DE1413767C

DE1413767C - Circuit arrangement for monitoring the charging of gas-tight electrical accumulators

Info

Publication number: DE1413767C
Authority: DE
Inventors: Georg 6090 Russeisheim Strasen Gunter 6079 Sprendhngen Graber
Original assignee: Varta Deutsche Edison Akkumulatoren Co GmbH, 6000 Frankfurt
Publication date: 1971-06-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der Ladung von Akkumulatoren vorgeschlagen wor-The invention relates to a circuit arrangement for charging accumulators proposed wor-

zur Überwachung der Aufladung gasdichter elek- den; bei dem der Ladevorgang bei Ladung mit kon-for monitoring the charging of gas-tight electrodes; in which the charging process is carried out when charging with

trischer Akkumulatoren an konstanter Spannung, stanter Spannung dann abgebrochen wird, wenn dertric accumulators at constant voltage, constant voltage is canceled when the

mit einem Transistormeßglied zum Erfassen und Ladestrom ein Minimum durchlaufen hat. Eine, zuhas passed through a minimum with a transistor measuring element for detecting and charging current. One, too

einer Einrichtung zum Speichern der steigenden oder 5 einer solchen Überwachung geeignete ■ Vorrichtunga device for storing the rising or 5 such monitoring suitable device

fallenden Tendenz des Ladestromes und mit einer ist gemäß diesem Patent beispielsweise mit einemfalling tendency of the charging current and with one is according to this patent for example with one

Schalteinrichtung, die bei wieder ansteigender Ten- Transistormeßglied zum Erfassen und einer Einrich-Switching device which, when the ten transistor measuring element rises again, for detecting and a device

denz den Ladevorgang unterbricht. tung zum Speichern der steigenden oder fallendenbecause the charging process is interrupted. tion to save the rising or falling

Es ist bekannt, elektrische Akkumulatoren mit Tendenz des Ladestromes und mit einer von dieser konstanter Spannung aufzuladen. Man benutzt dazu io gesteuerten Schalteinrichtung, die den Ladevorgang Regeleinrichtungen, welche dafür sorgen, daß die unterbricht, versehen. Zur Speicherung der Tendenz Ladespannung unabhängig vom Ladestrom konstant des Ladestromes wird dabei die Verwendung, eines bleibt. Die Ladung mit konstanter Spannung hat den Nachlaufmotors mit einer komplizierten Mechanik Vorteil, daß in verhältnismäßig kurzer Zeit ein be- . vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung ist daher trächtlicher Teil der Nennkapazität des Akkumula- 15 sehr störungsanfällig und verursacht hohe Hersteltors eingeladen werden kann. Die Höhe des Lade·· lungs- und Uberwachungskosten.
stromes ist dabei unter anderem abhängig von der Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Ladeüber-Höhe der angelegten Konstantspannung, vom Lade- wachungsgerät dieser Gattung zu schaffen, welches zustand der Zellen und von der Zellentemperatur. sicher und schnell anspricht, sobald der Ladestrom Sie beträgt gewöhnlich unmittelbar nach Beginn der ao sein Minimum durchlaufen hat, und welches nur Ladung ein Vielfaches des Nennladestromes, um wenig störanfällig ist und mit möglichst einfachen dann mit zunehmender Aufladung abzufallen. Bei- elektrischen Bauelementen arbeitet. .
spielsweise ist es bei solchen Anordnungen bekannt, Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordden Ladevorgang abzubrechen, sobald der Lade- nung zur Überwachung der Aufladung gasdichter strom ein Minimum erreicht hat (deutsche Patent- »5 elektrischer Akkumulatoren an konstanter Spannung, schrift 494129). mit einem Transistormeßglied zum Erfassen undIt is known to charge electrical accumulators with the tendency of the charging current and with a voltage that is constant therefrom. To do this, use is made of controlled switching devices, which provide the charging process with regulating devices which ensure that it is interrupted. To store the charging voltage tendency independent of the charging current, the charging current remains constant. The charge with constant voltage has the advantage of the follow-up motor with a complicated mechanism that a loading in a relatively short time. suggested. Such a device is therefore a substantial part of the nominal capacity of the accumulator 15 very susceptible to failure and causes high manufacturer gates to be loaded. The amount of charging and monitoring costs.
The current is dependent, among other things, on the charge monitoring device of this type, the condition of the cells and the cell temperature. responds safely and quickly as soon as the charging current It is usually immediately after the start of the ao has passed its minimum, and which only charge a multiple of the nominal charging current, is less prone to failure and then drops with the simplest possible as the charge increases. At- electrical components works. .
For example, it is known in such arrangements, This task is to abort the charging process in a circuit arrangement as soon as the charge for monitoring the charging gas-tight current has reached a minimum (German patent »5 electrical accumulators at constant voltage, script 494129). with a transistor measuring element for detecting and

Die Konstantspannungsladung hat sich bei kon- einer Einrichtung zum Speichern der steigenden oderThe constant voltage charge has a device for storing the increasing or

ventionellen elektrischen Akkumulatoren — also bei fallenden Tendenz des Ladestromes und mit einerconventional electrical accumulators - i.e. with a falling tendency of the charging current and with a

Akkumulatoren, die nicht gasdicht verschlossen be- - Schalteinrichtung, die bei wieder ansteigender Ten-Accumulators that are not sealed gas-tight - switching device that, when the ten-

trieben werden — gut bewährt. 30 denz den Ladevorgang unterbricht, dadurch gelöst,be driven - well proven. 30 because the charging process is interrupted, solved by

Dagegen ließ sich das Konstantspannungs-Lade- daß zwei an je einer Elektrode miteinander verbunverfahren bei gasdichten Akkumulatoren, insbeson- dene Kondensatoren vorgesehen sind, die in verdere bei solchen mit Sinterelektroden, bisher nur schiedenen Zeitpunkten I₁ und t₂ über einen mehrdann anwenden, wenn der Ladevorgang ständig stufigen Zeitgeber mit einer dem Ladestrom proporüberwacht wurde. Dies liegt daran, daß die oben an- 35 tionalen Spannung U(Q bzw. U(Q periodisch aufgedeutete Gesetzmäßigkeit des Ladestromverlaufes ladbar sind, daß in einem Zeitpunkt t_z des Zeitgebers bei der Aufladung dieser Akkumulatoren nur so ein Relais betätigbar ist, welches die anderen Eleklange gilt, wie noch eine Umsetzung der aktiven troden der Kondensatoren an den Emitter bzw. die Massen erfolgt. Wenn die Zellen vollgeladen sind, Basis eines Transistors legt, so daß der durch den verhält sich der Ladestrom in gasdichten Zellen mit 40 Transistor fließende Strom verstärkt wird, wenn Sinterelektroden grundsätzlich anders als in offenen U(Q < J7(/„) ist und gedrosselt wird, wenn alkalischen Akkumulatoren. Er beginnt nämlich wie- U(Q > U(Q ist, und daß ein diesem Strom proporder anzusteigen und kann, falls die Ladung nicht tionaler Spannungsabfall einen Transistor so steuert, überwacht wird, sogar die Höhe des Anfangslade- daß dieser im Falle U(J₁) > U(Q ein Relais nicht stromes, also ein Vielfaches des Nennladestromes, 45 beeinflußt, während er es im Fall U(Q < (U(Q erreichen. Dabei tritt eine unzulässige Erwärmung speist und damit ein Relais betätigt, welches den der Zellen ein, welche zur Zerstörung des Akku- Ladevorgang abbricht,
mulators führen kann. Wie Versuche gezeigt haben, zeichnet sich derOn the other hand, the constant voltage charging process, that two connected to one another at one electrode, is provided for gas-tight accumulators, in particular capacitors, which in those with sintered electrodes, previously only used different times I ₁ and t ₂ over one more time, if the charging process was continuously monitored with a step timer. This is due to the fact that the above an- 35 tional voltage U (Q or U (Q periodically indicated regularity of the charging current curve can be charged that at a point in time t _{z of} the timer when these accumulators are charged, only one relay can be actuated which the Another element is how the active electrodes of the capacitors are converted to the emitter or the masses.When the cells are fully charged, the base of a transistor is placed, so that the current flowing through the charging current in gas-tight cells with 40 transistors is enhanced when sintering electrodes fundamentally different 'is J7 (/ ") and is throttled when alkaline batteries. It starts namely How-U (Q> in open U (Q U (Q, and that proporder to rise one this current and If the charge is not controlled by a non-functional voltage drop, a transistor can be monitored, even the level of the initial charge, so that in the case of U (J ₁ ) > U (Q a relay does not flow, i.e. a Vi eleven times the nominal charging current, 45, while in the case of U (Q < (U (Q. In this case, an impermissible heating feeds and thus activates a relay, which activates the cells, which interrupts the battery charging process,
mulators. As tests have shown, the

Der Zeitpunkt, in dem die Ladestrom-Zeit-Kurve Gegenstand der vorliegenden Erfindung durch eine wieder anzusteigen beginnt, in welchem die Kurve 50 besonders große Ansprechempfindlichkeit und Bealso ihr Minimum durchläuft, ist abhängig vom Lade- triebssicherheit aus. Bereits ein Ladestromanstieg zustand der Batterie, von der Höhe der angelegten zwischen den Zeitpunkten t_x und t₂ von weniger als Ladespannung, der Zellentemperatur u. a. Er läßt 100 mA führt zum Abschalten des Stromes,
sich nicht vorher bestimmen, so daß man nicht etwa Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung an die Ladung auf eine bestimmte, zu Beginn fest ein- 55 Hand der Figur näher erläutert. Bei der folgenden gestellte Zeit begrenzen könnte. Man hat daher Erklärung der Bezifferung der Zeichnung ist jeweils bereits Ladeüberwachungsgeräte konstruiert, welche in Klammern angegeben, wie die einzelnen Schaltdas Ansteigen des Ladestromes dadurch anzeigen elemente beispielsweise bei einem Ladegerät für und den Ladevorgang abbrechen, daß sie die Zellen- lOzellige gasdichte Akkumulatoren mit Sinterelektemperatur überwachen und bei stärkerer Erwär- 60 troden dimensioniert werden können:
mung den Ladestrom abschalten (deutsche Patentschrift 868 466). Diese Geräte arbeiten jedoch riatur- 1 Kondensator (100 mF),
gemäß recht träge: Insbesondere kann mit ihnen 2 Kondensator (100 mF),
nicht — wie es wünschenswert wäre — jede unzu- * ·7»;*™»κ«,, ^ν,οίπ,ι,Λ
lässige Erwärmung von vornherein unterbunden 65 * f ^e'^tg!. <f ^ftaitullr*
werden. **' ^> ** Kontakte des Zeitgebers,The point in time at which the charging current-time curve object of the present invention begins to rise again, at which curve 50 is particularly sensitive and Bealso passes through its minimum, depends on the reliability of the charging process. Even an increase in the charging current of the battery, from the level of the applied between the times t _x and t ₂ of less than the charging voltage, the cell temperature, etc. It leaves 100 mA leads to the current being switched off,
not determined beforehand, so that one does not have to. Might limit at the following asked time. There has therefore been an explanation of the numbering in the drawing, each of which has already constructed charge monitoring devices, which indicate in brackets how the individual switching elements indicate the increase in the charging current, for example in the case of a charger for and cancel the charging process by monitoring the cell-10-cell, gas-tight accumulators with sintering temperature and with stronger heating electrodes can be dimensioned:
switch off the charging current (German patent specification 868 466). However, these devices work riatur- 1 capacitor (100 mF),
according to quite sluggish: In particular, 2 capacitors (100 mF),
not - as would be desirable - every un- * · 7 »; * ™» κ «,, ^ ν, οίπ, ι, Λ
Allowable warming prevented from the start 65 * f ^e ' ^tg !. <f ^ftaitullr *
will. ** '^> ** contacts of the timer,

Daneben ist mit dem älteren deutschen Patent ⁷ Batterie,In addition, with the older German patent ⁷ battery,

1 227 550 bereits ein Verfahren zur Überwachung . 8 Starttaste,1 227 550 already has a procedure for surveillance. 8 start button,

9 Widerstand (0,5 Ohm);9 resistor (0.5 ohm);

10 Transistor (OC 308),10 transistor (OC 308),

11 Relais, ■.·.'·.11 relays, ■. ·. '·.

12 Ruhekontakt des Relais 11,12 normally closed contact of relay 11,

13,14. Arbeitsköntakte des Relais 11,
' 15 Widerstand (10 Ohm),
. 16 Widerstand (510 Ohm),13.14. Working contacts of relay 11,
'' 15 resistor (10 ohms),
. 16 resistor (510 ohm),

17 Widerstand (27 Ohm),17 resistor (27 ohms),

18 negativer Pol der Konstantspannungsquelle,18 negative pole of the constant voltage source,

19 positiver Pol der Konstantspannungsquelle,19 positive pole of the constant voltage source,

20 Widerstand (200 Ohm),20 resistor (200 ohms),

21 Transistor (OC 304),21 transistor (OC 304),

22 Transistor (ASY 13),22 transistor (ASY 13),

23 Widerstand (1 KUoohm),23 resistor (1 KUoohm),

24 Relais, ,24 relays,,

25,26,27 Ruhekontakte des Relais 24,
25', 26', 27' Arbeitskontakte des Relais 24,25,26,27 normally closed contacts of relay 24,
25 ', 26', 27 'normally open contacts of relay 24,

28 Kondensator (5 μ^ 28 capacitor (5 μ ^

29 Widerstand (80 Ohm),29 resistor (80 ohms),

30 Relais,30 relays,

31 Arbeitskontakte des Relais 30,31 working contacts of relay 30,

32 Signallampe.32 signal lamp.

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.The functioning of the arrangement according to the invention is essentially based on the fact that - controlled by a timer - two capacitors 1 and 2 at different times individually to each one proportional to the respective charging current Voltage to be charged. The switching arrangement described below and shown in the drawing then enables a comparison of the voltages across the two capacitors.

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.If the voltage on capacitor 1 charged first is greater than that on capacitor 2, then means this is that the charging current is still falling, so the charging has not yet been completed. It will then no switching process triggered. As soon as the charging current has passed its minimum and again increases, d. that is, as soon as the voltage on capacitor 2 exceeds that on capacitor 1 the transistors 21 and 22 controlled so that the relay 24 and 30 interrupted the charging current will.

Im einzelnen spielen sich in der erfindungsgemäßen Schaltanordnung folgende Vorgänge ab:In detail, the following processes take place in the switching arrangement according to the invention:

Die Kondensatoren 1 und 2, welche auf einer Seite miteinander verbünden sind, werden in verschiedenen Zeitpunkten t_t und r₂ über einen Zeitgeber 3 mit einer dem Ladestrom proportionalen Spannung U(t_t) bzw. U(Q 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 ver-■ stärkt wird, wenn U(Q kleiner ist als U(Q und gesperrt wird, wenn U(t_t) größer als U(J₂)-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(I₁) > U(Q das Relais 24 nicht beeinflußt wird, während es im Falle U(Jt₁)KU(Q das Relais 30 betätigt, welches den Ladevorgang abbricht.The capacitors 1 and 2, which are connected to one another on one side, are charged at different times t _t and r ₂ via a timer 3 with a voltage U (t _t ) or U (Q proportional to the charging current. In a third switching stage of the When U (Q is less than U (Q and is blocked when U (t _t ) is greater than U (J ₂ ) -. By the voltage drop across the resistor 16, which is proportional to the current through the transistor 21, a transistor 22 is controlled, so that in the case of U (I ₁ )> U (Q the relay 24 is not influenced, while in the case of U (Jt ₁ ) KU (Q the relay 30 is actuated, which interrupts the charging process.

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 Akkumula-* tors und damit eine unzulässige Erwärmung und Beschädigung desselben sicher zu unterbinden. Position 32 bezeichnet eine Signallampe, welche bei Beendigung der Ladung aufleuchtet ^Λ-'"The timer 3 is set to run e.g. B. can run the control cycle described every 15 to 30 minutes. This period of time is sufficiently short to safely prevent excessive overcharging of the accumulator * and thus inadmissible heating and damage to it. Position 32 denotes a signal lamp which lights up when the charge is completed ^Λ - '"

Im einzelnen liegt bei der beschriebenen Schaltungsanordnung im Ladekreis ein-Widerstand 9, dem die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 10 par-In detail, in the circuit arrangement described in the charging circuit there is a resistor 9, the the base-emitter path of a transistor 10 par-

allel 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! 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 miteinanderallele is connected, its collector via resistance 20 is at the negative pole 18 of the charging voltage source and that via contact 12 of the relay 11 with two Capacitors! and 2 is connected. The other sides of capacitors 1 and 2 are separated too the contacts 13 and 14 of the relay 11 and to the contacts 4 and 5 of the timer 3 performed. at Closing the. Contact 6 of the timer 3, the contacts 13 and 14 are closed and at the same time Contact 12 interrupted, with each other

ao verbundenen Seiten der Kondensatoren 1 und 2 von der übrigen Schaltungsanordnung getrennt werden.ao connected sides of the capacitors 1 and 2 are separated from the rest of the circuitry.

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. When the contacts 13 and 14 are closed, the capacitor 2 is connected to the base of the transistor 21 and the capacitor 1 at the emitter of this transistor and at the base of the transistor 22. The collector of transistor 21 is connected via resistor 23 to the negative pole 18 of the charging voltage source. The collector of transistor 22 is connected to the negative pole 18 via the normally closed contact 25 of a relay and its winding 24, to which a capacitor 28 is connected in parallel, and the normally closed contact of a start button 8 connected. In the charging circuit is the normally open contact 31 of a relay 30, which is via the rest point 26 of the relay 24 receives current The winding of the relay 24 and its normally open contact 25 ', the one at the positive pole 19 of the Voltage source are connected in series.

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 Schalt-Of course, in the example described, the switching arrangement according to the invention various switching elements are omitted or replaced by technically equivalent switching elements, without departing from the scope of the present invention. An example of this fact lies with the relay 30 and its switching

kontaki31 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.kontaki31, whose task is to cancel the charge, with appropriate dimensioning of the relay 24 easily taken over by this could be. For example, the transistor 22 can also be provided with a different amplification arrangement be replaced.

Claims

Claim:

Circuit arrangement for monitoring the charging of gas-tight electrical accumulators at constant voltage, with a transistor measuring element for detecting and a device for storing the rising or falling tendency of the charging current and with a switching device which interrupts the charging process when the tendency increases again, characterized in that two at each one Electrode interconnected capacitors (1) and (2) are provided, which can be _{periodically charged at different times J 1} and f ₂ via a multi-stage timer (3) with a voltage U (Q or U (Q ) proportional to the charging current, that in a time

point t _{3 of} the timer a relay (11) can be actuated, which attaches the other electrodes of the capacitors (1, 2) to the emitter or the base of a transistor (21) so that the current flowing through the transistor (21) is amplified is when 1 / (J ₁ ) <1 / (Z ₁ ) and is throttled when U (Q > U (Q and that a voltage drop proportional to this current proportional to a transistor (22) controls that this in the case CZ (J ₁ )> U ( a relay (24) is not influenced, while it feeds it in the case U (Q < ü (t _t ) and thus actuates a record (30), which aborts the charging process

1 sheet of drawings