DE1413767B2

DE1413767B2 -

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Publication number: DE1413767B2
Application number: DE19621413767
Authority: DE
Priority date: 1962-09-07
Filing date: 1962-09-07
Publication date: 1970-10-29
Also published as: DE1413767A1

Description

1 4Ϊ3

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Aufladung gasdichter elektrischer Akkumulatoren an konstanter Spannung, mit einem Transistormeßglied zum Erfassen und einer Einrichtung zum Speichern der steigenden oder fallenden Tendenz des Ladestromes und mit einer Schalteinrichtung, die bei wieder ansteigender Tendenz den Ladevorgang unterbricht.

Es ist bekannt, elektrische Akkumulatoren mit konstanter Spannung aufzuladen. Man benutzt dazu Regeleinrichtungen, welche dafür sorgen, daß die Ladespannung unabhängig vom Ladestrom konstant bleibt. Die Ladung mit konstanter Spannung hat den Vorteil, daß in verhältnismäßig kurzer Zeit ein beträchtlicher Teil der Neiinkäpazität des Akkumulators eingeladen werden kann. Die Höhe des Ladestromes ist dabei unter anderem abhängig von der Höhe der angelegten Konstantspannung, vom Ladezustand der Zellen und. von der Zellentemperatur. Sie beträgt gewöhnlich unmittelbar nach Beginn der Ladung ein Vielfaches des Nennladestromes, um dann mit zunehmender Aufladung abzufallen. Beispielsweise ist es bei solchen Anordnungen bekannt, den Ladevorgang abzubrechen, sobald der Ladestrom ein Minimum erreicht hat (deutsche Patentschrift 494 129).

Die Konstantspannungsladung 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 Sinterelektroden, bisher nur dann anwenden, wenn der Ladevorgang ständig überwacht wurde. Dies liegt daran, daß die oben angedeutete Gesetzmäßigkeit des Ladestromverlaufes bei der Aufladung 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 die Kurve also ihr Minimum durchläuft, ist abhängig vom Ladezustand der Batterie, von der Höhe der angelegten Ladespannung, der Zellentemperatur u. a. Er läßt sich nicht vorher bestimmen, so daß man nicht etwa die Ladung auf eine bestimmte, zu Beginn fest eingestellte 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 (deutsche Patentschrift 868 466). Diese Geräte arbeiten jedoch naturgemäß recht träge. Insbesondere kann mit ihnen nicht — wie es wünschenswert wäre — jede unzulässige Erwärmung von vornherein unterbunden werden.

Daneben ist mit dem älteren deutschen Patent 1227 550 bereits ein Verfahren zur Überwachung der Ladung von Akkumulatoren vorgeschlagen worden, bei dem der Ladevorgang bei Lädung mit konstanter Spannung dann abgebrochen wird, wenn der Ladestrom ein Minimum durchlaufen hat. Eine zu einer solchen Überwachung geeignete Vorrichtung ist gemäß diesem Patent beispielsweise mit einem Transistormeßglied zum Erfassen und einer Einrichtung zum Speichern der steigenden oder fallenden Tendenz des Ladestromes und mit einer von dieser gesteuerten Schalteinrichtung, die den Ladevorgang unterbricht, versehen. Zur Speicherung der Tendenz des Ladestromes wird dabei die Verwendung eines Nachlaufmotors mit einer komplizierten Mechanik vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung ist daher sehr störungsanfällig und verursacht hohe Herstellungs- und Überwachungskosten.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Ladeüberwachungsgerät dieser Gattung zu schaffen, welches sicher und schnell anspricht, sobald der Ladestrom sein Minimum durchlaufen hat, und welches nur wenig störanfällig ist und mit möglichst einfachen elektrischen Bauelementen arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur Überwachung der Aufladung gasdichter elektrischer Akkumulatoren an konstanter Spannung, mit einem Transistormeßglied zum Erfassen und einer Einrichtung zum Speichern der steigenden oder fallenden Tendenz des Ladestromes und mit einer Schalteinrichtung, die bei wieder ansteigender Tendenz den Ladevorgang unterbricht, dadurch gelöst, daß zwei an je einer Elektrode miteinander verbundene Kondensatoren vorgesehen sind, die in verschiedenen Zeitpunkten I₁ und t₂ über einen mehrstufigen Zeitgeber mit einer dem Ladestrom proportionalen Spannung UQ₁) bzw. U(t₂) periodisch aufladbar sind, daß in einem Zeitpunkt t₃ des Zeitgebers ein Relais betätigbar ist, welches die anderen Elektroden der Kondensatoren an den Emitter bzw. die Basis eines Transistors legt, so daß der durch den Transistor fließende Strom verstärkt wird, wenn UQ₁) < U(t₂) ist und gedrosselt wird, wenn UQ₁) ]> UQ₂) ist, und daß ein diesem Strom proportionaler Spannungsabfall einen Transistor so steuert, daß dieser im Falle U(Jt₁) > UQ„) ein Relais nicht beeinflußt, während er es im Fall UQ₁) < (UQ₂) speist und damit ein Relais betätigt, welches den Ladevorgang abbricht.

Wie Versuche gezeigt haben, zeichnet sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung durch eine besonders große Ansprechempfindlichkeit und Betriebssicherheit aus. Bereits ein Ladestromanstieg zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ von weniger als 100 mA führt zum Abschalten des Stromes.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung an Hand der Figur näher erläutert. Bei der folgenden Erklärung der Bezifferung der Zeichnung ist jeweils in Klammern angegeben, wie die einzelnen Schaltelemente beispielsweise bei einem Ladegerät für lOzellige gasdichte Akkumulatoren mit Sinterelektroden dimensioniert werden können:

1 Kondensator (100 mF),

2 Kondensator (100 mF),

3 Zeitgeber (Schaltuhr),

4, 5, 6 Kontakte des Zeitgebers,

7 Batterie,

8 Starttaste,

9 Widerstand (0,5 Ohm),

10 Transistor (OC 308),

11 Relais,

12 Ruhekontakt des Relais 11,

13,14 Arbeitskontakte des Relais U,

15 Widerstand (10 Ohm),

16 Widerstand (510 Ohm),

17 Widerstand (27 Ohm),

18 negativer Pol der Konstantspannungsquelle,

19 positiver Pol der Konstantspannungsquelle,

20 Widerstand (200 Ohm),

21 Transistor (OC 304),

22 Transistor (ASY 13),

23 Widerstand (1 Kiloohm),

24 Relais,

25,26,27 Ruhekontakte des Relais 24,
25', 26', 27' Arbeitskontakte des Relais 24,

28 Kondensator (5 μΡ),

29 Widerstand (80 Ohm),

30 Relais,

31 Arbeitskontakte des Relais 30,

32 Signallampe.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beruht im wesentlichen darauf, daß — durch einen Zeitgeber gesteuert — zwei Kondensatoren 1 und 2 in verschiedenen Zeitpunkten einzeln auf je eine dem jeweiligen 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 i d Ld il S LZ()

p _{1 2} g

einer dem Ladestrom proportionalen Spannung ₁ 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 C/(i_t) kleiner ist als U(t„) und gesperrt wird, wenn UQ₁) 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 UQ₁) > UQ₂) das Relais 24 nicht beeinflußt wird, während es im Falle U(I₁) < UQ₂) 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 Akkumulators und damit eine unzulässige Erwärmung und Beschädigung desselben sicher zu unterbinden. Position 32 bezeichnet eine Signallampe, welche bei Beendigung der Ladung aufleuchtet.

Im einzelnen liegt bei der beschriebenen Schaltungsanordnung im Ladekreis ein Widerstand 9, dem die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 10 parallel geschaltet ist, dessen Kollektor über Widerstand 20 am negativen Pol 18 der Ladespannungsquelle liegt und der über Kontakt 12 des Relais 11 mit zwei Kondensatoren 1 und 2 verbunden ist. Die anderen Seiten der Kondensatoren 1 und 2 sind getrennt zu den Kontakten 13 und 14 des Relais 11 und zu den Kontakten 4 und 5 des Zeitgebers 3 geführt. Bei Schließen des Kontaktes 6 des Zeitgebers 3 werden gleichzeitig die Kontakte 13 und 14 geschlossen und Kontakt 12 unterbrochen, wobei die miteinander

ao verbundenen Seiten der Kondensatoren 1 und 2 von der übrigen Schaltungsanordnung getrennt werden.

Bei geschlossenen Kontakten 13 und 14 liegt der Kondensator 2 an der Basis des Transistors 21 und der Kondensator 1 am Emitter dieses Transistors und an der Basis des Transistors 22. Der Kollektor von Transistor 21 ist über Widerstand 23 mit dem negativen Pol 18 der Ladespannungsquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors 22 ist mit dem negativen Pol 18 über den Ruhekontakt 25 eines Relais und dessen Wicklung 24, der ein Kondensator 28 parallel geschaltet ist, und den Ruhekontakt einer Starttaste 8 verbunden. Im Ladekreis liegt der Arbeitskontakt 31 eines Relais 30, das über den Ruhepunkt 26 des Relais 24 Strom erhält. Die Wicklung des Relais 24 und sein Arbeitskontakt 25', der am positiven Pol 19 der Spannungsquelle liegt, sind hierbei in Reihe geschaltet.

Selbstverständlich können in dem beschriebenen Beispiel der erfindungsgemäßen Schaltanordnung verschiedene Schaltelemente fortgelassen oder durch technisch äquivalente Schaltelemente ersetzt werden, ohne daß 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.

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung zur Überwachung der Aufladung gasdichter elektrischer Akkumulatoren an konstanter Spannung, mit einem Transistormeßglied zum Erfassen und einer Einrichtung zum Speichern der steigenden oder fallenden Tendenz des Ladestromes und mit einer Schalteinrichtung, die bei wiederansteigender Tendenz den Ladevorgang unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an je einer Elektrode miteinander verbundene Kondensatoren (1) und (2) vorgesehen sind, die in verschiedenen Zeitpunkten t₁ und i₂ über einen mehrstufigen Zeitgeber (3) mit einer dem Ladestrom proportionalen Spannung UQ₁) bzw. i/(f₂) periodisch aufladbar sind, daß in einem Zeit-

punkt ig des Zeitgebers ein Relais (11) betätigbar ist, welches die anderen Elektroden der Kondensatoren (1, 2) an den Emitter bzw. die Basis eines Transistors (21) legt, so daß der durch den Transistor (21) fließende Strom verstärkt wird, wenn 1/(Z₁) < [/(J₂) ist und gedrosselt wird, wenn U(Q > U(Q ist und daß ein diesem Strom proportionaler Spannungsabfall einen Transistor (22) so steuert, daß dieser im Falle U(Q > U(Q ein Relais (24) nicht beeinflußt, während er es im Fall U(I₁) < U(Q speist und damit ein Relais (30) betätigt, welches den Ladevorgang abbricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen