DE1671684C

DE1671684C - Device for charging accumulators

Info

Publication number: DE1671684C
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 6470 Büdingen Eberts
Original assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Current assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Publication date: 1971-12-02

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.The invention relates to a device for charging accumulators, in which to detect the on A voltage sensor is provided across the terminals of an accumulator connected for charging, which limits the charging voltage caused by the type of accumulator connected maximum value and in which the charging current is switched off or switched to trickle charging when the Accumulator output is a given by the type and / or size of the accumulator Falls below the minimum value.

Es sind bereits Ladevorrichtungen der vorgenannten Art bekannt, die im Hinblick auf die aufzuladenden Akkumulatoren derart ausgelegt sind, daß der Ludeschlußstrom höchstens den vom Akkumulatorenhersteller vorgegebenen Höchstwert erreichen lann. Auch wird Jie Ladeschlußspannung so begrenzt, daß sie höchstens der Gasungsspannung entipricht. Durch die Begrenzung des Ladcschlußstrones sowie der Ladeschlußspannung wird zwar im wesentlichen eine Schädigung eines zur Aufladung angeschlossenen Akkumulators vermieden, jedoch ist lur Erzielung von Volladung eine verhältnismäßig lange Ladezeit erforderlich, da man auch den Anfangsladcstrom auf einen Wert begrenzen muß, bei dem kein allzu rascher Temperaturanstieg in dem zur Aufladung angeschlf sEencn Akkumulator auftritt.There are already charging devices of the aforementioned type known with regard to the to be charged Accumulators are designed in such a way that the final load current is at most that of the accumulator manufacturer reach the specified maximum value. The end-of-charge voltage is also limited that it entipricht at most the gassing voltage. By limiting the charge terminal current as well as the end-of-charge voltage is essentially a damage to a charge Connected accumulator avoided, but is a proportionate to achieve a full charge long charging time required, since you also have to limit the initial charging current to a value at There is no excessively rapid temperature rise in the rechargeable battery that is used for charging.

Es ist auch bereits bekannt, zur Begrenzung des Ladestromes die Temperatur des Akkumulators heranzuziehen, da eine Temperaturüberchreitung über tinen kritischen Wert hinaus Schäden am Akkumulator hervorruft. Insbesondere ist bereits eine Vorlichtung zur selbsttätigen Ladung von Akkumulatolcn in zwei Stufen bekannt, bei der im Laufe der ersten Stufe der Akkumulator unter die höchste für die Ladevorrichtung zulassige Stromstärke gesetzt lind 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 zulässigen Endbetriebszustand überladen »vird. Sobald jedoch die Temperaturdifferenz größer Wird als der vorgegebene Wert, wird die Ladestrom-Itärkc zur Verringerung der Temperaturdifferenz herabgesetzt. Eine selbsttätige Abschaltung des Lade-Itroms nach Volladung erfolgt nicht. Darüber hinaus Ist auch keine Begrenzung der Schlußladcspannung Vorgesehen, so daß trotz der Temperaturbegrenzung kurzzeitig starke Gasentwicklung auftreten kann, was besonders für gasdicht abgeschlossene Akkumulatofen schädlich ist.It is also already known to use the temperature of the accumulator to limit the charging current, since exceeding the temperature above a critical value will damage the accumulator evokes. In particular, there is already a clearing for the automatic charging of accumulators known in two stages, in the course of the first stage the accumulator is below the highest for the charging device is set to the allowable current and is kept on charge as long as the Temperature difference between the interior of the accumulator and the surrounding air below the The value remains that is set when the accumulator overloaded into the permissible final operating state »vird. However, as soon as the temperature difference increases If than the predetermined value, the charging current Itärkc to reduce the temperature difference. An automatic switch-off of the charging current does not take place after a full charge. In addition, there is no limit to the final charge voltage Provided so that, despite the temperature limitation, strong gas evolution can occur briefly, which especially for gas-tight closed accumulator ovens is harmful.

Weiterhin ist bereits eine Vorrichtung zum Laden tnil Katalysatoren für die Wiedervereinigung der Zer- »etzungsgase in Akkumulatoren bekannt, bei der die Regelung dee 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 Ladcstromatürke tritt also erst bei merklicher Gasung auf. Bei Aufladung eines über seine Nennkapazität hinaus ticfcnlladencn Akkumulators wird auf Grund des hohen Innen Widerstandes des Akkumulators im Akkumulator beträchtliche Wärme ohne nennenswerte Gasentwicklung freigesetzt, so daß eine Si hnJiauni? des Akkumulators auftreten kann. Furthermore, a device for charging to catalytic converters for the reunification of the decomposition gases in accumulators is known in which the charging current is regulated as a function of the increase in the temperature of the catalytic converter caused by the evolution of gas. A thermocouple or a resistor with a high temperature coefficient can be used as the temperature sensor. A reduction in the charge current turke therefore only occurs when there is noticeable gassing. When charging an accumulator that is charged beyond its nominal capacity, considerable heat is released in the accumulator without significant gas development due to the high internal resistance of the accumulator, so that a Si hnJiauni? of the accumulator can occur.

Es ist weiterhin bereits bekannt, als Fühler für die Gasentwicklung im Akkumulator eine Brennstoffzelle vorzusehen, in der eine Rekombination der Zersetzungsprodukte erfolgt und deren elektrisches Ausgangssignal zur Steuerung der Aufladung herangezogen werden kann.It is also already known that a fuel cell is used as a sensor for gas development in the accumulator in which a recombination of the decomposition products takes place and their electrical output signal can be used to control the charging.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufladen von Akkumulatoren zu schaffen, mit der Akkumulatoren ohne SchädigungThe invention is based on the object of providing a device for charging accumulators create with the accumulators without damage

ίο schnell vollgeladen werden können und bei der nach Volladung der Ladestrom abgeschaltet oder auf Ladcerhaltung umgeschaltet wird, d. h., wenn die Lideleistung der elektrischen Verlustleistung äquivalent ist.ίο can be fully charged quickly and after Full charging the charging current is switched off or switched to charge maintenance, d. i.e. if the Lideleistung is equivalent to the electrical power loss.

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 htaufscnlagt ist, daß die Lade-This object is achieved by a device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that is that a sensor for recording the amount of gas developed per unit of time in the accumulator, a sensor to detect the temperature of the accumulator and a sensor to detect the is provided in the accumulator per unit of time released amount of heat and with the output signals this sensor as well as the voltage sensor has a control device installed in such a way that the charging

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.power when a maximum value specified by the type and / or size of the accumulator is exceeded the amount of gas developed per unit of time, the temperature, the amount of gas released per unit of time The amount of heat or the voltage at the terminals of the accumulator is limited.

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 trubrigt 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 fühicn könnte. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung können die von den Akkumulatorenhcrstcllern vorgeschriebenen Ladestromhöchstwerte unbedenklich überschritten werden, so daß stets mit maximalem Ladestrom aufgeladen werden kann. Gegen Endü des Ladevorganges wird der Ladestrom automatisch abgeschaltet oder auf Ladeerhaltung umgeschaltet, falls die elektrische Ladeleistung einen Wert erreicht, die der im Akkumulator umgesetzten Ladeverlustlcistuns entspricht.The device according to the invention ensures a full charge of an accumulator within shortest time without the accumulator in any Way can be damaged. A setting of the charging current to one by the manufacturer for the Accumulator specified value becomes cloudy, since the sensors provided for the gas evolution, the Temperature and the heat developed in the accumulator immediately reduce the charging current cause if this could lead to damage to the accumulator. At the device after According to the invention, the maximum charging current values prescribed by the accumulator manufacturers can be safely exceeded, so that it can always be charged with the maximum charging current. Towards the end of the charging process, the charging current is automatically switched off or switched to charge retention, if the electrical charging power reaches a value that is converted into the accumulator Loss of charge corresponds to

Der zur Erfassung der pro Zeiteinheit im Akkumulator entwickelten Gasmenge eingesetzte Fühler ist zweckmüßigcrweise derart ausgestaltet, daß die entstehenden Gase entweichen können. Der Aufbau eines unzulässig hohen Überdruckes innerhalb des Akkumulators kann bei Verwendung eines derartigen Fühlers vermieden werden. The sensor used to record the amount of gas developed in the accumulator per unit of time is expediently designed in such a way that the gases produced can escape. The build-up of an impermissibly high overpressure within the accumulator can be avoided when using such a sensor.

Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigenThe invention will now be explained in more detail with reference to drawings in which show

F i g. 1 bis 3 Ausführungsformen von Fühlern zur Erfassung der Gasentwicklung pro Zeiteinheit undF i g. 1 to 3 embodiments of sensors for detecting the gas evolution per unit of time and

F i g. 4 ein scheinatisches Schaltbild zur Erläuterung eines Ausfuhrungsbeispiels einer Vorrichtung nach der Erfindung.F i g. 4 is a schematic circuit diagram to explain an exemplary embodiment of a device according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines Fühlers zur Erfassung der Gasentwicklung pro Zeiteinheit weist einen föhrchenförmigen Körper 1 auf, in dem sich eine Flüssigkeitssäule 2 befindet, dieThe embodiment shown in Fig. 1 a The sensor for detecting the gas development per unit of time has a tube-shaped body 1, in which there is a column of liquid 2, the

durch dun bei 3 eintretenden Gusstrom 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 gasduidilassigen Bereich 5 der Wandung des röhrchenförmigen Körpers zum Gasaustritt frei.by dun at 3 entering Gusstrom frictionally acts on a pressure-sensitive electrodynamic transducer 4, which is a function of the gas evolution Signal delivers. This transducer can be made from a pressure sensitive resistor or piezo crystal exist. Due to the evolution of gas, the liquid column 2 moves in the direction of Converter 4 and is a liquid-tight, but gasduidilassigen area 5 of the wall of the tubular body free for gas leakage.

Bei der Ausfiihrungsform 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 drückbar ist und dabei in der Zylinderwandung eine Öffnung 10 zum Gasaustritt freigibt.In the embodiment according to FIG. 2 is a piston 7 in a cylinder 6 which is closed on one side arranged by the gas flow entering at 8 against the force of a spring 9 on an electrodynamic Converter 4 can be pressed and an opening 10 for gas outlet in the cylinder wall releases.

Bei der Ausfiihrungsform nach Fig. 3 des Fühlers tür Erfassung der Gasentwicklung pro Zeiteinheit ist in einem Röhrchen 11 eine Flüssigkeitssäule 12 aus einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, z. B. Quecklilber, vorgesehen, die durch ihre Bewegung durch den bei Ii eintretenden Gasstrom'mehrere Kontakte 14 kurzschließt und/oder öffnet, die mit dem Ladeleistungsregler in Verbindung stehen. Auch hier wird »5 durch die Bewegung ein gasdurchlässiger Bereich 15 der Röhrchenwandung zum Gasaustritt freigegeben. Zweckmäßigerweisc ist die Quecksilbersäule durch geeignete Maßnahmen vor Oxydation geschützt.In the embodiment according to FIG. 3 of the sensor In order to record the gas evolution per unit of time, a column of liquid 12 is in a tube 11 an electrically conductive liquid, e.g. B. mercury, provided by their movement through the gas stream entering at Ii short-circuits and / or opens several contacts 14 that connect to the charging power regulator keep in touch. Here, too, the movement creates a gas-permeable area 15 the tube wall is released to the gas outlet. The mercury column is expediently through suitable measures protected from oxidation.

Zur Begrenzung und/oder Regelung der Lade- 3» leistung 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 Wärnieenergie direkt oder nach bekannter Umwandlung in eine elektrische Größe zur Begrenzung und'oder Regelung der zugeführten Ladeleistung in Abhängigkeit von der Gasentwicklung herangezogen werden.To limit and / or regulate the charging power depending on the gas development per Time unit can also be provided a fuel element in which the evolved gas is electrical Generated energy. Also, in a hydrogen catalyst, the hydrogen in the presence of Oxygen to water burns catalytically, resulting heat energy directly or according to known Conversion into an electrical variable for limiting and / or regulating the charging power supplied can be used depending on the gas development.

Als Temperaturfühler ist ein im Wärmekontakt zum Akkumulator stehender thermoelektrischer Wandler, vorzugsweise ein temperaturempfindlicher Widerstand, vorgesehen. Zur Erfassung aW 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 5" werden kann auch für diese Aufgabe ein Thermoelement, von dem der eine Schenkel im Wärmekontakt /um Akkumulator steht und der andere in der Umgebung angeordnet ist.A thermoelectric converter in thermal contact with the accumulator is used as the temperature sensor, preferably a temperature sensitive resistor is provided. For recording aW per time unit The amount of heat released in the accumulator is suitable for two thermoelectric converters, one of which is the one is in thermal contact with the accumulator and can be identical to the temperature sensor and the other is located in the vicinity. A 5 "thermocouple can also be used for this task, of which one leg is in thermal contact / around the accumulator and the other in the Environment is arranged.

In Fig. 4 ist die zum Laden eines Akkumulators 17 vorgesehene Ladcstromquelle als Glcichspannungsquellc 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 Ladcleistungsreglers 19 begrenzt, der hier als Transistor ausgeführt ist.In FIG. 4, the charging current source provided for charging an accumulator 17 is shown as a DC voltage source 16 shown. With the help of the voltage sensor 18, in the example shown a Zener diode, the charging voltage is adjusted to the specified maximum permissible terminal voltage of the accumulator Limited by means of the Ladcleistungsreglers 19, which is designed here as a transistor.

Ein Fühler 20 jur Erfassung der Gasentwicklung pro Zeileinheit und ein FUhler 21 zur Erfassung der Temperatur, hier als temperaturempfindlicher Widerstand dargestelll.wiiken auf ebenfalls im Ladestromkreis befindliche transistorisierte Leistungsregler 22 und 23 und erniedrigen bei Ansprechen der kritisch vorgegebenen Fiihlcrwerte den Ladestrom, üer Widerstand 24 stellt in Verbindung mit dem Transitor 25 ein stromempfindliches Organ 26 dar, das hui Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwertes.. der dem Minimalwert der Ladeleistung entspricht, den Ladeleistungsregler 19 abschaltet. Bei Bedarf fließt über den Widerstand 27 ein Ladeerhaltungsslrom 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 temperatutempfindlichen Widerstandes 28 vor.A sensor 20 jur recording the gas development per line unit and a FUhler 21 for recording the temperature, here as a temperature-sensitive resistor illustrated wiiken to transistorized power regulator 22, which is also located in the charging circuit and 23 and reduce the charging current, over, when the critically specified fi ller values respond Resistor 24, in conjunction with the transistor 25, represents a current-sensitive element 26, the hui Falling below a specified minimum value .. which corresponds to the minimum value of the charging power, the charging power controller 19 switches off. If necessary, a trickle charge current flows through the resistor 27 to the accumulator. Since the maximum permissible power loss in the accumulator depends on the ambient temperature is dependent, the invention also provides a 'temperature dependence of the current-sensitive Organ to adapt its output signal to the ambient temperature in the form of a in the example drawn temperature-sensitive resistor 28 before.

Claims

Patent claims:

1. Apparatus for charging accumulators, in which a sensor is provided to detect the voltage applied to the terminals of an accumulator that is being charged for charging, which limits the charging voltage to one of. the. Type of the connected accumulator causes predetermined maximum value and at which the charging current is switched off or switched to trickle charging _: when the power delivered to the accumulator falls below a minimum value predetermined by the type and / or size of the accumulator, characterized in that a sensor

(20) for detecting the amount of gas developed per unit of time in the accumulator (17), a sensor

(21) to detect the temperature of the accumulator and a sensor to detect the temperature in the accumulator The amount of heat released per unit of time is provided and with the output signals this sensor and the voltage sensor (18) have a control device (19, 22, 23) of this type is applied that the charging power when one of the type and / or size of the is exceeded Accumulator specified maximum value of the amount of gas developing per unit of time, the temperature, the amount of heat released per unit of time or the voltage at the terminals of the Accumulator is limited.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the sensor (20) developed to detect the pr-o time unit in the accumulator (17) Amount of gas from a column of liquid arranged in a tubular body (1) (2) consists, on the one hand, frictionally on a pressure-sensitive, electrodynamic Transducer (4) is applied and on the other hand is exposed to the gas pressure generated in the accumulator and which is caused by it increasing gassing caused movement a liquid-tight, but gas-permeable Area (5) of the wall of the tubular body releases the oas outlet.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the sensor (20) for detecting the per unit of time in the accumulator (17) developed Amount of gas has a piston (7) which is arranged in a cylinder (6) and through Gas generated in the accumulator against the force of a spring (9) against an electrodynamic one Converter (4) can be pressed, and an opening (10) is provided in the cylinder wall

which is released from the piston as the gas pressure increases.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the electrodynamic Transducer (4) made of a pressure-sensitive resistor or a piezoelectric one Crystal is made.

5. Apparatus according to claim J, characterized in that the sensor (20) for detecting the amount of gas developed per unit time in the accumulator (17) has a tube (11) in which a liquid column (12) consisting of electrically conductive liquid is arranged and it is provided with spaced contacts (14) which are connected to the regulating device (19, 22, 23), one side of the liquid column is exposed to the gas pressure in the accumulator and the liquid wedge columns move due to their increasing gas pressure Contacts short- »o closes and / or opens and exposes a liquid-tight, but gas-permeable area (15) of the wall of the tube.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensor (20) for detecting »5 the amount of gas developed per unit of time in the accumulator (17) is a fuel element, to which the developed gas is fed as fuel and its output signal for limitation and / or regulation of the charging power is provided.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensor (20) for detection the amount of gas developed per unit of time in the accumulator (17) a hydrogen catalyst through which the hydrogen is catalytically burned in the presence of oxygen to form water, and the thermal energy generated during combustion directly or after conversion into a electrical variable for limiting and / or regulating the charging power is provided.

8. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensor (21) for detection a known thermoelectric converter is provided for the temperature of the accumulator which is arranged in thermal contact with the accumulator.

9. The device according to claim 1, characterized in that the control device (19, 22, 23) has controllable semiconductor components, which are in the charging circuit and through the sensors (18, 20,21) are controllable.

10. The device according to claim 9, characterized in that a current-sensitive in the charging circuit Organ (26) is provided which sends a switch-off signal to one of the semiconductor components delivers if the charge current falls below a specified minimum value.

1 sheet of drawings