DE1496344B2

DE1496344B2 - Akkumulatorenzelle, die neben positiven und negativen Hauptelektroden eine Steuerelektrode enthält

Info

Publication number: DE1496344B2
Application number: DE19651496344
Authority: DE
Inventors: Siegfried; Peters Freimut Dr.; 58OO Hagen Dickfeldt
Original assignee: Varta AG, 6OOO Frankfurt
Priority date: 1965-12-10
Filing date: 1965-12-10
Publication date: 1970-11-19
Also published as: JPS463222B1; GB1141518A; US3526822A; DE1496344A1; FR1562770A

Description

Die Erfindung betrifft eine Akkumulatorenzelle, die neben positiven und negativen Hauptelektroden eine Steuerelektrode enthält, die auf den Ladezustand der Akkumulatorenzelle anspricht und zur Steuerung der Ladung oder Entladung der Akkumulatorenzelle dient. Weiterhin wird eine Schaltvorrichtung beschrieben, in der mittels einer derartigen Akkumulatorenzelle mit Steuerelektrode die Ladung und Entladung der Akkumulatorenzelle gesteuert wird.

Bei der Ladung von Akkumulatoren soll im allgemeinen die eingeladene Strommenge in einem bestimmten Verhältnis zur entnommenen Strommenge stehen, d. h., der Ladefaktor soll einen bestimmten Wert nicht übersteigen, wenn auf eine möglichst lange Lebensdauer der Zellen Wert gelegt wird. Auch bei dem sogenannten Pufferbetrieb, bei einem Betrieb in Ladungserhaltung und bei einer Dauerladung, d. h. bei länger andauernden Ladevorgängen, sollen die sich schließlich einstellenden Stromstärken bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten.

Um eine lange Lebensdauer zu erreichen, sucht man auch bei der Entladung von gasdichten und wartungsarmen Akkumulatoren länger dauernde Tiefentladungen, die mit dem Umpolen einer oder mehrerer Zellen im Batterieverband verbunden sein können, zu vermeiden.

Besondere Schwierigkeiten bestehen bei der Aufladung von gasdichten Akkumulatoren. Erfolgt die Ladung mit einem konstanten Strom und strebt man eine vollständige Aufladung in möglichst kurzer Zeit an, so ist man gezwungen, zwecks Vermeidung einer Überladung mit Zeitschaltuhren zu arbeiten, da gasdichte Zellen, z. B. vom Nickel-Cadmium-Typ, bei Gasungsbeginn keine ausgeprägte Änderung der Ladespannung zeigen. Die Einhaltung eines vorgegebenen Ladefaktors bei der Ladung ist oft mit Schwierigkeiten verbunden, da die vor der Ladung entnommene oder durch Selbstentladung während Ruhezeiten verlorengegangene Strommenge nicht immer bekannt ist. Daher ist es nicht möglich, zwecks Vermeidung einer Überladung beim Arbeiten mit Schaltuhren die einzustellende Ladezeit der vorher entnommenen bzw. verlorengegangenen Strommenge anzupassen, so daß die Gefahr besteht, daß entweder zuviel oder zuwenig geladen wird.

Bei der Ladung von Bleiakkumulatoren sowie von offen betriebenen alkalischen Akkumulatoren wird vielfach der Spannungsanstieg am Ende der Ladung infolge Beginn der Gasung an den positiven bzw. negativen Elektroden für Steuer- oder Schaltvorgänge ausgenutzt, welche den Ladevorgang beenden bzw. den Ladestrom so weit herabsetzen, daß eine schädliche Überladung nicht stattfindet. In diesen Fällen erfolgt die Steuerung ohne Zuhilfenahme einer dritten Hilfs- oder Steuerelektrode. Bei der Ladung gasdichter Zellen mit konstanter Ladespannung kann der Entladezustand der Zellen bzw. Batterie annähernd berücksichtigt werden, da sich der Ladestrom infolge ansteigender Gegenspannung der Zellen verringert.

Bei Ladevorgängen unter normalen Temperaturbedingungen treten keine besonderen Schwierigkeiten auf. Die Konstantspannungsladung gasdichter Zellen bei erhöhter Umgebungs- bzw. Zellentemperatur ist jedoch nicht unbedenklich, da sich die Zelle bei beginnender Gasentwicklung in der Zelle zusätzlich erwärmt. Gleichzeitig wird durch die erhöhte Temperatur bzw. durch die Erwärmung die Gegenspannung der Zelle verringert, wodurch wiederum bei konstanter äußerer Ladespannung der Ladestrom ansteigt, der eine weitere Erwärmung hervorruft. Es kommt so zu dem als »Run-away« bekannten Effekt, und die Zelle kann durch Überhitzung und übermäßige Gasentwicklung zerstört werden.

Es ist praktisch nicht möglich, eine gasdichte Zelle durch Konstantspannungsladung in ein bis zwei Stunden aufzuladen und den Restladestrom dann so weit abzusenken, daß er bei zeitlicher weiter ausgedehnter Ladung ungefährlich ist.

Bei der Entladung von Akkumulatorenzellen sollen im allgemeinen bestimmte Entladeschlußspannungen nicht unterschritten bzw. länger dauernde Tiefentladungen mit Polumkehr vermieden werden, da sonst bei manchen Systemen, z. B. beim Bleiakkumulator, irreversible Prozesse eintreten. Bei offen betriebenen Zellen entsteht durch Gasentwicklung bei Tiefentladung mit Polumkehr außerdem ein zusätzlicher Elektrolytverlust, während das Gehäuse gasdichter Zellen durch den entstehenden Gasdruck zerstört werden kann. Um dies zu verhindern, wird z. B. der positiven Elektrode gasdichter Zellen eine sogenannte »antipolare Masse« zugesetzt, die das Potential der ursprünglich positiven Elektrode nach Erschöpfung der regulären Masse auf einen bestimmten, für die Reduktion des gasförmigen Sauerstoffes besonders günstigen Wert einstellt. Hierbei wird vorausgesetzt, daß der Entladestrom einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Bei höheren Entladeströmen und damit auch erhöhter Gasentwicklung ist der Gasumsatz an der jetzt als Kathode arbeitenden, mit antipolarer Masse versehenen positiven Elektrode ungenügend. Der ansteigende Gasdruck deformiert bzw. zerstört das Zellengehäuse.

Auf Grund der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bei der Ladung ist man bestrebt, Sicherheitsvorkehrungen gegen eine schädliche Überladung zu treffen. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, sogenannte Hilfselektroden in der Akkumulatorenzelle anzubringen. Derartige Hilfselektroden dienen im allgemeinen der Beseitigung von Wasserstoff bzw. Sauerstoff auf elektrochemischem Wege. Zu diesem Zweck sind sie nur teilweise in den Elektrolyten eingetaucht und stehen mit dem Gasraum der Zellen in Verbindung. Um die Hilfselektrode auf einem für diese Funktion günstigen Potential zu halten, sind sie über Widerstände bzw. Dioden mit der Hauptelektrode verbunden, oder es wird von außerhalb eine Gleichspannung zwischen Hilfselektrode und Hauptelektrode angelegt (USA.-Patentschrift 3 080 440).

Weiterhin ist es aus der USA.-Patentschrift 3 005 943 bekannt, Gasverzehrelektroden, die sich zum größten Teil im Gasraum befinden, mittels Relais mit den negativen Hauptelektroden zu verbinden und den Ladestrom bei Stromfluß durch diese Relais infolge der elektrochemischen Reduktion des bei der Ladung des Akkumulators entstehenden Sauerstoffes mittels der Relais abzuschalten.

Nachteile dieser Anordnung sind die starke Temperaturabhängigkeit des Potentials zwischen Hilfsund Hauptelektrode sowie der Raumbedarf des zusätzlichen Gasraumes. Die bekannten Hilfselektroden benötigen nämlich, um die ausreichende Absorptionswirkung zu erfüllen, eine große Oberfläche und dementsprechend einen erhöhten Raumbedarf, so daß die Zelle bei gleichen Abmessungen geringere Kapazität besitzt.

Eine Steuerung kann mit derartigen bekannten Hilfselektroden auch nur während der Ladung ausgeübt werden, da sie prinzipiell nur als sauerstoffreduzierende Elektrode arbeiten kann. Ebenso wichtig ist jedoch eine Steuerung der Entladung, um die Lebensdauer der Zelle zu erhöhen.

Es wurde auch schon versucht, den Ladevorgang von Akkumulatoren mit Hilfe einer aktive, positive Elektrodenmasse enthaltenden Steuerelektrode zu beeinflussen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der älteren deutschen Offenlegungsschrift 1496 237 beschrieben. Dabei ist die Steuerelektrode eine zusätzliche dritte positive Elektrode, welche sich stets im gleichen Entladezustand wie die positiven Hauptelektroden befindet. Bei einer Entladung erreicht die positive Hauptelektrode zuerst den entladenen Zustand, diese Elektrode setzt dann dem weiteren Stromfluß einen höheren Widerstand entgegen als die über eine Relaiswicklung parallelgeschaltete Hilfselektrode, so daß der Strom auf diese übergeht und über das Relais eine Abschaltung vorgenommen wird. Bei einer Zelle mit einer derartigen Hilfselektrode kann jedoch nur die Entladung gesteuert werden.

Die USA.-Patentschrift 2 988 590 beschreibt ebenfalls eine Steuerelektrode, die elektrochemischen Veränderungen bei Ladung und Entladung unterworfen ist. Die Steuerelektrode besteht dabei aus einem Nickelblech, welches mit einer dünnen Silberschicht überzogen ist. Die Widerstandsänderungen der dünnen Silberschicht dieser Steuerelektrode werden zur Steuerung von Ladung oder Entladung benutzt. Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß eine Widerstandsmessung notwendig ist, wozu eine Hilf sspannung in Form der Zellenspannung oder einer angelegten Fremdspannung erforderlich werden.

Weiterhin sind aus der französischen Patentschrift 1333 521 gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit negativer Ladereserve und einer sauerstoffreduzierenden Hilfselektrode bekannt. Zur Aktivierung der Sauerstoffreduktion enthält eine ,solche Hilfselektrode Katalysatoren, beispielsweise Silber, Thallium, Kupfer oder Quecksilber. Eine solche Hilfselektrode muß eine möglichst große Oberfläche besitzen und mit dem Gasraum in Verbindung stehen. Über ein Meßinstrument oder eine Relaisanordnung ist sie mit der negativen Hauptelektrode verbunden. Auch eine solche Hilfselektrode kann außer zur Sauerstoffreduktion nur zur Steuerung des Ladevorgangs herangezogen werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher eine Akkumulatorenzelle mit bifunktionell arbeitender Steuerelektrode, welche sowohl eine sichere Ladebegrenzung als auch eine Entladebegrenzung bei Akkumulatorenzellen gewährleistet. Zur Erläuterung des neuen Begriffes »bifunktionell« in Verbindung mit einer Steuerelektrode sei ausgeführt, daß darunter eine Hilfselektrode zu verstehen ist, die in elektrischem Kontakt mit einer regulären Elektrode steht und an der sowohl eine elektrochemische Oxidationsreaktion bei anodischer Polarisation wie eine elektrochemische Reduktionsreaktion bei kathodischer Polarisation ablaufen kann.

Da also an der gleichen Elektrode zwei verschiedene elektrochemische Reaktionen ablaufen können, besteht auch in elektrischer Hinsicht eine Bifunktion, indem die Steuerelektrode, wie nachstehend beschrieben ist, sowohl auf Grund der elektrochemischen Oxidationsreaktion wie auf Grund der elektrochemischen Reduktionsreaktion ein elektrisches Signal abgibt, das in einem Fall z. B. zur Steuerung der La- : dung, im anderen Fall z. B. zur Steuerung der Entladung ausgenutzt werden kann.

Ein Beispiel einer Bifunktion nach der Erfindung ist:

O₂-Entwicklung als elektrochemische Oxidationsreaktion bei anodischer Polarisation,

Reduktion von O₂ als elektrochemische Reduktionsreaktion bei kathodischer Polarisation.
Angewendet auf einen gasdichten alkalischen Akkumulator bedeutet dies, daß an einer Steuerelektrode in Bifunktion entweder eine Sauerstoffentwicklung bei der Ladung des Akkumulators und eine Sauerstoffreduktion bei seiner Entladung oder als zweite Möglichkeit eine Sauerstoffreduktion bei der Ladung des Akkumulators, eine Sauerstoffentwicklung bei der Entladung stattfindet.

Welche dieser beiden Möglichkeiten im Akkumulator tatsächlich vorliegt, ergibt sich daraus, mit welchen der beiden Hauptelektroden die Steuerelektrode über elektrische Bauelemente verbunden ist. Bei Verbindung mit der positiven Elektrode erfolgt an der Steuerelektrode bei der Ladung eine elektrochemische Oxidationsreaktion (O₂-Entwicklung), bei dei Entladung eine elektrochemische Reduktionsreaktion (Reduktion von O₂).
Bei der Verbindung mit der negativen Elektrode ist es umgekehrt: Bei der Ladung findet an der in Bifunktion arbeitenden Steuerelektrode eine Sauerstoffreduktion, bei erschöpfender Entladung eine Sauerstoffentwicklung statt. Die geschilderte Bifunktion der Steuerelektrode nach der Erfindung ist an die Bedingung gebunden, daß die Kapazität und der Ladezustand der Hauptelektroden der Funktion der Steuerelektrode angepaßt sind. In welcher Weise dies geschieht, wird nachstehend im einzelnen ausgeführt.

Da die Steuerelektrode erfindungsgemäß über elektrische Bauelemente bei Ladung und Entladung mit einer der Hauptelektroden verbunden ist, ist auf Grund der elektrochemischen Bifunktion eine Steuerung sowohl der Ladung (beispielsweise verbunden mit ©«,-Entwicklung an der Steuerelektrode) als auch der Entladung (beispielsweise verbunden mit O₂-Reduktion an der Steuerelektrode) als elektrische Bifunktion möglich.

Eine Akkumulatorenzelle mit einer bifunktionell arbeitenden Steuerelektrode gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Steuerelektrode enthält, die eine bifunktionell arbeitende elektrochemisch inerte Elektrode ist, welche keine aktive Masse besitzt und deren Flächenwiderstand unabhängig vom Ladezustand der Hauptelektrode ist und die bei Ladung oder Entladung Gas entwickelt oder Gas verzehrt, daß die Steuerelektrode über elektrische Bauelemente bei Ladung und Entladung mit einer der Hauptelektroden verbunden ist, daß die Kapazität und der Ladezustand der Hauptelektroden der Funktion der Steuerelektrode angepaßt sind und daß die Steuerelektrode, die ein von der Hauptelektrode verschiedenes Potential besitzt, bei Ladung bzw. Entladung durch Gasentwicklung bzw. Gasverzehr elektrochemisch derart polarisiert wird, daß sich am elektrischen Bauelement zwischen Hauptelektrode und zugehöriger Steuerelektrode gegen Ende der Ladung bzw. Entladung ein zur

Steuerung der Ladung und/oder Entladung der Akkumulatorenzelle dienender Spannungsabfall einstellt. ■ Die hier verwendeten Hilfselektroden bestehen aus dünnen Folien, Geweben oder Sinterfolien aus elektrisch leitendem, unter den Bedingungen des Akkumulators jedoch unangreifbarem Material, im Falle eines alkalischen Akkumulators, z. B. vorzugsweise aus Nickel, sind raumsparend zwischen den Hauptelektroden angebracht und von einem üblichen Separator umgeben.

Sie werden über Widerstände oder andere geeignete Schaltelemente elektrisch mit den Hauptelektroden verbunden, wobei die an diesen Widerständen am Ende der Ladung oder Entladung entstehenden Spannungsabfälle über Schaltvorrichtungen, die später beschrieben werden, den Lade- bzw. Entladestrom vermindern oder abschalten.

An Hand der Fig. 1 bis 11 soll die Erfindung näher erläutert werden:

In den Fig. 1, la, 3, 3a, 5, 7 und 9 sind jeweils schematisch die Kapazitäten und Ladezustände der Hauptelektrode und die Steuerelektrode dargestellt, wobei die negative Elektrode mit 1, die positive Elektrode mit 3 und die Steuerelektrode mit 5 bezeichnet ist.

Der in diesen Figuren eingezeichnete Widerstand 6 dient als Beispiel für eine Möglichkeit der elektrischen Verbindung zwischen Hauptelektroden und Steuerelektrode. Der Potentialverlauf am Widerstand 6 während der Ladung bzw. Entladung ist in den Fig. 2, 4, 6, 8 und 10 dargestellt.

Die in diesen Diagrammen angegebenen Spannungswerte beziehen sich beispielshalber sämtlich auf alkalische Akkumulatoren. Für Bleiakkumulatoren gelten andere Werte.

Ein Beispiel einer an diesen Widerstand 6 anzuschließenden Schaltvorrichtung zum Abschalten der Ladung bzw. Entladung ist in Fig. 11 gezeigt.

Die F i g. 1 zeigt schematisch die Elektroden und die Kapazitätsverteilung einer an sich bekannten gasdichten Ni-Cd-Zelle mit alkalischem Elektrolyten. Die negative Elektrode 1 besitzt eine Ladereserve 2, um Wasserstoffentwicklung bei der Ladung zu verhindern. Die positive Elektrode 3 enthält einen antipolaren Zusatz 4. Zwischen beiden Elektroden befindet sich die Steuerelektrode 5. Sie besteht beispielsweise aus einem dünnen Ni-Blech, Ni-Drahtgewebe oder auch einem Ni-Sinterkörper. Statt eines metallischen Leiters kann auch jeder andere Leiter Verwendung finden, sofern er gegen den Elektrolyten beständig ist. In der Zelle ist, in der Abbildung nicht besonders dargestellt, die Steuerelektrode in einen elektrolytbeständigen Separator einer gebräuchlichen Ausführung eingebettet.

Die Steuerelektrode 5 ist über den Widerstand 6 mit der positiven Elektrode 3 verbunden. Wird eine derartige Zelle geladen, so fließt über den Widerstand 6 zunächst kein Strom oder nur ein verschwindend kleiner Strom, hervorgerufen durch eine noch unbedeutende Sauerstoffentwicklung an dieser Elektrode. Auch bei später einsetzender, aber noch schwacher Sauerstoff entwicklung an der positiven Elektrode ändern sich die Verhältnisse nicht wesentlich. Erst wenn die positive Elektrode so weil aufgeladen ist, daß nahezu der gesamte Ladestrom zur Sauerstoffentwicklung dient, erfolgt ein spontaner Anstieg des den Widerstand 6 durchfließenden Stromes und damit ein erhöhter Spannungsabfall am Widerstand 6, hervorgerufen durch die jetzt einsetzende Sauerstoffentwicklung. Dieser erhöhte Spannungsäbfall am Widerstand 6 kann zur Steuerung einer Schaltvorrichtung ausgenutzt werden, um den Ladestrom abzuschalten oder herabzusetzen. Der jetzt infolge Sauerstoffentwicklung zwischen positiver Elektrode und Steuerelektrode fließende Strom ist bei konstant gehaltenem Ladestrom praktisch unabhängig von der Zellentemperatur. Steigt der Ladestrom bei konstant gehaltener Ladespannung infolge Erhöhung der Zellentemperatur an, so steigt auch der Strom zwischen positiver Elektrode und Steuerelektrode und damit auch der Spannungsabfall am Widerstand 6 an, was erfindungsgemäß zu einer rechtzeitigen Unterbrechung bzw. Herabsetzung des Ladestromes ausgenutzt wird.

Während der Entladung hat die Steuerelektrode zunächst praktisch das gleiche Potential wie die positive Elektrode, da an der Steuerelektrode jetzt keine elektrochemischen Umsetzungen erfolgen. Wird die Entladung jedoch bis zur Erschöpfung der negativen Elektroden und bis zu der damit verbundenen Umpolung der Zelle weitergeführt, so beginnt an der ursprünglich negativen Elektrode eine Sauerstoffentwicklung, während in der ursprünglich positiven Elektrode der antipolare Zusatz 4 geladen, d. h. reduziert wird. Der von der ursprünglich negativen Elektrode entwickelte Sauerstoff gelangt wieder an die Steuerelektrode 5, die jetzt als sauerstoffreduzierende Elektrode gegen den das Potential der ursprünglich positiven Elektrode 3 bestimmenden, teilweise reduzierten antipolaren Zusatz 4 dieser Elektrode 3 geschaltet ist. Bei der Entladung herrschen also die umgekehrten Verhältnisse wie bei der Ladung, indem die urprünglich negative Elektrode die Funktion der Sauerstoff entwickelnden Elektrode und die ursprünglich positive Elektrode die Funktion der bei Ladung negativen Elektrode übernimmt, während die Steuerelektrode anstatt auf Sauerstoffentwicklung auf Sauerstoffreduktion anspricht.

Infolge der Sauerstoffreduktion und des Potentialanstiegs zwischen Steuerelektrode und Hauptelektrode fließt ein Strom im Widerstand 6. Der hierdurch am Widerstand 6 hervorgerufene Spannungsabfall wird jetzt unmittelbar zur Abschaltung des während der Entladung bzw. Tiefentladung fließenden Entladestromes benutzt.

In F i g. 1 a enthält die negative Elektrode zusätzlich noch eine Entladereserve 7, damit bei einer Tiefentladung die Sauerstoffentwicklung erst dann beginnt, wenn bereits ein Teil des antipolaren Zusatzes der positiven Elektrode reduziert ist. Hierdurch wird die Zeitspanne von der Sauerstoffentwicklung bis zur Abschaltung der Entladung noch weiter verkürzt und damit der im Inneren der Zelle entstehende Sauerstoffdruck vermindert. Diese Maßnahme dient der höheren Betriebssicherheit einer gasdichten Zelle nach der Erfindung.

F i g. 2 zeigt für die Ausführungsform gemäß Fi g. 1 die Richtung sowie den zeitlichen Verlauf des Potentials zwischen der Steuerelektrode und der positiven Elektrode während der Ladung b und der Entladung a am Beispiel eines gasdichten alkalischen Akkumulators. Hierbei ist die Steuerelektrode bei der Ladung negativ gegenüber der positiven Elektrode, bei der Entladung positiv gegen den antipolaren Zusatz dieser Elektrode. Die in der F i g. 2 angegebenen Potentialwerte gelten für gasdichte alkalische

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Akkumulatoren. Sie sind Richtwerte und im übrigen Die Fig. 6 zeigt am Beispiel eines gasdichten abhängig von der Größe des Widerstandes 6, der alkalischen Akkumulators den zugehörigen Potential-Größe des Entladestromes und Ladestromes sowie verlauf zwischen Steuerelektrode 5 und positiver von der Zellenkonstruktion und Beschaffenheit der Elektrode 3 bei Ladung b und Entladung a. Der zeit-Steuerelektrode. 5 liehe Verlauf ist grundsätzlich der gleiche wie im

Die Fig. 3 und 3a zeigen die gleichen Elektroden- Falle der Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß

anordnungen und Kapazitätsverteilungen wie Fig. 1 die Potentialdifferenz bei der Entladung um eine

und 1 a. Die Steuerelektrode 5 ist jedoch über den Größenordnung geringer ist.

Widerstand 6 mit der negativen Elektrode 1 verbun- Bei den bisher beschriebenen Anordnungen ist jeden. Der gegen Ende der Ladung an der positiven io weils nur eine Steuerelektrode verwendet, die mit Elektrode 3 entstehende Sauerstoff gelangt zur Steuer- einer der beiden Elektroden, d. h. entweder mit der elektrode, die dann als sauerstoffreduzierende Elek- positiven oder mit der negativen Elektrode, verbuntrode (Kathode) arbeitet. Der infolge des Stromflusses den ist.

durch den Widerstand 6 entstehende Potentialanstieg Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, die

am Widerstand 6 wird mittels einer Schaltvorrichtung 15 Anordnung so zu treffen, daß eine Steuerelektrode

zur Ladungsbegrenzung, d. h. Unterbrechung oder mittels eines, vorzugsweise automatisch arbeitenden

Herabsetzung des Ladestromes benutzt. Schalters bei Ladung mit der Elektrode der einen

Am Ende der Entladung und bei beginnender Um- Polarität und bei der Entladung mit der Elektrode

polung entwickelt sich an der ursprünglich negativen der anderen Polarität unter Zwischenschaltung des

Elektrode 1 und damit auch an der Steuerelektrode 5 20 Widerstandes 6 verbunden wird.

Sauerstoff. Hierdurch kommt es, wie zu den Fig. 1, Eine derartige Anordnung stellt die Fig. 7 dar.

1 a und 2 erläutert wurde, ebenfalls zu einem Poten- Sie ist im Prinzip eine Kombination der Anordnung

tialanstieg am Widerstand 6, der mittels einer Schalt- nach F i g. 1, die positive Elektrode betreffend, und

vorrichtung die Entladung abschaltet. Im Fall der nach Fig. 3, die negative Elektrode betreffend.

Fig. 3 sind also die Funktionen der Steuerelektrode 25 Eine Steuerelektrode in dieser Schaltung in Ver-

bei Ladung und Entladung gegenüber der Ausfüh- bindung mit einem Schalter 9 kann wieder als bi-

rung gemäß Fig. 1 vertauscht. funktioneile Steuerelektrode arbeiten, und zwar in

Anstatt eines antipolaren Anteils 4 kann die posi- folgender Weise:

tive Elektrode 3 auch eine Entladereserve besitzen. Für den Fall eines gasdicht verschlossenen Akku-

Die F i g. 4 zeigt den Verlauf des Potentials der 30 mulators, beispielsweise eines gasdicht verschlosse-

Steuerelektrode gegenüber der negativen Elektrode nen Ni-Cd-Akkumulators, enthält die negative Elek-

bei Ladung b und Entladung a. Entsprechend der trode 1 eine Ladereserve 2 und die positive Elek-

vertauschten Funktion der Steuerelektrode ist dieses trode 3 eine Entladereserve 8 oder antipolare Masse 4,

Potential auch in seiner Richtung vertauscht, d. h. bei je nachdem, welche Funktion die Steuerelektrode 5

der Entladung α negativ, bei der Ladung b positiv 35 bei Tiefentladung mit Polumkehr ausüben soll. Die

gegenüber der negativen Elektrode 1. negative Elektrode 1 kann analog den Anordnungen

Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung der Steuerelek- gemäß den Fig. la und 3a noch eine Entlade-

trode, die ebenfalls für gasdichte Zellen geeignet ist. reserve 7 enthalten.

Die negative Elektrode 1 mit der Ladereserve 2 ent- Bei Ladung kann erfindungsgemäß die Steuerelekhält die Entladereserve 7. Die positive Elektrode 3 40 trode 5 über den Widerstand 6 durch den Schalter 9 besitzt keinen antipolaren Zusatz. Die Kapazität der mit der positiven Elektrode 3 verbunden werden. In Zellen wird durch die positive Elektrode 3 begrenzt. diesem Fall arbeitet die Steuerelektrode als sauer-Am Ende der Ladung entwickelt sich an der Steuer- stoffentwickelnde Elektrode. Der bei Sauerstoffelektrode 5, wie bereits zu den Fig. 1 und la be- entwicklung an der Steuerelektrode 5 durch den Wischrieben wurde, Sauerstoff, und der damit verbun- 45 derstand 6 fließende Strom ruft an diesem einen dene Potentialanstieg am Widerstand 6 wird zur Be- Spannungsabfall hervor, der zu Schaltzwecken, d. h. einflussung der Ladung ausgenutzt. erfindungsgemäß zur Unterbrechung oder Ein- und

Am Ende der Entladung fällt das Potential der Ausschaltung des Ladestromes verwendet werden

positiven Elektrode 3 schnell ab, während die jetzt kann. Es ist andererseits auch möglich, bei der glei-

sauerstoffreduzierende Steuerelektrode 5 noch eine 50 chen Anordnung die Steuerelektrode 5 durch den

gewisse Zeit ihr Potential behält. Hierdurch entsteht Schalter 9 bei Ladung der Zelle mit der negativen

an der Steuerelektrode 5 ein positives Potential Elektrode 1 zu verbinden. In diesem Fall arbeitet die

gegenüber der positiven Elektrode 3. Der jetzt durch Steuerelektrode 5 wie gemäß Fig. 3 als sauerstoff-

den Widerstand 6 fließende Strom ruft an diesem reduzierende Elektrode. Dementsprechend stellen sich

eine erhöhte Potentialdifferenz hervor und unterbricht 55 auch die gleichen Spannungsverhältnisse wie bei

mittels einer Schaltvorrichtung den Entladestrom. Fig. 6 ein.

Es hat sich gezeigt, daß in diesem Fall der Wider- Soll die Steuerelektrode 5 bei Tief entladung mit

stand 6 möglichst groß zu wählen ist, um die Steuer- Polumkehr als sauerstoffreduzierende Elektrode ar-

elektrode möglichst wenig zu belasten. Mittels einer beiten, so enthält die positive Elektrode 3 zweck-

Schaltvorrichtung ist es möglich, den Widerstand 6 60 mäßig antipolare Masse 4, und die Steuerelektrode 5

bei Umschaltung von Ladung auf Entladung auto- ist durch den Schalter 9 mit der positiven Elektrode 3

matisch auf einen größeren Wert umzuschalten. verbunden. Dann liegen die gleichen Verhältnisse

Dieses System kann vorteilhaft überall da ange- vor wie für die positive Elektrode gemäß F i g. 1

wendet werden, wo eine Tiefentladung bzw. Um- bzw. 1 a, wobei die antipolare Masse 4 für eine gün-

polung der Zelle zu irreversiblen Elektrodenprozessen 65 stige Potentialeinstellung sorgt,

führen würde, z. B. vorzugsweise für Bleiakkumula- Soll die Steuerelektrode 5 jedoch bei Tiefentladung

toren. Die Entladung wird bereits abgeschaltet, ehe mit Polumkehr als sauerstoffentwickelnde Elektrode

die Zellenspannung auf Null abfällt. arbeiten, so wird sie durch den Schalter 9 mit der

negativen Elektrode 1 verbunden. Die positive Elektrode 3 enthält dann antipolare Masse 4 oder eine Entladereserve 8, so daß dann die Wasserstoffentwicklung an der ursprünglich positiven Elektrode bzw. an der Steuerelektrode unterdrückt wird. Die antipolare Masse 4 muß in diesem Fall so bemessen sein, daß die positive Elektrode mehr reduzierbare Anteile enthält, als die negative Elektrode oxidierbare.

Für den Fall, daß die Steuerelektrode gemäß Fig.7 als sauerstoffentwickelnde Elektrode bei der Ladung und Entladung arbeiten soll, ist sie mit der positiven Elektrode 3 bei der Ladung und mit der negativen Elektrode 1 bei der Entladung über den Schalter 9 zu verbinden. Der zeitliche Verlauf des für Schaltzwecke ausnutzbaren Spannungsabfalles am Widerstand 6 ist in Fig. 8 bei Ladung & und Entladung α dargestellt. Soll die Steuerelektrode als sauerstoffreduzierende Elektrode arbeiten, so ist sie bei Ladung mit der negativen Elektrode 1 und bei der Entladung mit der positiven Elektrode 3 zu verbinden.

Eine sauerstoffentwickelnde Steuerelektrode kann ebenfalls für offen betriebene Zellen verwendet werden, wenn die Elektrode gegen Wasserstoffzutritt hinreichend geschützt ist und sie entsprechend F i g. 7 bei Ladung mit der positiven Elektrode 3, bei Tiefentladung mit Polumkehr mit der ursprünglich negativen Elektrode 1 verbunden ist. Hierbei ist es bezüglich der Funktion der Steuerelektrode gleichgültig, ob dann die positive Elektrode eine Entladereserve bzw. antipolare Masse besitzt oder nicht.

Die bisher beschriebenen Anordnungen für die Anwendung einer bifunktionellen Steuerelektrode, d. h. einer Steuerelektrode, die sowohl bei Ladung als auch bei Entladung für Schaltzwecke verwendet wird, enthalten in der offen oder gasdicht betriebenen oder wartungsarmen Zelle jeweils nur eine Steuerelektrode, die entweder fest mit einer Elektrode einer Polarität gekoppelt ist oder aber wechselweise mit der einen oder anderen Elektrode durch einen Schalter verbunden wird.

Es liegt jedoch noch im Rahmen der Erfindung, statt einer bifunktionellen Elektrode auch ein Steuerelektrodenpaar mit Bifunktion anzuwenden.

Die Anordnung ist wiederum grundsätzlich so getroffen, daß die beiden mit den regulären Elektroden verbundenen Steuerelektroden sowohl bei der Ladung wie auch bei Entladung bzw. Tiefentladung mit Polumkehr für Schaltzwecke verwendet werden können, und zwar jeweils die gleichen Steuerelektroden in Verbindung mit der gleichen regulären Elektrode.

Eine derartige Anordnung ist in Fi g. 9 dargestellt. Diese Anordnung ist für gasdicht verschlossene Akkumulatoren, vorzugsweise für gasdichte alkalische Akkumulatoren mit den bekannten elektrochemischen Systemen Cadmium-Nickelhydroxid, Silberoxid-Cadmium, Silberoxid-Zink, verwendbar.

Die negative Elektrode 1 enthält eine Ladereserve 2 und ist über den Widerstand 6 a mit der Steuerelektrode 5 a verbunden. Die positive Elektrode 3 enthält einen antipolaren Anteil 4. Sie ist über einen Widerstand 6 b mit der Steuerelektrode 5 b verbunden.

Bei der Ladung dieses gasdicht verschlossenen Systems entwickelt sich an der positiven Elektrode zunächst Sauerstoff, während eine Wasserstoffentwicklung an der negativen Elektrode 1 durch deren Ladereserve verhindert wird. Die Steuerelektrode 5b arbeitet, wie schon vorstehend beschrieben, als sauerstoffentwickelnde Elektrode. Gleichzeitig hat die Sauerstoffelektrode 5 α die Funktion einer sauerstoffreduzierenden Elektrode.

Nach Beginn der Sauerstoffentwicklung bildet sich wieder, wie beschrieben, über den Widerständen 6 a und 6 b jeweils eine Spannungsdifferenz aus, deren absolute Größe der Spannungsdifferenz gemäß Fig. 1 und 3 etwa entspricht. Infolgedessen besteht auch

ίο eine Spannungsdifferenz zwischen dem Punkt c an der Steuerelektrode 5 a und dem Punkt d an der Steuerelektrode 5 b, die in ihrer absoluten Größe zwischen den Spannungsabfällen über den beiden Widerständen liegt. Setzt man beispielsweise eine

is Ladespannung von etwa 1,5 V voraus, und liegt beispielsweise über dem Widerstand 6 a eine Spannung von 800 mV und über dem Widerstand 6 b eine Spannung von 100 mV, so beträgt jetzt die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Punkten c und d etwa 600 mV. Diese Spannungsdifferenz wird dann mittels zweckmäßig hochohmiger Schaltglieder zur Steuerung der Ladung, d. h. Abschaltung des Ladestromes oder Umschaltung auf einen niedrigeren Wert ausgenutzt. Hierbei enthält das Schaltglied im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Anordnungen, bei denen es bei Erreichen einer Maximalspannung schaltet, einen Minimalschalter, der die Schaltung bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes auslöst.

Bei Entladung bzw. Tiefentladung mit Polumkehr kehren sich entsprechend der Wirkungsweise der bifunktionellen Steuerelektrode die Funktionen der Steuerelektrode um. Die mit der ursprünglich positiven Elektrode 3 verbundene Steuerelektrode 5 b wird jetzt zur sauerstoffreduzierenden Elektrode, die mit der ursprünglich negativen Elektrode 1 verbundene Steuerelektrode 5 a zur sauerstoffentwickelnden. Jetzt tritt zwischen Punkt c und d wieder die gleiche Spannungsdifferenz auf wie beim Ladevorgang, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Diese Spannungsdifferenz kann wieder in gleicher Weise wie die bei Ladung auftretende Spannungsdifferenz zu Schaltzwecken ausgenutzt werden, d. h. einen Entladestrom beispielsweise unterbrechen.

Den zeitlichen Verlauf der Spannung zwischen den Punkten c und d zeigt die Fig. 10 für Ladung α und Entladung b. Nach dem Vorhergesagten bedarf diese Abbildung keiner weiteren Erläuterung.

Erfindungsgemäß ist es noch möglich, jede der beiden Elektrodenpolaritäten mit je einer festgekoppelten Steuerelektrode zu verbinden, jedoch die Funktion dieser Steuerelektroden jeweils nur für eine Steuerelektrode bei der Ladung und für die andere Steuerelektrode bei der Entladung bzw. Tief entladung mit Polumkehr auszunutzen. In diesem Fall wird dann die für die Ladung bzw. Entladung zu Schaltzwecken benötigte Spannung über dem Widerstand 6 a bzw. 6 b abgegriffen. Beispielsweise kann auf diese Weise gemäß Fig. 9 die Steuerelektrode5a bei der Ladung als sauerstoffreduzierende Elektrode den Ladevorgang steuern oder die Steuerelektrode 5 b als sauerstoffentwickelnde Elektrode. Bei der Entladung würde dann die Steuerelektrode 5 a als sauerstoffreduzierende Elektrode übernehmen und andererseits würde dann, wie bei der Ladung die Steuerelektrode5ö, bei der Entladung die Steuerelektrode 5 a als sauerstoffentwickelnde Elektrode wirken. Bei einem Lade-Entladezyklus arbeitet also jeweils die mit einer regulären Elektrode verbundene Steuer-

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elektrode mit der mit der anderen regulären Elek- gegen die mit ihr verbundene reguläre Elektrode bzw.

trode verbundene Steuerelektrode zusammen, und gegen die zweite Steuerelektrode, sind als Beispiel

beide wirken dann jeweils als sauerstoffentwickelnde anzusehen und geben keine allgemein gültigen abso-

oder als sauerstoffreduzierende Elektroden. Die Ka- luten Werte wieder, da diese von vielen Faktoren

pazitätsverhältnisse entsprechen in diesem Fall der 5 wie z. B. der Größe der Elektrode, der Höhe des

Fig. 9. Ladestromes, der Temperatur der Zellen, abhängig

Die Anwendung eines Paares von Steuerelektrode sind. Sämtliche hier angegebenen Spannungswerte

nach der Erfindung ist auch für offen beschriebene gelten für alkalische Zellen.

oder wartungsarme Akkumulatoren möglich, wenn Aus der Schaltung der Steuerelektrode und der

die Kapazität der negativen Elektrode geringer ist als io Stromrichtung bei den beschriebenen elektroche-

die der positiven Elektrode, da z. B. im alkalischen mischen Reaktionen an der Steuerelektrode läßt sich

Akkumulator bei der Ladung und Entladung dann das Vorzeichen der Spannung gegen die reguläre

die Sauerstoffentwicklung vor der Wasserstoffent- Elektrode ableiten.

wicklung eingesetzt und dadurch eine Potentialdiffe- Eine bifunktionelle Steuerelektrode nach der Er-

renz zwischen dem Steuerelektrodenpaar entsteht, 15 findung ist nicht nur vorteilhaft für eine Einzelzelle,

bevor Wasserstoff entwickelt wird. Sind mehrere Zellen zu einem Batterieverband ver-

Weiterhin ist es schließlich noch möglich, jeweils einigt, ist es nicht erforderlich, sämtliche Zellen mit in sinnvoller Anlehnung an das vorstehend Ausge- einer Steuerelektrode auszurüsten. In diesem Fall geführte, bei der Ladung die mit einer Elektrode ver- nügt es eine Zelle oder einen Bruchteil der Zellen bundene Steuerelektrode und bei der Entladung dann 20 der Batterie mit einer Steuerelektrode zu versehen, die mit der anderen Elektrode verbundene Steuer- Bei Vorhandensein mehrerer Zellen mit Steuerelekelektrode für Schaltzwecke zu benutzen, wobei dann troden im Batterieverband kann die Schaltung so gediese beiden Elektroden jeweils die gleiche Funktion troffen werden, daß für den Fall, daß eine Steuerausüben, d. h. sich an ihnen Sauerstoff entwickelt. elektrode nicht einwandfrei arbeitete oder nicht

Die über den Widerständen 6 a und 6 b abzu- 25 mehr arbeitete, dann eine andere Steuerelektrode die

greifende Spannungsdifferenz kann dann zur Be- Schaltfunktion für die Batterie übernimmt, so daß

einflussung des Lade- oder Entladevorganges ausge- dann der Betrieb der Batterie mit einer erhöhten

nutzt werden. Sicherheit erfolgt.

Die Steuerelektroden müssen gegen die regulären Die Fig. 11 zeigt eine zur Abschaltung der

Elektroden isoliert werden. Ihre Anordnung inner- 30 Ladung bzw. Entladung vorgesehene Schaltvorrich-

halb der Zellen kann dann in gleicher Weise ge- tung, die gesteuert wird durch eine erfindungsgemäße

troffen werden, wie es nachstehend näher für einzelne Akkumulatorenzelle. Die angegebene Schaltvorrich-

Steuerelektroden beschrieben ist. tung ist brauchbar für sämtliche in den F i g. 1 bis 10

In den bisher besprochenen Beispielen für die An- gezeigten Anordnungen.

Ordnung einer bifunktionellen Steuerelektrode war 35 Das Schaltbild zeigt die Vorrichtung während der

diese vorzugsweise zwischen einer regulären positiven Ladung des Akkumulators.

und einer regulären negativen Elektrode angeordnet. Das Ladegerät 11 ist mittels des Umschaltkontak-

Besteht das Zellengehäuse aus Metall und ist es gegen tes 14' des Relais 14 über den Kontakt 12 mit dem zu

den Plattensatz isoliert, so kann die Steuerelektrode ladenden Akkumulator 15 verbunden. Die erste Zelle

mit dem Zellengehäuse verbunden werden. Hierdurch 40 dieses Akkumulators besitzt eine Steuerelektrode 5,

ist eine einfache Anschlußmöglichkeit für die Steuer- die, wie schon aus den vorhergehenden Figuren er-

elektrode gegeben. Es ist auch möglich, in diesem sichtlich, über den Widerstand 6 c und den Umschalt-

FaIl das Zellengehäuse selbst als Steuerelektrode zu kontakt 14" bzw. Kontakt 19 mit der positiven Elek-

verwenden. trode 3 der ersten Zelle verbunden ist. Der Wider-

Weiterhin ist es möglich, die Steuerelektrode an 45 stand 6 c ist in weiten Bereichen einstellbar, so daß der Außenseite des Plattenpaketes, d. h. zwischen die nachfolgenden Schaltglieder bei verschiedenen Zellengehäuse und einer außen liegenden Elektrode Ladeströmen und Zellenkonstruktionen an die Steueranzuordnen, wobei sie zweckmäßig gegen das Ge- elektrode angepaßt werden können,
häuse, sofern dieses aus Metall besteht, und die be- Die zur Ladungsbegrenzung dienende Ansprechnachbarte Elektrode durch eine geeignete Separation 50 spannung wird über den Spannungsteiler 21 eingeisoliert wird. Je nach der der Steuerelektrode züge- stellt und über die Umschaltkontakte 14"' und 14"" dachten Funktion wird diese dann mit dem positiven des Relais 14 dem Eingang eines Transistorrelais 30 oder negativen Pol der Zelle unter Zwischenschal- zugeführt. Das Transistorrelais besitzt eine hohe tung eines Widerstandes 6 verbunden. Es ist in die- Ansprechempfindlichkeit, die beispielsweise bei etwa sem Fall zweckmäßig, eine sauerstoffreduzierende 55 10 mV liegt und ist daher wegen der geringen Span-Steuerelektrode in der Nachbarschaft einer positiven nungen, die am Widerstand 6 c auftreten, als Schalt-Hauptelektrode anzuordnen. element hier besonders gut geeignet.

Wie schon im vorstehenden Text hervorgehoben Wird die am Spannungsteiler 21 eingestellte Anwurde, sind die Systeme nach den F i g. 1, 1 a, 3, 3 a, Sprechspannung für Ladungsende erreicht, schaltet 5, 7 und 9 für gasdicht verschlossene Akkumulatoren 60 das Transistorrelais 30 durch, wobei dessen Kontakt geeignet. Die Systeme nach den Fig. 7 und 9 können 31 geschlossen wird. Hierdurch wird das Stromstoßzur Steuerung von Zellen offener Bauart verwendet relais 40 eingeschaltet, welches über seinen Kontakt werden. Ebenso können auch bei sinnvoller Auswahl 40' das Relais 14 betätigt. Damit erhält das Relais des Systems der Steuerelektrode wartungsarme Akku- Strom und seine Kontakte 14', 14", 14'" und 14"" mulatoren in dieser Weise gesteuert werden. 65 schalten um. Als Folge dieser Schaltvorgänge wird

Die in den Fig.2, 4, 6, 8 und 10 dargestellten der Umschaltkontakt 14' mit dem Kontakt 13 verzeitlichen Verläufe des Spannungsabfalles über dem bunden, d. h. der Akkumulator 15 ist vom Ladegerät Widerstand 6, d. h. der Spannung der Steuerelektrode 11 abgetrennt und liegt am Spannungsmesser 16, der

anzeigt, daß die Batterie entladebereit ist. Über den Schalter 18 kann der Verbraucher 17 mit dem Akkumulator 15 verbunden werden. Durch das gleichzeitige Umschalten sämtlicher Kontakte des Relais 14, wird weiterhin über den Umschaltkontakt 14" der Widerstandes zwischen Steuerelektrode5 und positiven Pol der ersten Zelle der Batterie 15 geschaltet. Dieser Widerstand 6 d ist ebenfalls einstellbar und sorgt für eine entsprechende Anpassung der nachfolgenden Schaltglieder an die Steuerelektrode bei verschiedenen Entladeströmen und Zellenkonstruktionen. Der über den Umschaltkontakt 14'" bzw. Schaltungspunkt 23 jetzt eingeschaltete Spannungsteiler 24 dient zur Einstellung der Ansprechspannung zur Begrenzung der Entladung.

Da in den meisten der angeführten Beispiele die Polarität der Spannung zwischen Steuerelektrode und Hauptelektrode bei Ladungs- bzw. Entladungsende ihre Richtung wechselt, das Transistorrelais 30 jedoch nur in einer Richtung anspricht, ist eine Polumschaltung des Relais 30 vorgesehen. Dies geschieht automatisch über den Umschaltkontakt 14"" des Relais 14, der bei Entladung mit dem Kontakt 26 verbunden ist, bei Ladung hingegen mit Kontakt 25.

Bei Erreichen der eingestellten Ansprechspannung für Entladeschluß spricht das Transistorrelais 30 wiederum an, sein Schalter 31 schließt, das Stromstoßrelais 40 spricht an, sein Kontakt 40' öffnet und Relais 14 wird abgeschaltet. Dadurch wird der Akkumulator 15 wieder an das Ladegerät 11 angeschlossen und erneut geladen.

Die verwendeten Relais können durch Einsatz von Transistoren bzw. steuerbaren Dioden ersetzt werden, wenn man auf mechanische Kontakte vollkommen verzichtet.

Die beschriebene Schaltung gestattet es in einfacher Weise, sowohl Ladung als auch Entladung beliebiger Akkumulatoren mit Steuerelektroden zu begrenzen bzw. zu steuern.

Die bifunktionellen Steuerelektroden nach der Erfindung sind bei sinnvoller Anpassung geeignet für die offenen, wartungsarmen, wartungsfreien und gasdicht verschlossenen Bauarten aller bekannten elektrochemischen Systeme, z. B. der mit alkalischen Elektrolyten arbeitenden elektrochemischen Systeme Nickelhydroxid/Cadmium, Silberoxid/Cadmium, Nikkelhydroxid/Zink, Süberoxid/Zink bzw. des mit Schwefelsäureelektrolyten arbeitenden elektrochemischen Systems Bleidioxid/Blei.

Während bisher die Ladung offener und gasdichter Zellen sich normalerweise über längere Zeiträume erstreckte, ist es nach der Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, Akkumulatorenzellen in kurzer Zeit, z. B. in 1 bis 2 Stunden aufzuladen bzw., wenn bei etwa nicht bekanntem Ladezustand eine Nachladung erforderlich ist, in kürzerer Zeit diese Nachladung durchzuführen, ohne eine Überladung und eine schädliche Erwärmung der Zelle befürchten zu müssen. Es ist also durch Verwendung der erfindungsgemäßen Akkumulatorenzelle mit Steuerelektrode möglieh, die bisher übliche Dauerladung, die sich über lange Zeiten erstreckt, durch eine Schneiladung, die eine wesentliche Rationalisierung der Ladung mit sich bringt, zu ersetzen. Ebenso kann eine Zelle, die mit einer Steuerelektrode nach der Erfindung ausgerüstet ist, in häufigem Wechsel geladen und entladen werden, ohne daß eine Schädigung der Zelle erfolgt. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des neuen Verfahrens zur Überwachung von Ladung und Entladung bei Zellen höherer Kapazitäten.

Claims

Patentansprüche:

1. Akkumulatorenzelle, die neben positiven und negativen Hauptelektroden eine Steuerelektrode enthält, die auf den Ladezustand der Akkumulatorenzelle anspricht und zur Steuerung der Ladung oder Entladung der Akkumulatorenzelle dient, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Steuerelektrode enthält, die eine bifunktionell arbeitende elektrochemisch inerte Elektrode ist, welche keine aktive Masse besitzt und deren Flächenwiderstand unabhängig vom Ladezustand der Hauptelektrode ist und die bei Ladung oder Entladung Gas entwickelt oder Gas verzehrt, daß die Steuerelektrode über elektrische Bauelemente bei Ladung und Entladung mit einer der Hauptelektroden verbunden ist, daß die Kapzität und der Ladezustand der Hauptelektroden der Funktion der Steuerelektrode angepaßt sind und daß die Steuerelektrode, die ein von der Hauptelektrode verschiedenes Potential besitzt, bei Ladung bzw. Entladung durch Gasentwicklung bzw. Gasverzehr elektrochemisch derart polarisiert wird, daß sich am elektrischen Bauelement zwischen Hauptelektrode und zugehöriger Steuerelektrode gegen Ende der Ladung bzw. Entladung ein zur Steuerung der Ladung und/oder Entladung der Akkumulatorenzelle dienender Spannungsabfall einstellt.

2. Akkumulatorenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine bifunktionelle Steuerelektrode (5) enthält, die entweder mit der positiven Elektrode (3) oder mit der negativen Elektrode (1) elektrisch verbunden ist.

3. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) mit der positiven Elektrode (3) verbunden ist, die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) einen Zusatz von antipolarer Masse (4) besitzt.

4. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) mit der negativen Elektrode (1) verbunden ist, die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) einen Zusatz von antipolarer Masse (4) besitzt.

5. Akkumulatorenzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (3) an Stelle des antipolaren Zusatzes (4) eine Entladereserve enthält.

6. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (1) zusätzlich eine Entladereserve (7) besitzt, die gleich oder kleiner ist als die Reduktionsfähigkeit des antipolaren Zusatzes (4) der positiven Elektrode (3).

7. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (5) mit der positiven Elektrode (3) verbunden ist, die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und eine Entladereserve (7) enthält.

8. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (5) über einen automatisch arbeitenden Schalter (9) bei der Ladung mit der positiven Elektrode (3) und bei der Entladung mit der negativen Elektrode (1) verbunden ist und daß die negative Elektrode eine geringere Kapazität besitzt als die positive Elektrode.

9. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) über einen automatisch arbeitenden Schalter (9) bei der Ladung mit der positiven Elektrode (3) und bei der Entladung mit der negativen Elektrode (1) verbunden ist, wobei die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) antipolare Masse (4) oder eine Entladereserve

(8) enthält, deren Menge so bemessen ist, daß die positive Elektrode (3) mehr reduzierbare Anteile aufweist als die negative Elektrode (1) oxidierbare.

10. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) über einen automatisch arbeitenden Schalter (9) bei der Ladung mit der negativen Elektrode (1) und bei der Entladung mit der positiven Elektrode (3) verbunden ist, wobei die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) antipolare Masse (4) enthält.

11. Akkumulatorenzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode an der Außenseite des Plattenpaketes angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 547/136