DE1671684B1

DE1671684B1 - Vorrichtung zum laden von akkumulatoren

Info

Publication number: DE1671684B1
Application number: DE19671671684
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr-Ing Eberts
Original assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Current assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Priority date: 1967-08-14
Filing date: 1967-08-14
Publication date: 1971-04-01
Also published as: SE348085B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden von Akkumulatoren, bei der zur Erfassung der an den Klemmen eines zum Laden angeschlossenen Akkumulators liegenden Spannung ein Spannungsfühler vorgesehen ist, der eine Begrenzung der Ladespannung auf einen von der Art des angeschlossenen Akkumulators vorgegebenen Maximalwert bewirkt und bei der der Ladestrom abgeschaltet oder auf Erhaltungsladen umgeschaltet wird, wenn die an den Akkumulator abgegebene Leistung einen von der Art und/oder Größe des Akkumulators- vorgegebenen Minimalwert unterschreitet.
Es sind bereits Ladevorrichtungen der vorgenannten Art bekannt, die -im Hinblick auf die aufzuladenden Akkumulatoren derart ausgelegt sind, daß der Ladeschlußstrom hbchstens den vom Akkumu-. latorenhersteller vorgegebenen Höchstwert erreichen kann. Auch wird die Ladeschlußspannung so begrenzt, daß sie höchstens der Gasungsspannung entspricht. Durch die Begrenzung des Ladeschlußstromes sowie der Ladeschlußspannung wird zwar im wesentlichen eine Schädigung eines zur Aufladung angeschlossenen Akkumulators vermieden, jedoch ist zur Erzielung von Volladung eine verhältnismäßig lange Ladezeit erforderlich, da man auch den Anfangsladestrom auf einen Wert begrenzen muß, bei dem kein allzu rascher Temperaturanstieg in dem zur Aufladung angeschlossenen Akkumulator auftritt.
Es ist auch bereits bekannt; zur Begrenzung des Ladestromes die Temperatur des Akkumulators heranzuziehen, da eine Temperaturüberschreitung über einen- kritischen Wert;_.hinaus Schäden- am Akkumulator hervorruft. Insbesondere ist bereits eine Vorrichtung zur selbsttäfiien Ladung von Akkumulatoren in zwei Stufen bekannt, bei der im Laufe der ersten Stufe der Akkumulator unter die höchste für die Ladevorrichtung zulässige Stromstärke gesetzt und auf Ladung gehalten wird, solange die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Akkumulators und der umgebenden Luft unter dem Wert bleibt, der sich einstellt, wenn der Akkumulator in -den zulässig @Fndbetriebszustand überladen wird. Sobald jedoch die Temperaturdifferenz größer wird als der vorgegebene Wert, wird die Ladestromstärke zur Verringerung der Temperaturdifferenz herabgesetzt. Eine selbsttätige Abschaltung des Ladestroms nach Volladung erfolgt nicht. Darüber hinaus ist auch keine Begrenzung der Schlußladespannung vorgesehen, so daß trotz der Temperaturbegrenzung., kurzzeitig starke Gasentwicklung auftreten kann, was besonders für gasdicht abgeschlossene Akkumulatoren schädlich ist.
Weiterhin. ist bereits- eine Vorrichtung zum Laden mit Katalysatoren für die Wiedervereinigung der Zersetzungsgase in Akküniulatoren bekannt, bei der die Regelung des Ladestroms in Abhängigkeit von der durch die Gasentwicklung verursachten Erhöhung der Temperatur des Katalysators erfolgt. Als Temperaturfühler kann ein Thermoelement oder ein Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten vorgesehen werden. Eine Verringerung der Ladeströmstärke tritt also erst bei merklicher Gasung auf. Bei. Aufladung eines -über seine Nennkapazität hinaus tiefentladenen Akkumulators wird auf Grund des hohen Innenwiderstandes des Akkumulators im Akkumulator beträchtliche Wärme ohne nennenswerte Gasentwicklung freigesetzt, so daß eine Schädigung des Akkumulators auftreten kann. Es ist weiterhin bereits bekannt, als Fühler für die Gasentwicklung im Akkumufator- eine Brennstoffzelle vorzusehen, in der eine Rekombination der Zersetzungsprodukte--erfolgt und deren elektrisches Ausgangssignal zur Steuerung der Aufladung herangezogen werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufladen von Akkumulatoren zu schaffen, mit der Akkumulatoren ohne Schädigung schnell vollgeladen werden können und bei der nach Volladung . der Ladestrom abgeschaltet oder auf Ladeerhaltung umgeschaltet wird, d. h., wenn die Ladeleistung der elektrischen Verlustleistung äquivalent ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Fühler zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator entwickelten Gasmenge, ein Fühler zur Erfassung der Temperatur des Akkumulators und ein. Fühler zur Erfassung der im Akkumulator pro Zeiteinheit freigesetzten Wärmemenge vorgesehen ist und mit den Ausgangssignalen dieser- Fühler sowie des Spannungsfühlers eine Regeleinrichtung derart beaufscblagt ist; daß die Lade-Leistung bei Überschreiten eines von der Art und/oder Größe des Akkumulators vorgegebenen Maximalwertes der pro Zeiteinheit entwickelten Gasmenge; der Temperatur, der pro Zeiteinheit freigesetzten Wärmemenge oder der Spannung an den Klemmen des Akkumulators begrenzt wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung gewährleistet -eine- ---.-'Volladung----eines---Akkumulators - innerhalb kürzester Zeit, ohne daß der Akkumulator in irgendeiner Weise beschädigt werden kann. Eine Einstellung des Ladestromes auf einen vom Hersteller für den Akkumulator vorgegebenen Wert erübrigt sich, da die vorgesehenen Fühler für die Gasentwicklung, die Temperatur und die im Akkumulator entwickelte Wärme sofort eine Verringerung des Ladestromes bewirken, falls dieser zu einer Schädigung des Akkumulators führen könnte. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung können die von den Akkumulatorenherstellern vorgeschriebenen Ladestromhöchstwerte unbedenklich überschritten werden, so daß stets mit maxianalem Ladestrom - aufgeladen werden kann. Gegen Ende des Ladevorganges wird der Ladestrom automatisch abgeschaltet oder auf Ladeerhaltung umgeschaltet, falls die elektrische Ladeleistung einen Wert erreicht, die der im Akkumulator umgesetzten Ladeverlustleistung entspricht ' Der zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator entwickelten Gasmenge eingesetzte Fühler ist zweckmäßigerweise -derart ausgestaltet, _daß die entstehenden Gase entweichen können. Der Aufbau eines unzulässig hohen Überdruckes innerhalb des Akkumulators kann. bei Verwendung eines derartigen Fühlers vermieden. erden. -. -Die Erfindung ;wird nun näher an Hand von Zeichnungen erläutert, indenen zeigen F i g. 1 bis 3 Ausführungsformen von Fühlern zur Erfassung der G asentwicldüng pro Zeiteinheit und F i g. 4 ein- schematisches Schaltbild zur Erläuterung . eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung.
Die in F i g. I dargestellte Ausführungsform eines Fühlers zur Erfassung der Gasentwicklung pro Zeiteinheit weist einen röhrchenförmigen Körper 1 auf, in dem sich eine Flüssigkeitssäule 2 befindet; die durch den bei 3 eintretenden Gasstrom kraftschlüssig auf einen druckempfindlichen elektrodynamischen Wandler 4 wirkt, der ein von der Gasentwicklung abhängiges Signal liefert. Dieser Wandler kann aus einem druckempfindlichen Widerstand oder Piezokristall bestehen. Durch die Gasentwicklung bewegt sich die Flüssigkeitssäule 2 in Richtung zum Wandler 4 und gibt dabei einen flüssigkeitsdichten, aber gasdurchlässigen Bereich 5 der Wandung des röhrchenförmigen Körpers zum Gasaustritt frei.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 ist in einem einseitig abgeschlossenen Zylinder 6 ein Kolben 7 angeordnet, der durch den bei 8 eintretenden Gasstrom gegen die Kraft einer Feder 9 auf einen elektrodynamischen Wandler 4 druckbar ist und dabei in der Zylinderwandung eine Öffnung 10 zum Gasaustritt freigibt.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 des Fühlers zur Erfassung der Gasentwicklung pro Zeiteinheit ist in einem Röhrchen 11 eine Flüssigkeitssäule 12 aus einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, vorgesehen, die durch ihre Bewegung durch den bei 13 eintretenden Gasstrom mehrere Kontakte 14 kurzschließt und/oder öffnet, die mit dem Ladeleistungsregler in Verbindung stehen. Auch hier wird durch die Bewegung ein gasdurchlässiger Bereich 15 der Röhrchenwandung zum Gasaustritt freigegeben. Zweckmäßigerweise ist die Quecksilbersäule durch geeignete Maßnahmen vor Oxydation geschützt.
Zur Begrenzung und/oder Regelung der Ladeleistung in Abhängigkeit von der Gasentwicklung pro Zeiteinheit kann auch ein Brennstoffelement vorgesehen werden, in dem das entwickelte Gas elektrische Energie erzeugt. Auch kann die in einem Wasserstoffkatalysator, der den Wasserstoff im Beisein von Sauerstoff zu Wasser katalytisch verbrennt, entstehende Wärmeenergie direkt oder nach bekannter Umwandlung in eine elektrische Größe zur Begrenzung und/oder Regelung der zugeführten Ladeleistung in Abhängigkeit von der Gasentwicklung herangezogen werden.
Als Temperaturfühler ist ein im Wärmekontakt zum Akkumulator stehender thermoelektrischer Wandler, vorzugsweise ein temperaturempfindlicher Widerstand, vorgesehen. Zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator freigesetzten Wärmemenge eignen sich zwei thermoelektrische Wandler, von denen der eine im Wärmekontakt zum Akkumulator steht und identisch sein kann mit dem Temperaturfühler und der andere in der Umgebung angeordnet ist. Benutzt werden kann auch für diese Aufgabe ein Thermoelement, von dem der eine Schenkel im Wärmekontakt zum Akkumulator steht und der andere in der Umgebung angeordnet ist.
In F i g. 4 ist die zum Laden eines Akkumulators 17 vorgesehene Ladestromquelle als Gleichspannungsquelle 16 dargestellt. Mit Hilfe des Spannungsfühlers 18, im gezeichneten Beispiel eine Zenerdiode, wird die Ladespannung auf die vorgegebene maximal zulässige Klemmspannung des Akkumulators: mit Hilfe des Ladeleistungsreglers 19 begrenzt, der hier als Transistor ausgeführt ist.
Ein Fühler 20 zur Erfassung der Gasentwicklung pro Zeiteinheit und ein Fühler 21 zur Erfassung der Temperatur, hier als temperaturempfindlicher Widerstand dargestellt,wirken auf ebenfalls im Ladestromkreis befindliche transistorisierte Leistungsregler 22 und 23 und erniedrigen bei Ansprechen der kritisch vorgegebenen Fühlerwerte den Ladestrom. Der Widerstand 24 stellt in Verbindung mit dem Transitor 25 ein stromempfindliches Organ 26 dar;: das bei Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwertes, der dem Minimalwert der Ladeleistung entspricht, den Ladeleistungsregler 19 abschaltet. Bei Bedarf fließt über den Widerstand 27 ein Ladeerhaltungsstrom zum Akkumulator weiter. Da die maximal zulässige Verlustleistung im Akkumulator von der Umgebungstemperatur abhängig ist, sieht die Erfindung auch eine Temperaturabhängigkeit des stromempfindlichen Organs zur Anpassung seines Ausgangssignals an die Umgebungstemperatur in Form eines im Beispiel gezeichneten temperaturempfindlichen Widerstandes 28 vor.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Laden von Akkumulatoren, bei der zur Erfassung der an den Klemmen eines zum Laden angeschlossenen Akkumulators liegenden Spannung ein Spannungsfühler vorgesehen ist, der eine Begrenzung der Ladespannung auf einen von der Art des angeschlossenen Akku-: mulators vorgegebenen Maximalwert bewirkt und bei der der Ladestrom abgeschaltet oder auf Erhaltungsladen umgeschaltet wird, wenn die an den Akkumulator abgegebene Leistung einen von der Art und/oder Größe des Akkumulators vorgegebenen Minimalwert unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler (20) zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator (17) entwickelten Gasmenge, ein Fühler (21) zur Erfassung der Temperatur des Akkumulators und ein Fühler zur Erfassung der ini Akkumulator pro Zeiteinheit freigesetzten Wärmemenge vorgesehen ist und mit den Ausgangssignalen dieser Fühler sowie des Spannungsfühlers (18) eine Regeleinrichtung (19; 22, 23) derart beaufschlagt ist, daß die Ladeleistung bei überschreiten eines von der Art und/oder--Größe des Akkumulators vorgegebenen Maximalwertes der pro Zeiteinheit entwickelten. Gasmenge, der Temperatur; der pro- Zeiteinheit freigesetzten Wärmemenge oder der Spannung an den Klemmen des Akkumulators begrenzt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (20) zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator (17) entwickelten Gasmenge aus einer in einem röhrchenförmigen Körper (1) angeordneten Flüssigkeitssäule (2) besteht, die auf der einen Seite kraftschlüssig an einem druckempfindlichen, elektrodynamischen Wandler (4) anliegt und auf der anderen Seite dem im Akkumulator entstehenden Gasdruck ausgesetzt ist und die bei ihrer durch zunehmende Gasung verursachten Bewegung einen flüssigkeitsdichten, jedoch gasdurchlässigen Bereich (5) der Wandung des röhrchenförmigen Körpers zum Gasaustritt freigibt:
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (20) zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator (17) entwickelten Gasmenge einen Kolben (7) aufweist, der in einem Zylinder (6) angeordnet ist. und durch im Akkumulator entstehendes Gas gegen die Kraft einer Feder (9) gegen einen elektrodynamischen Wandler (4) druckbar ist, und in der Zylinderwandung eine Öffnung (10) vorgesehen ist, die vom ,Kolben bei zunehmendem Gasdruck freigegeben wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrodynamische Wandler (4) aus einem druckempfindlichen Widerstand oder aus eineng pezoelektrischen Kristall besteht.
5. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (20) zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator (1'7) entwickelten Gasmenge ein Röhrchen (11) aufweist, in dem eine aus elektrisch leitender Flüssigkeit bestehende Flüssigkeitssäule (12) angeordnet ist und das mit im Abstand angeordneten Kontakten (14) versehen ist, die mit der Regeleinrichtung (19, 22, 23) in Verbindung stehen, eine Seite der Flüssigkeitssäule dem im Akkumulator herrschenden Gasdruck ausgesetzt- ist und die Flüssigkeitssäule bei ihrer auf zunehmenden Gasdruck zurückzuführender< Bewegung Kontakte kurzschließt und/oder öffnet und einen flüssigkeitsdichten, jedoch gasdurchlässigen Bereich (15) der Wandung des Röhrchens freigibt.
G, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (20) zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator (17) entwickelten Gasmenge ein Brennstoffelement ist, dem das entwickelte Gas als Brennstoff zugeleitet wird und dessen Ausgangssignal zur Begrenzung und/oder Regelung der Ladeleistung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (20) zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator (17) entwickelten Gasmenge ein Wasserstoffkatalysator ist, durch den der Wasserstoff in Gegenwart von Sauerstoff zu Wasser katalytisch verbrannt wird, und die bei der Verbrennung entstehende Wärmeenergie direkt oder nach Umwandlung in eine elektrische Größe zur Begrenzung und/oder Regelung der Ladeleistung vorgesehen ist. B.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler (21) zur Erfassung der Temperatur des Akkumulators ein an sich bekannter thermoelektrischer Wandler vorgesehen ist, der in Wärmekontakt zum Akkumulator angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (19, 22, 23) steuerbare Halbleiterbauteile aufweist, die im Ladestromkreis liegen und durch die Fühler (18, 2021) steuerbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladestromkreis ein Stromempfindliches Organ (26) vorgesehen ist, das an eines der Halbleiterbauteile ein Abschaltsignal liefert, falls der Ladungsstrom einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet.