DE1222154B

DE1222154B - Stromversorgungseinrichtung zum Laden von Akkumulatoren

Info

Publication number: DE1222154B
Application number: DEH40946A
Authority: DE
Inventors: Harold Martin Harmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1960-11-15
Publication date: 1966-08-04

Description

Stromversorgungseinrichtung zum Laden von Akkumulatoren Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung zum Laden von Akkumulatoren, vorzugsweise elektrolytischen Akkumulatoren, bei der die Regelung des Ladestromes in Abhängigkeit von der durch die Gasentwicklung verursachten Erhöhung der Temperatur von Batterieteilen erfolgt.
Bei derartigen Akkumulatoren ist die Verwendung von Katalysatoren bekannt, mit deren Hilfe der durch Elektrolyse im - zur Ladung, zur Entladung oder zur Erzeugung einer Klemmenspannung - stromführenden Akkumulator erzeugte Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umgesetzt werden, das den Elektrolyten wieder zufließt.
Die Verwendung solcher Katalyseeinrichtungen bei Akkumulatoren macht ein hermetisches Abschließen des Akkumulators möglich. Ein derart abgeschlossener Akkumulator erfordert bei Verwendung geeigneter Stromregeleinrichtungen, beispielsweise für laufende Nachladung, keine Wartung. Derartige Katalyseeinrichtungen können auch als Baueinheit in beliebige elektrolytische Geräte eingebaut oder in diese eingeschlossen werden, ohne daß diese Baueinheit der Korrosion ausgesetzt ist oder die Gefahr explosiver Wasserstoffkonzentration auftritt.
Andererseits ist bei solchen Akkumulatoren eine Beeinflussung bzw. Steuerung des Akkumulatorenstromes in Abhängigkeit von der Temperatur von Batterieteilen von besonderer Bedeutung. Insbesondere muß bei Erreichung eines bestimmten Temperaturwertes solcher Batterieteile der Ladestrom abgeschaltet werden.
Bei bekannten Einrichtungen zum Regeln des Ladestromes in Abhängigkeit von der Temperatur von Batterieteilen wird die Temperatur des Elektrolyten des Akkumulators dazu benutzt, bei Erreichung eines bestimmten Wertes die Abschaltung des Ladestromes zu bewirken. Die Heranziehung der Temperatur des Elektrolyten als Steuergröße zur Regelung bzw. zum Abschalten des Ladestromes weist jedoch beachtliche Nachteile auf, denn sie setzt, um überhaupt richtig wirken zu können, voraus, daß einerseits die Umgebungstemperatur annähernd konstant und andererseits der Ladestrom sehr hoch ist. Diese beiden Bedingungen können aber keinesfalls immer vorausgesetzt werden, ja es kann sogar der Fall eintreten, daß die Temperatur des Elektrolyten gegen Ende der Ladung niedriger ist als zu Beginn. Gegen Ende des Ladevorganges findet sich infolge der dann auftretenden Gasentwicklung nur ein Rest der gesamten zugeführten elektrischen Energie in Form von Joulescher Wärme im Elektrolyten wieder; wegen der großen Wärmekapazität von Elektrolyt und Elektroden kann aber diese verhältnismäßig kleine Wärmemenge nur eine entsprechend kleine Temperaturerhöhung bewirken, d. h. diese Temperaturerhöhung eignet sich schlecht als Indikator für den Ladezustand des Akkumulators.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile solcher bekannter Einrichtungen zum Regeln des Ladestromes von Akkumulatoren zu vermeiden und eine Einrichtung zu schaffen, bei der ein wesentlich besser geeigneter Indikator für den Ladezustand zur Regelung unabhängig von der Umgebungstemperatur und auch bei kleinen Ladestromstärken benutzt wird. Demgemäß dient bei einer Stromversorgungseinrichtung zum Laden von Akkumulatoren, bei der die Regelung des Ladestromes in Abhängigkeit von der durch die Gasentwicklung verursachten Erhöhung der Temperatur von Batterieteilen erfolgt, erfindungsgemäß bei Anwendung in Verbindung mit solchen Akkumulatoren, die Katalysatoren für die Wiedervereinigung der Zersetzungsgase enthalten, die Temperatur der Katalysevorrichtung als Steuergröße.
Die Erfindung macht sich die Feststellung zunutze, daß bei Verwendung einer Katalysevorrichtung in Verbindung mit Akkumulatoren die Temperaturerhöhung der Katalysatoren ein eindeutiges Maß für die Geschwindigkeit der Umwandlung der Zersetzungsgase in Wasser ist. Es wird demnach nicht die Temperatur des Elektrolyten als Steuergröße benutzt, sondern mittelbar wird über eine Temperaturmessung die Knallgasentwicklung im Akkumulator überwacht und zur Beeinflussung des Ladestromes benutzt; diese Knallgasentwicklung ist unabhängig von der Umgebungstemperatur, und sie setzt auch bei kleineren Ladestromstärken in nennenswertem Maße erst dann ein, wenn das Ende der Ladung etwa erreicht ist. Sobald aber eine Knallgasentwicklung auftritt, erfolgt eine kräftige Erwärmung der Katalysatoren, da bei der Katalyse die hohe Verbrennungswärme des Wasserstoffes frei wird, so daß sich gegen Ende des Ladevorganges praktisch die gesamte zugeführte elektrische Energie als. Wärme in den Katalysatoren wiederfindet.
Erfindungsgemäß kann als Temperaturfühler ein Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten oder ein Thermoelement verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Stromregler einen Magnetverstärker zu verwenden, mit dem der Temperaturfühler über einen Verstärker verbunden ist.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Temperaturfühler an den Emitter-Basis-Kreis eines Transistors und der Kollektorkreis des Transistors an ,den Stromregler angeschlossen.
Eine Ausführungsart der Erfindung wird nunmehr als Beispiel an Hand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser ist F i g.1 ein schematischer Vertikalschnitt durch einen Akkumulator und F i g. 2 ein Schaltbild des Ladekreises.
Wie in F i g.1 dargestellt, ist eine Katalysevorrichtung 1 der obenerwähnten Art im oberen Teil des Akkumulators 2 in dem Raum oberhalb des Elektrolyten 3 und der Platten 4 befestigt, wo sie von den gasförmigen Elektrolyseprodukten der Zelle berührt wird. Wie dargestellt, ist die Zelle völlig dicht abgeschlossen; dies ist aber nicht wesentlich; die Erfindung kann auch auf eine nicht abgedichtete Zelle angewendet werden. Die Katalysevorrichtung enthält die Katalysatorkörper 5, die von einer Schicht 6 aus Filtermaterial oder hygroskopischem Material getragen werden und in einer für Flüssigkeiten undurchlässigen, aber für Gase und Dämpfe durchlässigen Schutzkapsel ? eingeschlossen sind. Ein Widerstand 8 mit positivem oder negativem hohem Temperaturkoeffizienten ist an der Katalysevorrichtung befestigt und mit dieser in Berührung, so daß seine Temperatur von der Temperatur der Katalysevorrichtung abhängig ist und der Betrag dieses Widerstandes sich mit der Art der Temperaturenentwicklung in jener Vorrichtung ändert. Eine solche Katalysevorrichtung kann in einer einzelnen Zelle oder in einer oder mehreren Zellen eines Akkumulators vorgesehen sein.
Bei dem Schaltbild nach F i g. 2 ist angenommen, daß die Katalysevorrichtung 1 und der Widerstand 8 sich in einer Zelle eines Akkumulators 9 befinden und daß dieser Widerstand ein sogenannter »Thermistor« mit hohem negativem Temperaturkoeffizienten ist. Der Widerstand 8 liegt parallel mit dem Emitter-Basis-Kreis eines Transistors 10, in Reihe mit dem Akkumulator 9 und einem Widerstand 11, der ein Lampenwiderstand sein kann und einen im wesentlichen konstanten Strom aufnimmt. Der Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors liegt in Reihe mit der Steuerwicklung 12 eines Magnetverstärkers 13 an dem Akkumulator 9. Die Wechselstromwicklung 14 des Magnetverstärkers ist in Reihe mit der Primärwicklung 15 eines Transformators 16 an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Die Sekundärwicklung 17 des Transformators ist über eine Gleichrichterbrücke 18 parallel zum Akkumulator 9 geschaltet.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende: Ein Ladestrom wird dem Akkumulator 9 aus der Wechselstromquelle durch den Transformator 16 und den Gleichrichter 18 geliefert. Ist die Geschwindigkeit, mit der die gasförmigen Elektrolyseprodukte in der Zelle 2 durch die Katalysevorrichtung 1 in Wasser umgewandelt werden, niedrig, so daß die Temperatur dieser Vorrichtung und des Widerstandes 8 ebenfalls niedrig ist, so wirrt der Widerstandswert des letzteren hoch sein, und es fließt ein verhältnismäßig hoher Anteil des den Widerstand 11 durchfließenden Stroms durch den Emitter-Basis-Kreis des Transistors 10. Im Kollektorkreis dieses Transistors und durch die Steuerwicklung 12 des Magnetverstärkers 13 wird ein stärkerer Strom fließen.
Dieser vom Transistor 10 kommende Strom sucht den Magnetverstärker zu sättigen, seine Impedanz zu verringern und durch die Primärwicklung 15 des Transformators 16 einen Wechselstrom fließen zu lassen, dessen Betrag der Lieferung eines normalen Ladestromes in den Akkumulator 9 über den Gleichrichter 18 angepaßt ist.
Ist dagegen die Umwandlungsgeschwindigkeit der Elektrolyseprodukte in dem Akkumulator 9 hoch, wie das gegen Ende eines Ladevorgangs der Fall sein wird, so ist die Temperatur der Katalysevorrichtung und des Widerstands 8 hoch und der Widerstandswert des erwähnten Widerstands niedrig. Es wird ein kleiner Anteil des Stromes im Widerstand 11 durch den Emitter-Basis-Kreis des Transistors 10 fließen. Dementsprechend fließt in dem Kollektorkreis und durch die Steuerwicklung 12 des Magnetverstärkers 13 ein verringerter Strom oder kein Strom. Der erhöhte Widerstand des Magnetverstärkers wird also den Ladestrom in den Akkumulator über den Transformator 16 und den Gleichrichter 18 verringern oder sperren, z. B. wenn der Akkumulator vollgeladen ist.
Der dem Akkumulator9 durch den Gleichrichter 18 gelieferte Höchststrom ist proportional dem vom Widerstand 11 durchgelassenen Höchststrom, wenn der Widerstand 8 seine niedrigste Temperatur und der in der Magnetverstärkerwicklung 12 fließende Kollektorstrom des Transistors 10 seinen Höchstwert hat. Ein in Reihe mit dem Widerstand 11 vorgesehener Stellwiderstand kann verstellt werden, um den dem Akkumulator 9 gelieferten Strom zu ändern, wenn der Widerstand 8 seine niedrigste Temperatur hat, und so den Anfangsstrom des dem Akkumulator gelieferten Stromes einzustellen.
Wird als Temperaturfühler ein Thermoelement verwendet, so kann dieses an Stelle des Widerstands 8 in Berührung mit der Katalysevorrichtung 1 angeordnet werden. Die in dem Thermoelement erzeugte Spannung kann dann wieder dazu benutzt werden, über eine Verstärkereinrichtung ein Steuersignal für einen Magnetverstärker oder einen anderen Ladestromregler zu geben.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Temperaturerhöhung im Katalysator mit der Temperaturerhöhung eines Widerstands im äußeren Akkumulatorstromkreis verglichen. In Abhängigkeit von dem Temperaturvergleich läßt sich dabei eine selbsttätige Regelwirkung hervorbringen, wodurch z. B. der Ladestrom veranlaßt werden kann, einem günstigen Gesetz mit geringstem Stromverlust für Elektrolyse oder ohne Überschreitung eines maximalen Ausmaßes von Elektrolyse zu folgen oder bei voller Ladung des Akkumulators aufzuhören, d. h., wenn der gesamte in den Akkumulator fließende Strom nur Elektrolyse bewirkt und in ihm die bekannten Verluste hervorruft. Der Temperaturvergleich kann mittels einer Brückenschaltung mit von der Katalysatortemperatur beeinflußten temperaturabhängigen Widerständen und äußerem Widerstand in zwei entsprechenden Brückenzweigen bewirkt werden. Der Brückenstrom bei gestörtem Gleichgewicht oder das Fehlen eines solchen Stromes wird dann benutzt, um die obenerwähnten Wirkungen zur Regelung oder zur Beendigung der Ladung hervorzubringen.
Als weitere Abwandlung kann die Temperaturerhöhung des Katalysators herangezogen werden, um selbst den Ladestrom oder den Strom durch den Akkumulator zu steuern.
Für einen vorhandenen Akkumulator kann die Katalysevorrichtung zusammen mit dem Temperaturfühler in der Form einer Patrone oder anderen Einheit zusammengebaut sein, die an oder in dem Akkumulator oder in dessen Nähe angebracht werden kann. Im Fall eines neu anzufertigenden Akkumulators kann die Einheit in oder an demselben in dessen Konstruktion einbezogen werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Stromversorgungseinrichtung zum Laden von Akkumulatoren, bei der die Regelung des Ladestromes in Abhängigkeit von der durch die Gasentwicklung verursachten Erhöhung der Temperatur von Batterieteilen erfolgt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß bei Anwendung in Verbindung mit Akkumulatoren, die Katalysatoren für die Wiedervereinigung der Zersetzungsgase enthalten, die Temperatur der Katalysevorrichtung als Steuergröße dient.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler ein Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten verwendet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler ein Thermoelement verwendet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromregler ein Magnetverstärker verwendet ist, mit dem der Temperaturfühler über einen Verstärker verbunden ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler an den Emitter-Basis-Kreis eines Transistors und der Kollektorkreis des letzteren an den Stromregler angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 244 505, 868 466; französische Patentschriften Nr. 1005 589, 1193 182; französische Zusatzpatentschrift Nr. 58 290 (Zusatz zur französischen Patentschrift Nr. 1005 589); britische Patentschriften Nr. 693 096, 724175, 724 259; USA.-Patentschriften Nr. 1758 522, 2 644 125.