Furthermore, a reduction of the charging time can be achieved, for example, for a lead-acid battery by up to 1.5 hours. Furthermore, a reduction in water consumption can be achieved, for example, in a lead-acid battery up to 40%. This also leads to a reduced maintenance requirement and an increased life of the accumulator. The method of the invention makes it possible to reduce a temperature rise of the accumulator during charging and to adapt a charging characteristic adaptively to the accumulator according to its respective state. Of course, this also results in a saving effect in terms of the energy required to charge the battery.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Im Wesentlichen gleichbleibende Verfahrensschritte sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner wird bezüglich gleicher Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel gemäß
Es zeigen:Show it:
Eine weitere Ordinate am rechten Diagrammrand dient zur Bestimmung des Wertes der Ladespannung.Another ordinate on the right edge of the diagram is used to determine the value of the charging voltage.
Das Diagramm der
Der grundsätzliche Aufbau zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist beispielhaft anhand eines schematischen Schaltbildes in
Im Ladebetrieb stellt das Ladegerät
Im Diagramm der
Aus dem Diagramm der
An den Entladevorgang schließt sich ein Ladevorgang gemäß dem Verfahren der Erfindung an. Wie aus dem Diagramm der
Während der zweiten Ladephase
Während der zweiten Ladephase
An die zweite Ladephase
Die Anzahl der Ladungsimpulse
Im Anschluss an die dritte Ladephase
In der vorliegenden Ausgestaltung gemäß dem Diagramm der
Der dritte Vergleichswert wird in Abhängigkeit der Ladungsimpulse
In dem in
Zwei weitere Beispiele sind in dem Diagramm gemäß
Bezogen auf das Ausführungsbeispiel „Ladung 1” in
An die dritte Ladephase
In dieser Ausgestaltung wurde der Akkumulator
Das Verfahren der Erfindung wurde anhand eines Blei-Säure-Akkumulators mit nassem Elektrolyten erläutert. Natürlich können hier auch andere Akkumulatoren zum Einsatz kommen, wie sie einleitend beschrieben wurden. Je nach Bedarf, können Ladeparameter wie Ladestrom, Ladespannung, Vergleichswerte und/oder dergleichen gegebenenfalls angepasst werden, um das Ladeverfahren für unterschiedliche Akkumulatortypen zu optimieren. In den Diagrammen der
Die Beschreibung dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend.The description is merely illustrative of the invention and is not limitative of it.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010027006A DE102010027006B4 (en) | 2010-07-13 | 2010-07-13 | A method of charging a battery connected to an electrical charge source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010027006A DE102010027006B4 (en) | 2010-07-13 | 2010-07-13 | A method of charging a battery connected to an electrical charge source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010027006A1 DE102010027006A1 (en) | 2012-01-19 |
DE102010027006B4 true DE102010027006B4 (en) | 2013-11-14 |
Family
ID=45402751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010027006A Active DE102010027006B4 (en) | 2010-07-13 | 2010-07-13 | A method of charging a battery connected to an electrical charge source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010027006B4 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017100771A1 (en) | 2017-01-17 | 2018-07-19 | Hoppecke Advanced Battery Technology Gmbh | Battery system for a vehicle |
DE102022203426A1 (en) | 2022-04-06 | 2023-10-12 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method and device for determining an expected charging time for a battery |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012024378A1 (en) | 2012-12-12 | 2014-06-12 | Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg | Battery management system for rechargeable battery with battery cell, has control unit, battery charger connected with external power source, current sensor and voltage sensors, where battery charger stores charge current in battery |
ES2529602B1 (en) * | 2013-08-22 | 2015-12-04 | Soretsel Lab Consulting, S.L. | Battery Repair Method |
EP3128640B1 (en) | 2015-08-04 | 2019-01-09 | EH Europe GmbH | Method and apparatus for battery charging |
DE102018211265A1 (en) * | 2018-07-09 | 2020-01-09 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method of charging a battery and control unit |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5617007A (en) * | 1994-08-17 | 1997-04-01 | International Business Machines Corporation | Battery charging method and apparatus using current control |
DE69736730T2 (en) * | 1996-07-16 | 2007-08-16 | Sony Corp. | charger |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07235332A (en) | 1994-02-24 | 1995-09-05 | Sanyo Electric Co Ltd | Method for charging secondary battery |
DE19847988A1 (en) | 1998-10-17 | 2000-04-27 | Norbert Fiedler | System for automatic charging of rechargeable galvanic elements with fixed and liquid electrolytes |
-
2010
- 2010-07-13 DE DE102010027006A patent/DE102010027006B4/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5617007A (en) * | 1994-08-17 | 1997-04-01 | International Business Machines Corporation | Battery charging method and apparatus using current control |
DE69736730T2 (en) * | 1996-07-16 | 2007-08-16 | Sony Corp. | charger |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017100771A1 (en) | 2017-01-17 | 2018-07-19 | Hoppecke Advanced Battery Technology Gmbh | Battery system for a vehicle |
DE102022203426A1 (en) | 2022-04-06 | 2023-10-12 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method and device for determining an expected charging time for a battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010027006A1 (en) | 2012-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2786467B1 (en) | Method and apparatus for charging rechargeable cells | |
DE102013105119B4 (en) | Method and device for charging rechargeable cells | |
DE102010027006B4 (en) | A method of charging a battery connected to an electrical charge source | |
DE112012003131T5 (en) | Charge control device and charge control method for a secondary battery | |
EP2276100A2 (en) | Solar-supported battery charger | |
DE102018217382A1 (en) | Method for operating a battery system and electric vehicle and battery system for an electric vehicle | |
DE102011054479A1 (en) | Energy storage system and method for controlling the charge states of its elements | |
DE102010045515A1 (en) | Method for charging a battery of a motor vehicle | |
EP1588448B1 (en) | Fuel cell system and method for operating a fuell cell system | |
DE102018100988A1 (en) | Supply device for a motor vehicle | |
WO2014206838A1 (en) | Method for connecting a plurality of battery units to a two-pole input of a bidirectional battery converter, and also bidirectional battery converter and photovoltaic inverter | |
WO2016116437A1 (en) | Battery charging method | |
DE102012212122A1 (en) | Circuit arrangement for charging intermediate circuit capacitor in battery of partially or completely electrically-driven vehicle, has battery connected in series with another battery, and switch bridging latter battery in closed condition | |
DE102012208349A1 (en) | Method for adjusting states of charge of battery modules of lithium ion battery for operating electric motor for drive system of vehicle, involves discharging first battery modules in addition to second battery modules to operate motor | |
DE102004020176A1 (en) | Charger for a rechargeable battery | |
WO2016155962A1 (en) | Method for operating a battery unit | |
DE102015003122A1 (en) | Motor vehicle with a battery assembly and method for operating a battery assembly | |
DE102015222264A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR ENERGY MANAGEMENT OF AN ENERGY STORAGE FOR AVOIDING MICROCYCLES | |
WO2019072511A1 (en) | Method for charging an electrical energy store by means of voltage pulses | |
WO2018166768A1 (en) | Charging an accumulator | |
AT509383B1 (en) | METHOD FOR LOAD DISTRIBUTION | |
EP1587202B1 (en) | Method and device for charging a battery | |
DE3328994C1 (en) | Method and device for charging accumulators | |
DE102010012089A1 (en) | Method and device for charging a rechargeable battery in a fuel cell and accumulator hybrid system | |
WO2010148522A1 (en) | Method and device for charging lithium-cobalt cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20140215 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: BRINKMANN & PARTNER PATENTANWAELTE PARTNERSCHA, DE Representative=s name: RAUSCH WANISCHECK-BERGMANN BRINKMANN PARTNERSC, DE |