DE1413767A1 - Ladungsueberwachungsgeraet fuer gasdichte elektrische Akkumulatoren - Google Patents

Description

• Zadungsüberwachungsgerät für gasdichte elektrische Akkumulatoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltanordnung zur Überwachung der Aufladung von gasdichten elektrischen. Akkumulatoren mit Sinterelektroden bei`hadung mit konstanter Spannung.
• Es ist bekannt, elektrische Akkumulatoren mit `konstanter Spannung aufzuladen. Man bedient sich zu diesem Zweck verschiedener Regeleinrichtungen, welche dafür sorgen, da.ß die Ladespannung unabhängig vom Ladestrom konstant..bleibt. Die Ladung mit konstanter Spannung hat den Vorteil, daß in verhältnismäßig kurzer-Zeit ein beträchtlicher Teil der Nennkapazität des Akkumulators eingeladen _ werden kann. Die- Höhe des Ladestromes ist dabei unter anderem abhängig. von. der Höhe der angelegten Konstantspannunggvom Lade- .. zustand der Zellen und von der Zellentemperatur. Sie beträgt gewöhnlich unmittelbar nach Beginn der Ladung. ein Vielfaches des Nennladestromes, um dann mit zunehmender Aufladung abzufallen.
• Die Konstantspannungsladumg hat sich bei konventionellen elektrischen Akkumulatoren - also bei Akkumulatoren, die nicht gasdicht verschlossen betrieben werden - gut bewährt. _ Dagegen ließ sich das Konstantspannungs-Ladeverfahren bei gasdichten Akkumulatoren, insbesondere bei solchen mit Sinterelektrod.en, bisher nur dann anwenden, wenn der Ladevorgang ständig von einer Person überwacht wurde. Dies liegt daran, daß die oben angedeutete Gesetzmäßigkeit des La destromverlaufes bei der Rufladung dieser Akkumulatoren nur so lange gilt, wie noch eine Umsetzung. der aktiven Massen erfolgt. Wenn die Zellen vollgeladen sind, verhält sich der Ladestrom in gasdichten Zellen mit Sinterelektroden grundsätzlich anders als in offenen alkalischen Akkumulatoren. Er beginnt nämlich, wieder anzusteigen und kann, falls die Ladung nicht überwacht wird, sogar die Höhe des Anfangsladestromes, also ein Vielfaches des Nennladestromes, erreichen. Dabei tritt eine unzulässige Erwärmung der Zellen ein, welche zur Zerstörung des Akkumulators führen kann.
• Der Zeitpunkt, in dem die Ladestrom-Zeit-Kurve wieder anzusteigen beginnt, in welchem diese Kurve also ihr Minimum durchläuft,, ist abhängig vom Ladezustand der Batterie, von der flöhe der angelegten Ladespannung, der Zellentemperatur u.a. Er läßt sich nicht vorherbestimmen, so daß man nicht etwa die Ladung auf eine bestimmte, zu Beginn festeingestellte Zeit begrenzen könnte. Man hat daher bereits Ladeüberwachungsgeräte konstruiert, welche das Ansteigen des Ladestromes dadurch anzeigen und den Ladevorgang abbrechen, daß sie die Zellentemperatur überwachen und bei stärkerer Erwärmung den Ladestrom abschalten. Diese Geräte arbeiten jedoch naturgemäß recht träge. Insbesondere kann mit ihnen nicht - wie es wünschenswert wäre - jede unzulässige Erwärmung von vornherein unterbunden werden.
• Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Ladeüberwachungsgerät zu schaffen., welches sicher und schnell anspricht, sobald der Ladestrom sein Minimum durchlaufen hat, so daß der Stromanstieg verhindert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen die Konstantspannungsquelle und die aufzuladende Batterie eine Anordnung geschaltet wird, für weiche in der Zeichnung ein Beispiel dargestellt ist. Im folgenden ist die Bezifferung der Zeichnung erläutert. In Klammern ist angegeben, wie die einzelnen Schaltelemente, beispielsweise bei einem Ladegerät für zehnzellige gasdichte Akkumulatoren mit Sinterelektroden, dimensioniert werden können. .
• a 1 Kondensator (100 mF) 2 Kondensator (100 mF) 3 Zeitgeber (Schaltuhr) 4, 5, 6 Kontakte des Zeitgebers Batterie 8 Starttaste 9 Widerstand (0,5 Ohm) 10 Transistor (0C 308) 11 Relais 12 Ruhekontakt des Relais 11 13, 14 Arbeitskontakte des Relais 11 15 Widerstand (10 Ohm) .
• 16 Widerstand (510 Ohm) 17 Widerstand (27 Ohm) 18 negativer Pol der Könstantspannungsquelle 19 positiver Pol der Konstantspannungsquelle -20 Widerstand (200 Ohm) 21 Transistor (0C 304) 22 Transistor (ASY 13) 23 Widerstand (1 k-Ohm) 24 Relais 25, 26, 27 Ruhekontakte des Relais 24 25', 26', 2?' Arbeitskontakte des Relais 24 28 Kondensator (5/uF)-29 Widerstand (80 Ohm) 30 Relais 31 Arbeitskontakt des Relais 30 32 Signallampe Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist im wesentlichen. dadurch gekennzeichnet, daß - durch einen Zeitgeber . gesteuert - zwei Kondensatoren 1 und 2 in verschiedenen Zeitpunkten'einzeln auf je eine dem jeweii-igen Ladestrom proportionale Spannung aufgeladen werden. Die nachfolgend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Schaltanordnung ermöglicht dann. einen Vergleich der an den beiden Kondensatoren liegenden Spannungen.
• Ist die Spannung an dem zuerst aufgeladenen Kondensator 1 größer als am Kondensator 2, so bedeutet dies, daß der Ladestrom noch abfällt, die Ladung also noch nicht abgeschlossen ist. Es wird dann. kein Schaltvorgang ausgelöst. Sobald dagegen der Ladestrom sein Minimum durchlaufen hat und wieder ansteigt, d.h. sobald die Spannung am Kondensator 2 diejenige am Kondensator 1 übertrifft, werden die Transistoren 21 und 22 so angesteuert, daß durch die Relais 24 und 30 der Ladestrom unterbrochen wird.
• Im einzelnen spielen sich in der erfindungsgemäßen Schaltanordnung folgende Vorgänge ab Die Kondensatoren 1 und 2, welche auf einer Seite miteinander verbunden sind, werden in verschiedenen Zeitpunkten t1 und t2 über einen 'Zeitgeber 3 mit einer dem Ladestrom proportionalen Spannung U(t1) bzw. U(t2).aufgeladen. In einer dritten Schaltstufe des Zeitgebers wird ein Relais betätigt, welches die anderen Seiten der Kondensatoren an die Basis bzw. den Emitter eines Transistors 21 legt, so daß der durch den Transistor 21 fließende Strom verstärkt wird, wenn U(tl) kleiner ist als U(t2) und gesperrt wird, wenn 'Q(tl) größer als U(t2) ist. Durch den Spannungsabfall an dem Widerstand 16, welcher dem Strom durch den Transistor 21 proportional ist, wird ein Transistor 22 gesteuert, so. daß im Falle U(tl»U(t2) das.Relais 24 nicht beeinflußt wird, während es im Falle U(tl)< U(t2) das Relais 30 betätigt, welches den Ladevorgang abbricht.
• Der Zeitgeber 3 wird so eingestellt, daß er-z.B. alle 15 bis 30 Minuten den beschriebenen Kontrollzyklus ablaufen läßt. Diese Zeitspanne ist genügend kurz, um eine: zu starke Überladung des 1Akla3mila ators und damit eine unzulässige Erwärmung und Beschädigung desselben sicher zu unterbinden.
• Position 32 bezeichnet eine Signallampe, welche bei Beendigung der Ladung aufleuchtet f Selbstverständlich können in dem beschriebenen Beispiel der erfinäungsgemäßen Schaltanordnung-verschiedene Schaltelemente fortgelassen oder durch technisch äquivalente Schaltelemente ersetzt werden,, ohne da.ß hiermit der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Ein Beispiel für diese Tatsache liegt bei dem Relais 30 und dessen Schaltkontakt 31 vor, deren Aufgabe, die Ladung abzubrechen, bei entsprechender Dimensionierung des Relais 24 ohne weiteres von diesem übernommen werden könnte. Beispielsweise kann auch der Transistor 22 durch eine andere Verstärkungsanordnung ersetzt werden. Wie Versuche gezeigt haben, zeichnet sich der Gegenstand der =vorliegenden Erfindung durch eine besonders große AnsprechempfindlichkAit und Betriebssicherheit .aus. Bereits ein La.destromanstieg zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 von weniger als 100 mA führt zum Abschalten des Stromes. Die erfindungsgemäße Anordnung.ist daher bekannten Ladeüberwachungsgeräten zur gonstantspannungsladung von gasdichten Akkumulatoren mit Sinterelektroden eindeutig überlegen.

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Überwachung der Aufladung von gasdichten elektrischen Akkumulatoren mit Sinterelektroden bei Ladung mit konstanter Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß der ladevorgang abgebrochen wird, sobald der Ladestrom ein Minimum durchlaufen hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kondensatoren (1) und (2), welche auf einer Seite miteinander verbunden sind, in verschiedenen Zeitpunkten t1 und t2 über einen Zeitgeber (3) mit einer dem Ladestrom proportionalen Spannung U(t1) bzw. U(t2) aufgeladen werden, daß in einer dritten Schaltstufe des Zeitgebers ein Relais (11) betätigt wird, welches-die anderen Seiten der Kondensatoren an die Basis bzw. den Butter eines Transistors@(21) legt, so daß der durch den Transistor (21) fließende Strom verstärkt wird, wenn U(t1) < U(t2) ist und gedrosselt wird, wenn U(tl)> U(t2) ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daB ein diesem Transistorstrom proportionaler Spannungsabfall einen Transistor (22) steuert, so daß im Falle U(tl» U(t2) das Relais (24) nicht beeinflußt wird, während es im Fall U(tl)< U(t2) das Relais (30) betätigt, welches-den Ladevorgang abbricht.
3. 3. Schaltanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladekreis ein Widerstand (9) liegt, daß zu diesem Widerstand ein Transistor (10) mit seinem Emitter und seiner Basis parallel geschaltet ist, während@sein Kollektor einerseits über einen Widerstand (20) am Pol (18) der Ladespannungsquelle liegt und andererseits über den Kontakt (12) eines Relais (11) mit zwei Kondensatoren (1) und (2) verbunden ist, weiche auf dieser Seite miteinander verbunden sind, während ihre anderen Seiten getrennt sowohl zu den Kontakten (13) bzw. (14) des Relais (11) als auch zu den Kontakten (4) bzw. (5) des Zeitgebers (3) geführt sind, ferner dadurch gekennzeichnet, daß bei Schließen des dritten Kontaktes (6) des Zeitgebers (3) das Relais (11) gleichzeitig die Kontakte (13) und (14) schließt und den'Kontakt (12) unterbricht, wobei die miteinander verbundenen Seiten der Kondensatoren (1) und (2) von der übrigen Schaltanordnung galvanisch getrennt werden, ferner dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenen Kontakten (13) und (14) der Kondensator (2) an der Basis des Transistors (21) und der Kondensator (1) sowohl am F,mitter von (21) als auch an der Basis des Transistors (22) liegt, daß der'Kollektor von (21) über einen Widerstand (23) und der Kollektor von (22) über den Ruhekontakt (25) eines Relais und dessen Wicklung (24), welcher ein Kondensator (28) parallel geschaltet ist und über den Ruhekontakt einer Starttaste (8) mit dem negativen Pol (18) der Ladespannungsquelle verbunden ist, ferner dadurch gekennzeichnet, daß im Ladekreis der Arbeitskontakt (31) eines Relais (30) liegt, welches über den Ruhekontakt (26) des Relais (24) Strom erhält, und daB die Wicklung des Relais (24) und sein Arbeitskontakt (251), welcher mit dem positiven Pol (19) der Spannungsquelle verbunden ist, in Reihe geschaltet sind.