DE1596266B2

DE1596266B2 - Verwendung einer lagerbatterie als hilfsbatterie fuer ein fahrzeug zum teilweisen wiederaufladen der leeren fahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE1596266B2
Application number: DE1966T0032532
Authority: DE
Inventors: Tomohiko; Tsuchiya Noriyuki; Nishi Toru; Tokio Sada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1965-11-17
Filing date: 1966-11-16
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE1596266A1; JPS5323489B1; GB1171928A; US3504262A

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Lagerbatterie, bei der der Elektrolyt und die Elektroden getrennt sind und bei Bedarf zusammengeführt werden können, als Hilfsbatterie für ein Fahrzeug.

Beim Versuch, ein Kraftfahrzeug anzulassen, wird nicht selten festgestellt, daß die Batterie entweder vollkommen entladen oder so schwach ist, daß sie den Motor nicht in Gang bringt, insbesondere bei kaltem Wetter. Das Kraftfahrzeug muß dann zum Aufladen der Batterie in die Werkstatt — das kostet Zeit — oder es muß an die Batterie eines anderen Kraftfahrzeugs angeschlossen werden, das ist umständlich und setzt in beiden Fahrzeugen einander ähnliche Batterien voraus. Schließlich kann eine Hilfsbatterie gleicher Kapazität und Größe wie die normale Batterie mitgeführt werden. Das ist eine Mehrbelastung an Gewicht und erfordert die ständige Überprüfung auch der zweiten Batterie. Daher ist es nicht üblich, eine solche Batterie im Kraftfahrzeug mitzuführen.

Aus der US-PS 31 05 910 ist ein System zur Aufladung erschöpfter Fahrzeugbatterien mittels einer Hilfsbatterie bekannt, bei dem eine 12-V-Batterie eines Service-Fahrzeugs und eine 12-V-Hilfsbatterie, die sich ebenfalls in dem Service-Fahrzeug befindet, parallel zu der Lichtmaschine des Service-Fahrzeuges geschaltet werden, um von dieser aufgeladen zu werden und um gleichzeitig die entladene 6-V-Batterie eines anderen Fahrzeuges aufzuladen. Alternativ dazu können die beiden Batterien des Service-Fahrzeuges auch in Serie geschaltet werden, um mit den dadurch erzeugten 24 Volt eine entladene 12-V-Batterie eines anderen Fahrzeuges aufzuladen. Es ist jedoch bekannt, daß die zu diesem Zweck vorgesehenen Batterien in Service-Fahrzeugen eigens so dimensioniert sind, daß sie eine hohe Ladungskapazität, d. h. also eine hohe Amperestunden-Zahl haben.

Die US-PS 31 05 909 betrifft eine Zusatz- oder Verstärkungsbatterie, die mit einer Hauptbatterie zusammengeschaltet werden soll. Dieses Zusammenschalten erfolgt lediglich zur Erzeugung einer höheren Spannung, jedoch nicht um mit der Zusatz- oder Verstärkungsbatterie die Hauptbatterie aufzuladen, wenn sich diese entladen haben sollte.

Die US-PS 28 52 592 betrifft eine Batterie, bei der Elektrolyt und Elektroden vor Inbetriebnahme getrennt sind. Ein Hinweis auf eine Verwendung einer solchen Batterie zum Aufladen einer anderen Batterie ist der Patentschrift nicht zu entnehmen.

Die US-PS 26 40 863 betrifft eine Batterie, die vor Inbetriebnahme erst in die Elektrolyt-Flüssigkeit eingetaucht werden muß. Es sind hier zwar zwei Batterien A und B vorgesehen; jedoch ist nicht beabsichtigt, mit der einen Batterie die andere aufzuladen. Vielmehr dient die Batterie A der Erzeugung einer niedrigen Spannung und einer hohen Leistung und die Batterie B der Erzeugung einer hohen Spannung und einer niedrigen Leistung. Eine solche Batterie ist für Radiosonden-Sender erforderlich, bei denen die hohe Spannung als Anodenspannung für die Verstärkerröhren und die niedrige Spannung zum Heizen der Verstärkerröhren verwendet wird.

Die US-PS 3139 356 beschreibt und zeigt eine Lagerbatterie, bei der vor Inbetriebnahme Elektrolyt und Elektroden getrennt sind und erst bei Inbetriebnahme zusammengebracht werden. Ein Hinweis auf eine Verwendung einer derartigen Batterie zum Aufladen einer erschöpften Fahrzeugbatterie ist der Patentschrift nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die für sich schon neue Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die bei kleinen Abmessungen und geringem Gewicht geeignet ist, im Bedarfsfall die erschöpfte Fahrzeugbatterie so aufzuladen, daß das Fahrzeug zumindest gestartet und die Fahrzeugbatterie nach dem Start von der Lichtmaschine wieder aufgeladen werden kann.

Erfindungsgemäß ist vorgeschlagen, eine Lagerbatterie, bei der der Elektrolyt und die Elektroden getrennt sind und bei Bedarf zusammengeführt werden können, als Hilfsbatterie für ein Fahrzeug zum teilweisen Wiederaufladen der leeren Fahrzeugbatterie zu verwenden, wobei die Lagerbatterie eine höhere Spannung als die Fahrzeugbatterie sowie nur eine so hohe Ladungskapazität hat, daß die auf die Fahrzeugbatterie übertragene Ladungsmenge ausreicht, um das Fahrzeug zu starten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagerbatterie beim Ladevorgang über einen Stecker, der in die Buchse des Zigarettenanzünders einführbar ist, mit der Fahrzeugbatterie verbunden.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe bietet insofern Vorteile, als unter geringem Aufwand vermieden wird, bei erschöpfter Fahrzeugbatterie eine Werkstatt aufsuchen, die Batterie an die eines anderen Fahrzeugs anschließen, eine schwere Zweitbatterie mitführen oder gar ein Service-Fahrzeug herbeirufen zu müssen. Die Verwendung einer preiswerten, leichten und raumsparenden Lagerbatterie ermöglicht, für eine kurze Zeitspanne einen hohen Entladestrom zu erzeugen, um eine herkömmliche Fahrzeugbatterie, zumindest für das Anlassen des Motors, wieder aufzuladen. Eine derartige Hilfsbatterie kann ohne weiteres in jedem Kraftfahrzeug, beispielsweise unter dem Sitz, mitgeführt werden. Nach Gebrauch wird sie wegeworfen und durch eine neue ersetzt.

Die zur Lösung gestellte Aufgabe hat Veranlassung zu eingehenden Untersuchungen über die optimale Dimensionierung einer Hilfsbatterie gegeben, die in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert sind.

Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild für den Anschluß einer Hilfsbatterie an den Stromkreis des Anlassers,

Fig.2 eine graphische Darstellung der Ladekennwerte der herkömmlichen Kraftfahrzeugbatterien,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Entladekennwerte der Hilfsbatterie,

F i g. 4 eine Reihe von graphischen Darstellungen der Ladekennwerte der Hilfsbatterie,

Fig.5 den Anschluß der Hilfsbatterie an eine Kraftfahrzeugbatterie.

Als Hilfsbatterie wird eine augenblicklich in Betrieb zu setzende Lagerbatterie verwendet, die im wesentlichen aus zwei Abteilen besteht, von denen das eine die Elektrode und das andere den Elektrolyten enthält Im Bedarfsfall wird die Wand zwischen den beiden Abteilen durchbrochen, so daß der Elektrolyt die Elektroden umspulen kann und einen Stromfluß verursacht. Die Batterie muß in der Lage sein, einen Entladestrom von 750 Amperesekunden (As) oder mehr bei einer die Spannung der Fahrzeugbatterie übersteigenden Spannung abzugeben. Die Hilfsbatterie wird zweckmäßig an einer günstigen Stelle im Wagen, z. B. unter dem Vordersitz, aufbewahrt. Ferner sind Mittel für den sofortigen Anschluß der Hilfsbatterie an die Fahrzeugbatterie vorgesehen, um diese aufzuladen. In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt dies über den gewöhnlich in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Zigarettenanzünder.

F i g. 1 zeigt die übliche Art des Anschlusses einer Fahrzeugbatterie an den Anlasser zur Ingangsetzung des Automobilmotors. Der Anlasser ist mit 10 und die Fahrzeugbatterie ist mit 11 bezeichnet. Wird der Zündschalter 12 eingeschaltet, so wird die Fahrzeugbatterie 11 mit dem Anlasser 10 verbunden, der den Fahrzeugmotor in Gang setzt. Die Fahrzeugbatterie 11 hat üblicherweise eine Spannung von 6 oder 12 Volt und eine Kapazität von 30 bis 100 Amperestunden.

Wenn die Fahrzeugbatterie 11 ihre Ladung verliert oder die Ladung so weit absinkt, daß sie den Anlasser 10 nicht mehr dreht, muß die Fahrzeugbatterie 11 wieder aufgeladen werden.

Gemäß der Erfindung wird eine Hilfsbatterie 13 verwendet, die raumsparend und leicht ist und die die Fahrzeugbatterie 11 in kurzer Zeit aufzuladen vermag. Zur Bestimmung der erforderlichen Eigenschaften einer derartigen Hilfsbatterie wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem eine entladene Fahrzeugbatterie 11 mit Hilfe eines herkömmlichen, bisher in der Technik verwendeten Ladegeräts aufgeladen wurde. Das Ergebnis ist aus der Tabelle I und F i g. 2 ersichtlich. Die dafür gewählte Fahrzeugbatterie 11 war eine übliche 12-VoIt-Batterie mit einer Kapazität von 40 Amperestunden. Im Beispiel 1 der Tabelle I wurde die Batterie 5 Minuten und im Beispiel 2 der Tabelle I 10 Minuten lang aufgeladen. Bei den Beispielen 1 und 2 der Tabelle I wird in der ersten, mit a) überschriebenen Spalte der anfängliche Ladestrom in Ampere (A) aufgeführt; diese Werte sind in F i g. 2 aufgezeichnet. Die Spalte b) stellt die Lademenge in Amperesekunden (As) dar; die dritte mit c) bezeichnete Spalte gibt die Betriebsdauer für den Anlasser 10 in Amperesekunden an; die vierte Spalte d) bezeichnet die Entlademenge in Amperesekunden und die letzte mit e) überschriebene Spalte gibt an, wieviel Energie von der Ladebatterie entnommen wird. Die fünfte Spalte stellt das Verhältnis zwischen der vierten und der zweiten Spalte dar. Der erste Wert in der dritten Spalte besagt, daß der Anlasser 10 für eine Zeitdauer von 5 Sekunden angeschaltet war, während die zweite Zeile angibt, daß danach der Anlasser 10 für 3 Sekunden gedreht wurde. Die zweite Reihe wurde 10 Sekunden, nach dem der Kraftfahrzeugmotor das erste Mal angehalten wurde, gemessen.

Tabelle I

Beispiel 1: Ladezeit 5 min

a)	b)	b) (As)	c)	d)	e)
Anfänglicher	Lademenge	Betriebsdauer für den	Entlademenge	Entnommene
Ladestrom		Anlasser		Energie
(A)	(As)	(As)	(As)	(%)
Ii = 5	1,500	150 χ 5	750	80
		150 χ 3	450
l2 = 10	2,400	160 χ 9	1440	96
		150 χ 6	900
l3 = 15	3,900	160 χ 10	1600	72
		150 χ 7	1050
l4 = 20	5,100	170 χ 12	2040	64
		150 χ 8	1200
Beispiel 2: Ladezeit 10 min
*Z)(A)*	c) (As)	d) (As)	e) (o/o)

Ii = 5	3,000	166 χ 8	1328	68
		150 χ 5	750
12= 10	4,800	155 χ 11	1705	54
		150 χ 6	900
13 = 15	7,200	170 χ 13	2210	48
		160 χ 8	1280
14 = 20	9,000	170 χ 15	2550	45
		160 χ 10	1600

In dem angegebenen Beispiel, in dem als die normale Fahrzeugbatterie 11 eine gewöhnliche Batterie von 12 Volt und 40 Amperestunden verwendet ist, sollte daher die mit der Bezugsziffer 13 versehene Hilfsbatterie gemäß der Erfindung etwa 20 Volt (jedenfalls aber mehr als 12 Volt) aufweisen und kann einen geringen Betrag an Amperestunden haben, z. B. etwa 1 bis 5 Amperestunden. Die Hilfsbatterie 13 soll außerdem klein, leicht, raumsparend und kältebeständig sein und keine Möglichkeit zur Selbstentladung haben, d.h, sie soll praktisch augenblicklich in Betrieb gesetzt werden können. Sie kann dann von kurzer Lebensdauer sein, da sie nur einmal gebraucht werden soll.

Wie der Tabelle I, Beispiel 2, zu entnehmen ist, kann der Anlasser 10 des Kraftfahrzeugs mit der Fahrzeugbatterie 11 für eine Dauer von 8 Sekunden betrieben werden und daraus 166 Ampere entnehmen. Zusätzlich kann 10 Sekunden später der Anlasser 5 Sekunden lang betrieben werden und 150 Ampere entnehmen. Es wurde festgestellt, daß diese Werte genügen, um den Automotor anzulassen. Das bedeutet mit anderen Worten, daß eine Fahrzeugbatterie, die in der Lage ist, etwa 5 bis 20 Sekunden lang einen Strom von 150 Ampere zu erzeugen, ausreicht, um den normalen Automotor in Gang zu bringen.

In Fig.3 ist die Kennlinie für eine gemäß der Erfindung typische Hilfsbatterie 13 dargestellt. Die Hilfsbatterie 13 enthält einen einzubringenden Elektrolyten und ist so bemessen, daß sie 20 Volt erzeugt und eine Kapazität von 1,8 Amperestunden hat. Die positive Elektrode besteht aus Bleioxid (PbO₂), die negative Elektrode aus Zink (Zn). Als Elektrolyt wird Schwefelsäure (H2SO4) verwendet.

In F i g. 4 ist eine Reihe von Kurven dargestellt, die für die Hilfsbatterie 13 der vorliegenden Erfindung kennzeichnend sind. Diese Kurven verzeichnen den zeitlichen Verlauf des Ladestroms und der aufgeladenen Spannung. Der Bereich I zeigt die Kennwerte nach einer Ladezeit von 6 Minuten. In diesem Falle wurde der Anlasser 10 so lange betätigt, bis er stillstand, wobei 1600 Amperesekunden erzeugt wurden. Der Bereich II zeigt den Zustand nach 12 Lademinuten. Dabei wurde der Motor 10 so lange in Betrieb gehalten, bis er stillstand und es wurden 1300 Amperesekunden erzeugt. Im Bereich III sind die Kennwerte nach 19 Minuten Ladezeit dargestellt, wobei in diesem Falle der Anlasser

10 bis zum Stillstand betätigt wurde und 840 Amperesekunden erzeugt wurden.

Die Kennwerte für die Hilfsbatterie 13 sind in der Tabelle II angegeben. Es wurden dabei die gleichen Überschriften wie für die Tabelle I verwendet In der Tabelle II sind die Faktoren a, b und c für die Bereiche I,

11 und III dargestellt.

Tabelle II

a) (As)

b) (As)

2540
3080
1750

1600

1300

840

a — Lademenge,
b — Entlademenge,
c - b/a χ 100 (%).

Wie oben erwähnt, genügen 750 Amperesekunden, um den normalen Automotor anzulassen. Es zeigt sich also, daß die Hilfsbatterie 13 genügend Energie erzeugt, um den Anlasser 10 zu starten, gleichgültig, ob er im Bereich I, II oder III betrieben wird.

In F i g. 1 ist die Hilfsbatterie 13 schematisch so dargestellt, wie sie an eine normale Fahrzeugbatterie 11 angeschlossen werden kann. Die Hilfsbatterie 13 ist in Parallelschaltung an die Fahrzeugbatterie 11 angeschlossen, wobei die Anschlußklemmen 14 und 15 und die entsprechenden Anschlußklemmen 14' und 15' jeweils an der gewünschten Stelle vorgesehen sind. Ein

Schaltbild für eine derartige Verbindung ist in,Fig.5 dargestellt Mit 114 ist das herkömmliche Amperemeter bezeichnet, das ein Laden oder Entladen der Fahrzeugbatterie 11 anzeigt. Die Anschlußklemmen der Fahrzeugbatterie 11 sind in einer Ausführungsform der

Erfindung mit dem normalerweise im Inneren eines Kraftwagens vorgesehenen Zigarettenanzünder 151 verbunden. Die Hilfsbatterie 13 wird nun auf eine beliebige, bekannte Weise an den Zigarettenanzünder 151 angeschlossen.

In einer Ausführungsform der Erfindung wog die Hilfsbatterie 13 etwa 750 g und ihr Volumen betrug ungefähr 6,5 χ 10 χ 14 cm³. Die positive Elektrode nahm eine Fläche von 50 cm² pro Einheit ein und bestand aus Bleioxid (PbO₂), während die negative Elektrode 100 cm² pro Einheit betrug und aus Zink (Zn) hergestellt war. Als Elektrolyt 16 dient Schwefelsäure (H2SO4), die in einem Abteil 17 aufbewahrt ist, das sich oberhalb des die Elektroden enthaltenden Abteils 18 befindet. Die Hilfsbatterie 13 kann an jeder beliebigen Stelle, beispielsweise unter den Bodenbrettern aufbewahrt werden. Wenn die Fahrzeugbatterie 11 erschöpft ist und den Kfaftfahrzeugmotor nicht in Gang bringt, so wird die Hilfsbatterie 13, wie in Fig. 1 gezeigt, in Parallelschaltung mit der Fahrzeugbatterie 11 verbunden. Das kann in der in F i g. 5 gezeigten Weise über die Buchse des Zigarettenanzünders 151 erfolgen. Ferner ist eine Vorrichtung vorgesehen, um die Zwischenwand zwischen den Abteilen 17 und 18 zu durchstoßen, wenn die Verbindung hergestellt ist, so daß der Elektrolyt die Elektroden im Abteil 18 umspulen kann. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das mit Hilfe eines Bolzens 19 bewirkt, der die Zwischenwand zwischen den Abteilen 17 und 18 durchstößt, so daß der Elektrolyt aus dem Abteil 17 in das Abteil 18 fließen kann, um die Hilfsbatterie zu aktivieren.

Ein Gasaustrittsrohr 20 ist vorgesehen, um den Austritt von Abgasen zu ermöglichen.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich, ist die Fahrzeugbatterie 11 nach einer Zeitdauer von 6 Minuten oder mehr genügend aufgeladen, um den Anlasser 10 zu betreiben und die Maschine zu starten. Die Batterie 13 wird sodann durch eine neue Batterie 13 ersetzt, die bis zum Gebrauch inaktiv bleibt.
In der in Fig.5 dargestellten Ausbildungsart ist ein Stecker vorgesehen, der in die Buchse des Zigarettenan-

Zünders 151 eingesetzt werden kann. Der Stecker 21 ist

^c) (%) mit Stromzuführungen versehen, um eine Verbindung mit der Buchse 22 herzustellen, die ihrerseits mit den Elektroden der Hilfsbatterie 13 in Verbindung steht.

In der vorstehenden Beschreibung wurde eine Hilfsbatterie erläutert, die von geringer Größe, raumsparend, leicht und preiswert herzustellen ist und in einem Kraftfahrzeug für unbegrenzte Zeitdauer aufbewahrt werden kann, ohne sich in irgendeiner Weise zu entladen. Sobald nun die normale Fahrzeugbatterie erschöpft ist und das Fahrzeug nicht mehr anlassen kann, so kann die Hilfsbatterie nach der vorliegenden Erfindung schnell in Parallelschaltung an die Fahrzeug-

63
42
48

batterie angeschlossen und augenblicklich aktiviert werden und erzeugt dann genügend Energie, um die Fahrzeugbatterie innerhalb kurzer Zeit wieder aufzuladen. Die Hilfsbatterie der vorliegenden Erfindung muß eine höhere Spannung als die Fahrzeugbatterie aufweisen und ausreichende Kapazität zur Erzeugung von 750 Amperesekunden oder mehr haben. Dieser

zuletzt erwähnte Zahlenwert stellt das derzeit zum Anlassen des normalen Automotors erforderliche Minimum dar. für praktische Zwecke wurde ermittelt, daß die Hilfsbatterie einen Wert von 1,8 Amperestunden und eine Spannung von 20 Volt für eine normale Fahrzeugbatterie mit einer Spannung von 12 Volt haben sollte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

609551/157

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Lagerbatterie, bei der der Elektrolyt und die Elektroden getrennt sind und bei Bedarf zusammengeführt werden können, als Hilfsbatterie für ein Fahrzeug zum teilweisen Wiederaufladen der leeren Fahrzeugbatterie, wobei die Lagerbatterie eine höhere Spannung als die Fahrzeugbatterie sowie nur eine so hohe Ladungskapazität hat, daß die auf die Fahrzeugbatterie übertragene Ladungsmenge ausreicht, um das Fahrzeug zu starten.

2. Verwendung einer Lagerbatterie nach Anspruch 1, die beim Lade Vorgang über einen Stecker, der in die Buchse des Zigarettenanzünders einführbar ist, mit der Fahrzeugbatterie verbunden ist.