DE10261118A1

DE10261118A1 - Verfahren zum Laden und/oder Entladen von Energiequellen

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Publication number: DE10261118A1
Application number: DE10261118A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2003-07-10
Also published as: WO2003058792A8; AU2002358782A1; WO2003058792A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Laden und/oder Entladen von Energiequellen, insbesondere Batterien, Akkus, sowie beliebigen wiederaufladbaren Spannungsquellen mit einem Batterieladegerät, welches an die Pole der Energiequelle angeschlossen wird, wird an die Pole der Energiequelle eine Spannung angelegt. Dabei führt das Batterieladegerät positive und/oder negative Impulse in Form von Spannungen und Strömen der Energiequelle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden und/oder Entladen von Energiequellen, insbesondere Batterien, Akkus, sowie beliebigen wiederaufladbaren Spannungsquellen mit einem Batterieladegerät, welches an die Pole der Energiequelle angeschlossen wird, wobei an die Pole der Energiequelle eine Spannung angelegt wird.

Stand der Technik

(Pb) Säurebatterien sind elektrochemische Vorrichtungen, in welchen chemische Energie gespeichert wird. Diese chemische Energie wird konvertiert (umgewandelt) in elektrische Energie, wenn die Batterie an eine externe Last angeschlossen wird, zum Beispiel zum Starten von Motoren etc.. Die chemische Energie wird erzeugt durch eine chemische Reaktion zwischen den verschiedenen Materialien, welche die positiven und die negativen Platten formieren, und dem Elektrolyten.

- Bleidioxide (PbO₂) bilden die positive Platte
- Schwammblei (Pb) bildet das negative Plattenmaterial
- Schwefelsäure (H₂ SO₄) ist der Elektrolyt

Batterien sind auf saubere Platten angewiesen und auf einen kräftigen, gesunden Elektrolyten, damit der Ladestrom voll aufgenommen werden, und dadurch die Batterie einen starken Entladestrom anbieten kann.
Wenn eine Batterie angeschlossen wird, um etwas zu "laden" oder anzutreiben, dann vereinigen sich die Elektronen der Sulfate (SO₄) im Elektrolyt mit dem aktiven Material der Platten und formen das Bleisulfat (PbSO₄) und setzen dabei Elektronen frei (elektrische Energie). Diese Elektronen fliessen vom negativen Pol zu der "Last" und zurück zum positiven Pol der Batterie. Im Grunde ist dies ein rein physikalischer Vorgang, der reversibel ist.
Es wurde definiert, dass das spezifische Gewicht eines Elektrolyten einer vollgeladenen 12 Volt Batterie ein spezifisches Gewicht von 1.265 bei 26°C hat. Das heisst, dass die Schwefelsäure 1.265 mal schwerer ist, als reines Wasser.
Wenn sich eine Batterie entlädt, dann nimmt das spezifische Gewicht der Säure ab, da das Sulfat den Elektrolyten verlässt und sich zu Bleisulfat verwandelt, welches sich an den Batterieplatten in kristalliner Form festklebt.
Wenn eine entladene Batterie wieder aufgeladen wird, dann arbeitet der chemische Prozess in der Batterie umgekehrt. Der grösste Teil des Sulfates verlässt die Batterieplatten und geht in den Elektrolyten. Ein Rückstand des Sulfates verbleibt aber auf den Batterieplatten. Die Quantität von diesem Rückstand- Sulfat wird grösser bei jedem neuen Aufladungs-/Entladungs-Zykluss der Batterie. Dies ist ein normaler Vorgang.
Über die Zeit, werden die Batterieplatten überdeckt mit einer isolierenden Schicht von Sulfatkristallen, und der Elektrolyt wird weiter geschwächt, weil auch ein Sulfatverlust im Elektrolyt stattfindet. Beide Faktoren führen dazu, den Elektronentransfer zu hemmen und so die Energieproduktionsfunktion der Batterie zu verkleinern.
Nach einer gewissen Zeit ist die Sulfatablagerung auf den Batterieplatten hart und kristallin. Die Grösse der Sulfatkristalle hängt auch noch von anderen Faktoren ab. Wenn es dann zu diesen Kristallablagerungen gekommen ist, dann können die Batterieplatten neue Ladungen nicht mehr aufnehmen, unter normalen Vorrausetzungen.
Eine Anhäufung solcher Blei-Sulfate bewirkt Kurzschlüsse während des Wiederaufladungsprozesses, und auch weitere mechanische Schäden werden hervorgerufen oder entstehen.
Alle bei der Entladung einer Batterie ablaufenden Reaktionen lassen sich durch Umpolung der Elektroden (Aufladen) wieder rückgängig machen. Die umgekehrte Reaktion, die beispielsweise in einer Bleibatterie abläuft, ist folgende:
Bei der Entladung wird an der Anode "positiv", die aus dem Bleischwamm bestehende Elektrode der "negative Pol" (Kathode). Bei der Entladung wird an der Anode vierwertiges Blei in zweiwertiges umgewandelt, während an der Kathode, Blei in zweiwertige Blei-Ionen übergeht.
Der Entladungsvorgang ist nur möglich, weil das Blei durch das Auftreten einer Überspannung daran gehindert wird, sich unter Wasserstoff-Entwicklung in Säure aufzulösen, wie sein negatives Normalpotential erwarten liesse.
Es fliessen (wenn beide Elektroden leitend verbunden) 2 Volt, ein Elektrostrom von Blei zum Bleioxid. Die bei der Entladungsreaktion frei werdende elektrische Energie ist Arbeitsleistung.
Bei der Wiederaufladung muss an den Elektroden eine äussere Spannung von mehr als 2 Volt in umgekehrter Richtung derart angelegt werden, dass der vorher positive Pol mit dem positiven und der negative Pol mit dem negativen Pol der äusseren Stromquelle verbunden wird. Dabei kehren sich die chemischen Prozesse der Entladung um, d. h., aus Bleisulfat und Wasser werden wieder Blei, Bleioxyd und Schwefelsäure zurückgebildet.
Durch die fortwährende Umpolarisierung wird ein Redoxsystem, ein Vorgang aus Reduktion und Oxydation. Beide Prozesse laufen gleichzeitig. Die Pb-Akkus enthalten fest eingebaute, reversible, reduzierbare oder oxydierbare Gruppen, die oxydier- oder reduzierbare Gruppen enthalten, die mit oxydier- oder reduzierbaren gelösten (Medien) Lösungen als Elektronentauscher reagieren. D. h., ein chemischer Vorgang wird in einem rein physikalischen Vorgang umgewandelt.
Die bisher herkömmlichen und bekannten Ladegeräte arbeiten häufig nach dem Prinzip, dass entweder eine konstante Spannung oder ein konstanter Strom vorgegeben ist und an die Energiequelle angelegt wird. Dabei stellt sich ein entsprechender Ladestrom oder eine Spannung an der Energiequelle ein. Bei diesem sogenannten Konstantspannungsladen wird an die Batterie eine konstante Ladespannung angelegt, wobei der anfänglich meist sehr hohe Ladestrom im Laufe der Zeit immer mehr abnimmt. Damit nach der Ladezeit keine unzulässige Erwärmung der Batterie auftritt, wird der Ladestrom entsprechend begrenzt. Dies bedingt sehr lange Ladezeiten, um eine Batterie vollständig aufzuladen.
Beim sogenannten Konstantstromladen wird in die Batterie mit einer entsprechend hohen Ladespannung ein konstanter Strom eingespeist. Bei Erreichen der maximalen Spannung an der Batterie, wird der Ladestrom abgeschaltet. Diese maximale Spannung setzt sich aus der elektrochemischen Spannung (EMK) und der Abfallspannung am Innenwiderstand der Batterie zusammen, d. h., die Batterie ist noch nicht voll geladen, wenn abgeschaltet wird. Wird jedoch trotzdem weitergeladen, so erwärmt sich die Batterie, was unerwünscht ist.
Daher ist bei den bekannten, handelsüblichen Ladegeräten der Ladestrom auf etwa zwei Ampere begrenzt, was wiederum Ladezeiten zwischen 12 und 24 Stunden erfordert.
Ferner sind auch sogenannte Schnellladegeräte bzw. Schnellladeverfahren bekannt, bei welchen Energiequellen in wesentlich kürzeren Zeiten aufgeladen werden. Dabei nimmt beispielsweise eine völlig entladene Energiequelle bzw. Batterie anfänglich einen sehr hohen Strom auf, wozu sie in der Lage ist. Dies trifft insbesondere für NiCd-Batterien zu, die einen geringen Innenwiderstand aufweisen. Wird jedoch der hohe Ladestrom nicht rechtzeitig abgeschaltet, besteht die Gefahr, dass sich die Temperatur infolge Überladung derart erwärmt, dass eine sogenannte Gasung eintritt, welche die Energiequelle zerstören kann oder zumindest die Lebensdauer begrenzt.
Besonders bei Schnellladegeräten dieser Art hat sich als nachteilig erwiesen, den richtigen Abschaltzeitpunkt für den Ladestrom bzw. die Ladespannung zu finden, denn wird zu früh abgeschaltet, wird die gewünschte Ladekapazität wiederum nicht erreicht.
Als Abschaltkriterien werden die Ladezeit, die Ladetemperatur und die Klemmspannung berücksichtigt. Am genauesten sind die Verfahren mit Messung der Klemmspannung, insbesondere dann, wenn die Spannung im stromlosen Zustand der Batterie gemessen wird.
Bei den oben beschriebenen herkömmlichen Ladeverfahren ist insbesondere nachteilig, dass durch die Erhitzung und durch die auftretende Gasung die Lebensdauer der Batterien auch infolge von Kristallstrukturbildungen an den Elektrolyten stark herabgesetzt wird.

Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile beseitigt und mit welchem auf einfache und kostengünstige Weise ein Ladeverfahren geschaffen wird, welches energiequellenindividuell arbeitet und welches eine Ladezeit herabsetzt. Dabei soll eine Erwärmung der Energiequelle absolut vermieden werden, wobei zusätzlich die Lebensdauer der Batterie bzw. der Energiequelle erhöht werden soll.
Zudem sollen Kristallstrukturenbildungen an den Elektrolyten bzw. Kristallisationsprozesse sowie Sulfatfierungen an den Elektrolyten abgebaut werden.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass das Batterieladegerät positive und/oder negative Impulse in Form von Spannungen und Strömen der Energiequelle zuführt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine neue Technologie, eine sehr energiegeladene Pulsenergie zu den Batterieplatten, in einer physikalischen Form. Die Sulfatmoleküle, die angeklebt auf den Platten sind, werden mit Energie versorgt und verschwinden. Wenn nun die Sulfate auf den Platten verschwinden, dann kehrt der Schwefel wieder in den Elektrolyten zurück.
Sobald die Platten wieder von den Oxydschichten befreit und sauber sind und der Elektrolyt wieder stark genug geworden ist, gewährleisten Pulsstösse wieder volle Batterieleistung. Die Art und Weise, wie diese pulsierenden Lade/Entladeströme den Batterien zugeführt wird, wird später erklärt. Das Batterie-Pulse-Gerät gemäss der Erfindung soll als ein präventives Wartungswerkzeug gebraucht werden, um mechanische Batteriebeschädigungen zu verhindern und die Lebensdauer zu verlängern.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass ein Ladestrom als positiv oder negativ gepolter Lade- oder Entladestrom impulsweise an die Energiequelle angelegt wird.
Zwischen den einzelnen Stromimpulsen entsteht eine wählbare und einstellbare Wartezeit. Innerhalb dieser Wartezeit wird die Spannung und die Stromstärke, die an die Energiequelle angelegt ist, ermittelt. Aus dem Verhältnis zwischen Spannung und Stromstärke wird eine entsprechende Grösse in einem Prozessor im Ladegerät gebildet. Diese Grösse wird mit einem im Prozessor des Ladegerätes abgespeicherten Gradienten verglichen. Je nach Differenz zwischen Grösse und abgespeichertem Gradient wird der nachfolgende Impuls in Höhe, in Dauer und im Betrag, ob positiv oder negativ, an die Energiequelle als nachfolgender Impuls angelegt und anschliessend, während der nächsten Wartezeit, wird in oben beschriebener Weise der darauf nachfolgende Puls erneut bestimmt bzw. errechnet. Dieser Vorgang wiederholt, sich bis die Energiequelle aufgeladen ist. Dabei wird gewährleistet, dass ein Laden, Entladen, eine Stabilisierung und eine Zustandskonditionierung der Energiequelle optimiert ist.
Hierdurch entsteht ein Schnellladesystem, welche eine schnelle Konditionierung von Energiequellen, insbesondere Batterien und Akkus in kürzester Ladezeit zulässt. Insbesondere durch die Anwendung von Ladeimpulsen mit nachfolgenden, schnell erzeugten Entladeimpulsen oder negativen Elektropulsen, die während des Ladevorganges angelegt werden, können entsprechende Stabilisierungsperioden und Wiederholungszyklen folgen, die den Akku bzw. die Energiequelle regenerieren bzw. laden. Vorzugsweise sind die Stromstärken der Ladeimpulse zumindest gleich oder grösser als die nominalen Stromwerte, bei welchen ein Akku in einer Zeitrate entladen werden kann.
Die Zeitdauer des Ladeimpulses liegt zwischen einer 1000stel bis maximal einer Sekunde, vorzugsweise im Bereich zwischen einer 10tel und maximal einer Sekunde.
Die Stromstärke des Entlade- bzw. Ladeimpulses variiert und kann in Abhängigkeit des Ladezustandes der Energiequelle, der Beschaffenheit der Energiequelle bzw. auch in Abhängigkeit des Zustandes des Elektrolyten der Energiequelle in kleineren oder grösseren Amplituden erfolgen und auch ggf. in kürzeren Stromzeiten, um hiermit eine Ladezeitverlängerung zu verhindern.
Wichtig ist jedoch bei der vorliegenden Erfindung, dass energiequellenspezifisch individuell das Ladeverfahren im Prozessor ermittelt wird und sich hierdurch insbesondere Sulfatierungen an den Elektrolyten abbauen lassen. Hierdurch wird die Energie im Elektrolyten der Energiequelle freigesetzt, die ein homogeneres Laden gewährleistet und keine Kristallisation verursacht.
Beim Umwandlungsprozess ist der Wert des Stroms und der Voltage von der Oberfläche abhängig, aber die Energie ist absolut frei. Die Vollziehung kann substanziell wachsen, wenn ein poröses Material dazwischen verwendet wird. Wie aus der vorgehenden Beschreibung verständlich wird, ist für aufladbare Batteriesysteme eine spezielle Technik entwickelt worden: Eine sogenannte "Elektrodenspezifische Ladetechnik". Dafür wurde ein Mikroprozessor entwickelt, der ein elektrodenspezifisches Ladesystem enthält.
Die von der Batterie ständig ausgesandten Protonen und Elektronen werden als Signale empfangen und ihr derzeitiger Ladezustand interpretiert. Dazu gehört eine spezielle Regelelektronik, welche dann den entsprechenden Ladestrom und die Ladespannung optimal anpasst, egal ob positiv oder negativ. Dadurch wird der chemische Ladevorgang ausgeschaltet und der physikalische Vorgang tritt beim Laden der Batterie ein. Durch die Nicht-Bildung der Oxydationsprodukte (Beispiel: keine Sulfatbildung und keine Gasung) wird die Lebensdauer der Energiespeicher wesentlich verlängert und genau dadurch wird die Ladezeit der Energiespeicher extrem verkürzt.
Mit diesem System können alle üblichen (derzeitigen) am Markt befindlichen Sekundarspeicher (Batterien) geladen werden, ebenso noch die bis jetzt selten eingesetzten Lithium-Batterien, und auch Alkali-Mangan- Primäreinheiten.
Ein weiterer entscheidender Vorteil des vorliegenden Systems ist, dass die Batterie- und Akkusysteme nicht erwärmt werden. Mit diesem System werden die Batterie- und Akkusysteme bis zu ihrer maximalen Kapazität aufgeladen, um ca. 10-20% höher als die angegebene Nennkapazität, was bisher bei einem chemischen Vorgang nicht möglich ist.
Durch den beschriebenen Ladevorgang werden die Energiespeichersysteme ihre eigene Kristallstruktur behalten und bei einem Ladevorgang rekonditioniert, was schlussendlich auf die Lebensdauer wesentliche Auswirkungen hat. Damit ist es nun gegeben, dass die gefürchteten "Memory-Effekte" ausgeschaltet sind und unbrauchbar gewordene Akkus wieder auf die volle Kapazität regeneriert werden.
Gebrauchte Batterien und Akkus, die gewöhnlich nicht mehr gebraucht werden können, können durch diese Ladetechnik wieder regeneriert werden, was erlaubt, ein funktionierendes Rücklaufsystem aufzubauen. All dies trägt dazu bei, dass der Betrieb von Batterie - Akkubetriebene Antrieben, Fahrzeugen etc. wesentlich billiger wird, Batterieprobleme werden stark verringert und das "Batteriemüll"-Aufkommen wesentlich kleiner.

Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1 eine diagrammartige Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Laden und/oder Entladen von Batterien;
Fig. 2-4 diagrammartige Darstellungen von unterschiedlichen Lade- bzw. Entladepulsen mit dazwischen eingeschalteten Warteperioden;
Fig. 5 eine blockschaltbildliche Darstellung eines Ladegerätes;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Ladegerätes.
Auf einen Ladepuls C₁, C₂ folgt eine Warteperiode CW₁, CW₂ und darauf ein Depolarisationspuls D1, D2, welche der Batterie erlaubt, die Ladung zu entladen. Die Entladepulse D₁, D₂ sind ebenfalls durch Warteperioden DW₁, DW₂ getrennt. Nachfolgend erfolgt eine Stabilisationsperiode und eine Wiederholung dieser Zyklen in gleicher Reihenfolge.
Die Batterie wird mit dem Ladepuls C₁, C₂ beliefert. Das Stromniveau des Ladepulses ist gleich, aber eher grösser, als die normale Stromgrösse, bei welcher die Batterie entladen werden kann, in einer Stunde, um eine schnelle Ladung zu erreichen. Die Zeitdauer eines Ladepulses ist gewöhnlich 1/10 bis 2 Sekunden. Das Stromniveau des Depolarisationspulses hat ungefähr dieselbe Grösse oder etwas grösser als der Ladestrom, aber bedeutend kürzere Zeitdauer, z. B. 0,2-5% der Zeitdauer, um eine unnötige Entladung der Batterie zu vermeiden.
Die Entladepulse dienen zum Erzeugen und zur Zerstreuung von Ionen, überall im Elektrolyt der Batterie, so dass die Ionen nicht einen Schild um die Platten der Batterie bilden können, um den weiteren Ladetransfer zu verhindern.
Mehrere Entladepulse werden gebraucht. Das chemische Natural und das elektrische Gefälle in der Batterie dienen mehr zum Zerstreuen der Ionen, ebenso durch den ganzen Elektrolyt.
Die Verwendung der Entladepulse, die von extrem kleiner Zeitdauer sind, ziehen keine signifikante Entladung der Batterie nach sich, aber erreichen ein Wachsen der Raten, bei welchen die Batterien geladen werden können, und die Effizienz, mit welcher die Batterien geladen werden kann, minimalisiert die Ladezeit der Batterie und Batterieerwärmung.
Die Zeitdauer der Stabilisationsperiode ist gewöhnlich grösser, als die des Depolarisiationspulses. Durch die Optimierung dieser Zeit und der Stromcharakteristik der Ladung. Infolge der Depolarisation und Stabilisationsperiode eignet sich dieses Gerät für jeden Batterietyp und verlängert das Leben der Batterie.
Die Ladepulse C₁ und C₂ haben gemäss Fig. 1 dieselbe Strom-Amplitude und die gleiche Pulsbreite, können aber während dem Laden einer Batterie wechseln, durch den Monitor von der B-Temperatur der B-Ladung und dem Stand der Ladung oder der Entwicklung in der Batterie.
Auch Entladungspulse D₁ und D₂ haben gemäss Fig. 1 die gleiche Pulsbreite und die gleiche konstante Entladungsstrom-Amplitude.
In den Fig. 2-4 wird aber gezeigt, dass die Pulse auch verschiedene Amplituden haben können und der Strom mag variieren, während den Entladungspulsen, in Abhängigkeit der Batterietemperatur etc.
Die Anzahl der Entladungspulse sind nicht limitiert, ebenso die Warteperioden.
Für eine Säurebatterie, hat der Ladepuls eine Dauer von 1/10 Sekunden bis mehrere Sekunden. Die Dauer von jedem Entladepuls D₁ und D₂, ist beträchtlich kürzer als die Zeit der Ladepulse. Die gesamte Zeitdauer von den Entladepulsen D₁ und D₂ sollten im Bereich von 0,05% bis 2% der Dauer der Ladepulse C₁ bzw. C₂ liegen.
Während den Ladungspulsen C₁ und C₂ wachsen Kristalle von Blei (Pb) und Bleiperoxyde (PbO₂) an den Platten. Kleinere Kristallgrössen sind dabei besser, da diese eine grössere Batterieplattenoberfläche erzeugen. Dadurch wird der "Scheinwiderstand" der Batterie herabgesetzt, dies reduziert den "Memory" Effekt. Kurze Ladepulse werden daher erzeugt, weil dadurch kleinere Kristalle erzeugt werden, mit kleinen scharfen Rändern (Kanten).
Der Entladestrom tendiert dazu, scharfe Kanten und Ränder von den Kristallen zu beseitigen, im Vorzug zu den restlichen Kristallen.
Wenn die Entlademagnitude IB kleiner ist, als die Lademagnitude IA, dann sollten die Zeiten der Ladepulse reduziert werden, um die Kristallgrössen zu minimalisieren und scharfe Ränder der Kristalle zu reduzieren, so dass weniger vom Entladestrom gebraucht wird, um scharfe Kanten zu reduzieren und um diese zu entfernen.
Die Dauer und Anzahl der Entladepulse D₁ bzw. D₂ sollten so ausgewählt werden, dass die Verfügbarkeit der Ionen maximal ist und um die gewünschten (verlangten) Kristallgrössen zu erhalten und die Bildung scharfer Kanten auf den Kristallen zu minimalisieren.
Die Wartezeitperioden CW₁, CW₂, vorhergehend den Entladepulsen D₁, D₂, zwischengestellt zwischen Ladepulse C₁, C₂ und nachfolgenden Entladepulsen D₁, D₂ sollten so ausgewählt sein, um die grösstmögliche Verfügbarkeit der Ionen zu erlangen. Die Dauer von individuellen Warteperioden sollte so kurz sein, wie es für die Dauer vom Stromkreis erfordert wird.
Wenn eine Batterie eine Ladung erhält, dann wird das Wasser im Elektrolyt zur chemischen Reaktion gebraucht. Dabei wächst die Konzentration der Säure des Elektrolyten und verringert die verfügbaren Ionen. Die Entladepulse D₁, D₂ erzeugen zusätzliche Ionen, welche den internen Widerstand der Batterie verringern.
Während den Entladepulsen D₁, D₂ entlädt sich die negative Platte der Batterie schneller als die positive Platte, in der die chemische Reaktion erfolgen. Aus diesem Grund erfolgt während den Entladepulsen D₁, D₂ die chemische Entlade-Reaktion, in erster Linie bei der negativen Platte, und produziert Wasser, welches sich mit dem Elektrolyt mischt. Dabei werden Ionen produziert, welche für die Lade-Reaktion verfügbar werden.
Die Warteperioden DW₁, DW₂ trennen die notwendigen Entladepulse D₁, D₂, um Zeit zu verschaffen für das Vermischen des Wassers mit dem Elektrolyt und für die Reaktion, welche die verfügbaren Ionen erzeugt.
Die Dauer der Warteperioden DW₁, DW₂ wird so ausgewählt, um genügend Zeit zu verschaffen, dass sich das Wasser mit dem Elektrolyt der Batterie mischen kann, ohne unnötige Verzögerung für die Ladung der Batterie.
Der Strom separiert (spaltet) das Wasser in Wasserstoffionen und Hydroxide-(OH) Ionen.
Positiv geladene Ionen wandern gegen die negative Platte und negativ geladene Ionen wandern zu den positiven Platten. Die Akkumulation von Ionen um die Platte herum hat die Tendenz, die Platten abzuschirmen, und unterdrückt die weiteren Bewegungen der Ionen, bis die vorher erzeugten Ionen eine Chance gehabt haben, sich von den Platten weg zu bewegen.
Die Entladungs-(Depolarisation) Pulse D₁, D₂ schützen die Ionen vor dem Wegstossen aus der unmittelbaren Nachbarschaft der Platten, so dass neu erzeugte Ionen sich schneller zu den Platten bewegen können.
Die Wartepulse DW₁, DW₂ nach dem Entlade-Puls D₁, D₂ erlauben den Ionen ein Bewegen zu ihren naturalen Positionen zwischen den Platten, ausschliesslich aufgrund des Gefälles, hervorgerufen durch die Differenz der Ladungskonzentrationen in der elektrolytischen Lösung.
Mehrere Entladepulse D₁ bzw. D₂ schützen vor einem weiteren Beseitigen des Schutzschildeffektes von Ionen in der unmittelbaren Nachbarschaft von den Platten. Dies erlaubt dem nächsten Ladepuls C₁, C₂ eine grösser Anzahl von Ionen zu erzeugen, mit Minimalisierung des Schutzschildeffektes der produzierten Ionen von dem vorgängigen Ladepuls C₁, C₂.
Für Bleisäure-Batterien braucht es einen Ladepuls C₁, C₂ und mehrere Entladepulse D₁ bzw. D₂.

- Der Ladepuls C₁, C₂ hat einen Stromwert IA von 50 Amp. und eine Pulsdauerzeit von 250 msek.
- Warteperiode CW₁, CW₂ hat eine Zeitdauer von 1 msek.
- Entladepulse D₁ bzw. D₂ haben einen Stromwert IB von 50 Amp. und eine Pulszeit von 1 msek.
- Warteperioden DW₁ bzw. DW₂ haben jede eine Zeitdauer von 2 msek. und die
- Warteperiode D₁' hat zwischen dem letzten Entladepuls D₁ oder D₂ und dem nächsten Ladepuls C₂ eine Zeitdauer von 6 msek.

Für Bleisäure-Batterien ergeben sich folgende typische Werte:
Für Ladepulse C₁, C₂ LV₁ = 5 V, LV2 = 5,1 V
Für Entladepulse D₁, D₂, DV₁ = 0,1 V, DV₂ = 0,11 V
Für Warteperioden dazwischenliegend
Der genauere Verlauf der Reaktionen, z. B. bei Blei- Batterien, zwischen Wasserstoff und dem Elektrolyten kann durch sogenannte Fentoblitze erfasst werden. Der freigesetzte Wasserstoff bindet sich zunächst an den Elektrolyten. Der so gebildete Übergangszustand zerfällt aber schon nach einigen 100 Fentosekunden, und zwar indem der Wassserstoff dem Elektrolyten eines seiner beiden O-Atorne entreisst und an die Elektroden abgibt.
Die Laser-Fento-Lichtblitze sind von millionstel Sekunden Dauer, um Moleküle schlagartig anzuregen und dabei ihre Zersetzung zu erzielen (Fento-Sekunden (10-100 billiardstel (10-15) Sekunden. Spaltung vermutlich bei 600-700 Fentosekunden).
Gemäss Fig. 5 ist das Herz eines erfindungsgemässen Ladegerätes eine Kontrolleinheit 1, welche einen Mikroprozessor, ein Gedächtnis, einen Timer und einen Zähler umfasst. In ihr findet auch eine automatische Umschaltung auf einen gewünschten Batterietyp statt, wobei der Mikroprozessor für mehrere Batterietypen vorprogrammiert ist.
Einen entsprechenden Input für spezifische Parameter, wie beispielsweise Blei, Nickel-Kadmium, Nickel-Eisen usw. wie auch für eine nominale Voltzahl erhält die Kontrolleinheit 1 von einer Schlüsselplatine 2 verbunden, auf der sich eine Schlüsseltafel mit Schaltern etc. befindet. Sie erhält Eingangsinformationen, um den Gebrauch der gesamten Vorrichtung zu vereinfachen.
Der Kontrolleinheit ist auch ein Display 3 zugeordnet, wobei ein Output der Kontrolleinheit die entsprechenden Informationen und Parameter liefert.
Mit der Kontrolleinheit 1 ist ferner ein Lade-Stromkreis 4 und ein Entladestromkreis 5 gekoppelt. Im Lade- Stromkreis wird der Ladestrom für die Batterie vorbereitet und zwar abhängig von den Applikationen und konfiguriert vom Kontrollsystem. Gedacht ist eine konstante Voltquelle oder konstante Stromquelle.
Der Entladestromkreis liefert einen konstanten Depolarisationsstrom oder eine elektrierte Ladung für die Batterie.
Der Output des Ladestromkreises und der Output des Entladestromkreises sind mit dem positiven Anschluss der Batterie über einen Konduktor 6 verbunden. Die negative Klemmenspannung der Batterie ist verbunden mit dem Grundstromkreis durch einen Stromkreismonitor 7. Der Strom fliesst in und aus der Batterie und muss durch den Stromkreismonitor 7 fliessen. Der Strom für die Batterie wird deshalb durch Messen der Voltzahl bestimmt, die durch den Stromkreismonitor 7 fliesst.
Ein entsprechendes Ladegerät P weist gemäss Fig. 6 einen negativen Anschluss 8 und einen positiven Anschluss 9 auf. Ferner besitzt das Ladegerät P einen Anschluss 10 an einen Temperatursensor.
Ausser einem An-/Ausschalter 11 besitzt das Ladegerät P noch einen Display 12 zur Statusanzeige. Daneben ist eine Taste 13 zur Auswahl von Spannung bzw. Strom erkennbar. Ferner ist eine Anzeige 14 für den Ladungsstatus, an einer Anzeige 15 für Temperaturfehler und eine Anzeige 16 für die Beendigung der Ladung vorgegeben.
Das erfindungsgemässe Ladegerät P ist für 6 V, 12 V, 24 V, (für versiegelte und offene Ausführung) für 100A, 100Ar und 90A gebaut. Es ist automatisch regulierend bis zur vollen Kapazität. Die Eingangskraft ist 220 VAG/50-60 Hz, der Eingangsstromfluss beträgt 16A max.
Es eignet sich für Blei-Säure-Batterien, Nickel-Kadmium- Batterien, Nickel-Metall-Batterien, Nickel-Eisen- Batterien.
Das Gerät ist ausgestattet mit einer automatischen Abschaltung bei Voll-Ladung, einer automatischen Überladungs-Sicherung und einem eingebauten Polaritätsschutz.

Claims

1. Verfahren zum Laden und/oder Entladen von Energiequellen, insbesondere Batterien, Akkus, sowie beliebigen wiederaufladbaren Spannungsquellen mit einem Batterieladegerät, welches an die Pole der Energiequelle angeschlossen wird, wobei an die Pole der Energiequelle eine Spannung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterieladegerät positive und/oder negative Impulse in Form von Spannungen und Strömen der Energiequelle zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse, die an die Pole der Energiequelle angelegt werden, in zeitlichen Intervallen angelegt werden, wobei zwischen den einzelnen Impulsen eine Wartezeit angelegt wird.

3. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Wartezeit zwischen zwei Spannungs- bzw. Stromimpulsen, die als negative oder positive Spannung an die Energiequelle angelegt werden, der Strom und die Spannung der Energiequelle gemessen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass permanent während der Wartezeit zwischen zwei Spannungsimpulsen die Spannung und die Stromstärke der Energiequelle gemessen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grösse als Verhältnis zwischen Spannung und Stromstärke in einer Steuerung im Batterieladegerät gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse als Verhältnis zwischen Spannung und Stromstärke während der Wartezeit, die permanent gemessen wird, mit einem in einem Prozessor des Ladegerätes abgespeicherten Gradienten verglichen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der tatsächlichen Grösse als Verhältnis von Spannung zu Stromstärke energiequellenspezifisch diese mit dem abgespeicherten Gradienten verglichen wird und je nach Abweichung vom abgespeicherten Gradient der nachfolgende Impuls zum Beladen der Energiequelle bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Abweichung der Grösse vom abgespeicherten Gradienten der Impuls positiv oder negativ als Spannungsquelle an die Energiequelle angelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten Grösse zum abgespeicherten Gradienten der Impuls nach Zeitdauer und Betrag bzw. Intensität an die Energiequelle angelegt wird.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vergleich der Grösse mit dem im Batterieladegerät abgespeicherten Gradienten ein Oxidationsprozess in der Energiequelle erkannt wird und zur Vermeidung der Oxidation ein beispielsweise positiv an die Energiequelle angelegter Spannungsimpuls sofort abgeschaltet und nach der Wartezeit in beispielsweise einen negativen Spannungsimpuls an die Energiequelle angelegt wird, oder umgekehrt.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem erfolgten und energiequellenspezifischen ausgewählten und angelegten Impuls, nach Betrag, nach Dauer, nach angelegter Polung, ob positiv oder negativ, während der Wartezeit über die ermittelte Grösse als Verhältnis von Spannung zur Stromstärke der Energiequelle individuell und energiequellenspezifisch der nachfolgende Impuls hinsichtlich Grösse, Dauer, Polarität, ob positiv oder negativ, an die Spannungsquelle angelegt wird.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse auch während des Impulses als Verhältnis von Spannung zur Stromstärke ermittelt wird, und während des Impulses der Betrag sowie die Dauer energiequellenspezifisch verändert wird.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Impuls, insbesondere der Ladeimpuls mit einer Dauer von etwa einer 1000stel bis maximal einer Sekunde an die Energiequelle angelegt wird.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke des Ladepulses mindestens gleich oder grösser ist als der nominale Stromwert, bei welchem die Energiequelle in einer Zeitrate entladen wird.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ladevorganges ein Laden, Entladen, eine Stabilisierung und eine Zustandskonditionierung erfolgt, wobei durch positive und/oder negative Lade- bzw. Entladeimpulse sowie dazwischenliegende Stabilisierungsperioden bzw. Wartezeiten und anschliessende Wiederholungszyklen die Energiequelle durch Abbau von Sulfatierungen an den Elektrolyten durch Energiefreisetzung in kurzer Zeit ohne Wärmeentwicklung und ohne Kristallisation und Gasung aufgeladen wird.