DE19833096A1 - Verfahren zum Laden eines Akkumulators - Google Patents
Verfahren zum Laden eines AkkumulatorsInfo
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- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Laden eines Akkumulators, insbesondere eines geschlossenen Bleiakkumulators, in zwei aufeinanderfolgenden Stufen, wobei in einer ersten Stufe mit einem Ladestrom I¶L0¶ bis zum Erreichen einer temperaturabhängigen Ladespannung U¶BL¶ geladen wird. Um ohne besonderen Geräteaufwand eine sichere und schnelle Vollladung zu ermöglichen, wobei auch der Wasserverbrauch minimiert werden soll, ist vorgesehen, dass der Ladestrom I¶L¶ in einer zweiten Stufe zwischen einem Ladestrom I¶La¶ und einem Ladestrom I¶Lp¶ periodisch umgeschaltet wird, bis ein Ladefaktor f¶L¶ der Gesamtladung einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wobei der Ladestrom I¶La¶ kleiner und der Ladestrom I¶Lp¶ größer ist als der Ladestrom I¶L0¶ während der ersten Stufe.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Laden eines Akkumulators, insbesondere
eines geschlossenen Bleiakkumulators, in zwei aufeinanderfolgenden Stufen, wobei in einer
ersten Stufe mit einem Ladestrom IL0 bis zum Erreichen einer temperaturabhängigen Lade
spannung UBL geladen wird.
Akkumulatoren werden zum Beispiel als Traktionsbatterien zum Antrieb von Flurförderfahr
zeugen wie Gabelstapler, Schlepper usw. eingesetzt. Nach einem Einsatz von ca. 8 bis 16
Stunden müssen derartige Akkumulatoren wieder aufgeladen werden. Da die Akkumulatoren
während der Aufladezeit nicht eingesetzt werden können, wird gefordert, dass die Ladezeit
so kurz wie möglich ist. Andererseits besteht jedoch auch die Forderung, dass der Akkumula
tor vollständig aufgeladen wird. Dabei soll sich die Batterie möglichst wenig erwärmen, da
eine maximale Betriebstemperatur nicht überschritten werden darf.
Zur schnellen Ladung insbesondere von Bleiakkumulatoren mit flüssigem Elektrolyt sind
allgemein zweistufige Ladeverfahren bekannt. Dabei wird in einer ersten Stufe mit einem
hohen Strom I0 bis zur einsetzenden Gasung bei der Spannung UG, in der zweiten Stufe unter
Konstanthaltung der Zellenspannung U von ca. 2,4 V weiter geladen, bis der durch die kon
stante Ladespannung aufgezwungene Strom bis auf etwa 1/20 des 5-stündigen Entladestroms
abgefallen ist.
Auch sind dreistufige Verfahren bekannt, wobei der Ladestrom in einer dritten Stufe auf
Werte zwischen 0,05 I0 und 0,5 I0 erhöht und auf diesen Wert begrenzt wird (DE 37 32 339 A1).
Eine Verkürzung der Ladezeit ist auch mit einer Erhöhung der Ladeleistung in gewissem
Umfang möglich. Übersteigt der Ladestrom jedoch 30 A/100 Ah Nennkapazität, ist die
mögliche Verkürzung der Ladezeit gering und die Kosten für das Ladegerät steigen deutlich
an.
Bei einer üblichen Ladezeit von 8 bis 10 Stunden werden etwa 4 Stunden dazu verwendet,
die Batterie mit einem Strom von etwa 5 A/100 Ah etwa 20% zu überladen. Diese Über
ladung trägt nur in geringem Umfang (3 bis 5%) zur Volladung bei. Die weitere Überladung
wird benötigt, um eine sich während der Ladung im Akkumulator gebildete Säureschichtung
zu beseitigen. Dies geschieht durch die bei der Überladung sich bildenden Gase Wasserstoff
und Sauerstoff. Die aufsteigenden Gasblasen fuhren zu Dichteunterschieden in benachbarten
"Wassersäulen", wodurch eine Förderung der schweren Säure nach oben und damit eine
Durchmischung der Säure stattfindet. Für einen vollständigen Säuredichteausgleich mit dem
niedrigen Überladestrom von 5 A/10 Ah wird eine Nachladezeit von ca. 4 Stunden benötigt.
Zur Beseitigung der Säureschichtung sind ferner Akkumulatoren mit Elektrolytumwälzung
bekannt. Dabei wird extern eine Umwälzluft erzeugt und in eine Bleiakkumulatorzelle
eingeblasen. Damit konnte die Ladezeit verringert, die bei der Überladung sich in erhebli
chem Umfang bildende Wärme vermindert sowie das Wassernachfüllintervall um den Faktor
4 verlängert werden.
Als nachteilig hat sich jedoch die zunehmende Störanfälligkeit eines solchen Verfahrens
herausgestellt. Insbesondere hatten die Anlagekomponenten zur Luftumwälzung eine geringere
Lebensdauer als die Batterie und das Ladegerät. Auch war eine ständige Überwachung der
Anlage notwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren der zuvor genannten
Art dahingehend weiterzubilden, dass ohne besonderen Geräteaufwand eine sichere und
schnelle Volladung ermöglicht wird, wobei auch der Wasserverbrauch minimiert und damit
eine lange Lebensdauer gewährleistet werden soll.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ladestrom IL in einer zweiten
Stufe zwischen einem Ladestrom ILa und einem Ladestrom ILp periodisch umgeschaltet wird,
bis ein Ladefaktor fL der Gesamtladung einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Wirkung der Umwälzung deutlich verbes
sert, da der Ladestrom ILp kurzzeitig auf z. B. 18 bis 25 A/100 Ah Nennkapazität eingestellt
wird. Dadurch kann die Überladezeit drastisch reduziert werden. Es hat sich herausgestellt,
dass eine Überladung von 5 bis 10% ausreichend ist, um eine nahezu vollständige Um
wälzung der Zellensäure zu erreichen. Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass nach einem
Betrieb von einer Woche nur eine sehr geringe Säureschichtung zurückbleibt, die durch eine
ohnehin empfehlenswerte Ausgleichsladung vollständig behoben werden kann.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass zur Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens aus dem Stand der Technik bekannte "WoWa-Ladegeräte" benutzt werden können.
Dabei wird in der zweiten Stufe bzw. Ladephase zwischen einer Wa-Leistung bzw. Ladestrom
ILa und einer WP-Leistung bzw. Ladestrom ILp periodisch umgeschaltet, wobei die WP-
Leistung (IP) größer sein kann als die W0-Leistung (IL0) der ersten Stufe. Ein Abgriff für die
WP-Leistung kann zusätzlich an einem Ladetransformator des Ladegerätes vorgesehen
werden. Vorzugsweise ist die Ladung dann beendet, wenn 5 bis 10% der vorher entnomme
nen Strommenge, jedoch mindestens 5% der vorher entnommenen Strommenge als Über
ladung wieder aufgeladen sind.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass der Ladestrom IL in der zweiten Ladestufe
eine Periodendauer T im Bereich von 4 ≦ T ≦ 10 min, vorzugsweise T = 8 min aufweist.
Dabei beträgt die Einschaltdauer Ta des Ladestroms ILa vorzugsweise 5 min und die Ein
schaltdauer Tp des Ladestroms ILp vorzugsweise Tp = 3 min. Die Einschaltzeiten Ta, Tb
können im Bereich von 2 min ≦ Ta, Tb ≦ 5 min variieren.
Wenn nach Abschluss der Ladung mehr als 12 Stunden vergehen, ohne dass die Batterie vom
Ladegerät abgetrennt wird, wie dies z. B. an einem Wochenende auftreten kann, wird eine
Ausgleichsladung als Pulsladung in gleicher Weise wie zuvor beschrieben (periodische
Umschaltung von ILa auf ILp) über einige Stunden durchgeführt, bis 10% der Nennkapazität
der Batterie eingeladen sind.
Um den Volladezustand des Akkumulators zu erkennen und bei unvollständiger Volladung
gegebenenfalls auszugleichen, ist vorgesehen, dass nach Abschluss der Ausgleichsladung eine
Ruhespannung UBR des Akkumulators in periodischen Zeitabschnitten gemessen und gespei
chert wird und dass insbesondere ein Spannungswert vor Abtrennen der Batterie vom Ladege
rät gesondert gespeichert und mit einem Spannungswert der vorhergehenden Ladung ver
glichen wird. Im Normalbetrieb zeigt sich ein Anstieg der Säuredichte im Wochenrhythmus.
Der Ansteig der Säuredichte ist auf den Wasserverbrauch zurückzuführen und kann direkt zur
Anzeige der notwendigen Wassernachfüllung benutzt werden. Sinkt dagegen die Ruhespan
nung der Batterie stetig ab, liegt eine nicht ausreichende Volladung vor. Das Ladegerät wird
daraufhin automatisch die Ausgleichsladung verlängern, indem der Ladefaktor fL korrigiert
wird. Insbesondere wird bei sinkender Ruhespannung UBR nach gleichen Messzeitpunkten der
Ladefaktor fL der Ausgleichsladung angehoben. Die Ausgleichsladung wird ebenfalls durch
periodisches Umschalten von einem höheren Strom Ip auf einen niedrigeren Strom Ia
durchgeführt. Die Ausgleichsladung wird solange durchgeführt, bis 10% der Nennkapazität
eingeladen sind.
Zur besseren Erkennung der mangelnden Volladung wird in einer noch vorteilhafteren Aus
führungsform bei steigender Ruhespannung UBR eine automatische Wassernachfüllung
ausgelöst oder ein Signal zur manuellen Wassernachfüllung aktiviert. Dies kann z. B. über ein
Aquamatiksystem erfolgen. Auf diese Weise kann der Anstieg der Säuredichte durch den
Wasserverlust bei Überladung und damit der Anstieg der Ruhespannung kompensiert
werden. Dies ist möglich, weil das Ladegerät die Überlademenge selbst feststellen kann und
entsprechend in eine Korrektur der Ruhespannung umwandeln kann.
Durch die Selbstkorrektur des Ladegerätes ist somit eine sichere vollständige Volladung in
kurzer Zeit mit geringer Wärmeentwicklung und geringem Wasserverbrauch und damit
langen Wassernachfüllintervallen realisiert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den
Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -,
sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Verfahrensbeispiels.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll an einem Beispiel erläutert werden:
Der Akkumulator wird mit einem Ladegerät verbunden und in einer ersten Ladestufe mit
einem konstanten Ladestrom IL0 im Bereich von 22 A/100 Ah geladen. Beim Erreichen einer
Ladespannung UBL, die im Bereich der Gasungsspannung UG von etwa 2,4 V/Zelle liegt, wird
der Ladestrom IL in einer zweiten Ladestufe auf einen niedrigen Stromwert ILa abgesenkt.
Nach einer Zeitspanne von t = 2 bis 5 min wird von dem niedrigen Ladestrom ILa auf einen
hohen Ladestrom (Pulsladestrom) ILp umgeschaltet. Ebenfalls nach einer Zeitspanne t = 2 bis
5 min wird wieder auf den niedrigen Ladestrom ILa zurückgeschaltet. Dieser Vorgang wird
periodisch wiederholt.
Der Vorgang wird solange wiederholt, bis ein Ladefaktor fL der Gesamtladung einen vorge
gebenen Wert, vorzugsweise im Bereich von fL = 1,05 bis 1,10 erreicht hat. Anschließend
wird die Ladung abgeschaltet.
Der Ladevorgang ist beendet, wenn 5 bis 10% der vorher entnommenen Strommenge,
jedoch mindestens 5% der vorher entnommenen Strommenge als Überladung wieder einge
laden sind.
Wenn nach Abschluss der Ladung mehr als 12 Stunden vergehen, ohne dass die Batterie vom
Ladegerät abgetrennt wird, wie dies z. B. an einem Wochenende auftreten kann, wird eine
Ausgleichsladung als Pulsladung in gleicher Weise wie zuvor beschrieben (periodische
Umschaltung von ILa auf ILp) über einige Stunden durchgeführt, bis 10% der Nennkapazität
eingeladen sind.
Es hat sich als besonders wichtig erwiesen, den Volladezustand eines Akkumulators zu
erkennen und bei unvollständiger Volladung den Ladezustand entsprechend auszugleichen.
Die Erkennung des Volladezustandes kann durch eine Batteriespannungsmessung erfüllt
werden. Nach Abschluss der oben beschriebenen Ausgleichsladung - bei erwähntem Wochen
endbetrieb - vergehen in der Regel mehr als 12 Stunden, bevor die Batterie wieder zur Entla
dung in Betrieb genommen wird. In dieser Zeit klingt die Ladespannung UBL der Ausgleichs
ladung auf eine Ruhespannung UBR ab. Die Ruhespannung ist direkt ein Maß für die Säure
dichte der Batterie und damit für den Volladezustand. Nach Beendigung der Ausgleichs
ladung wird daher die Batteriespannung UB über das Ladegerät stündlich gemessen und
gespeichert. Der letzte Wert vor Abtrennen der Batterie vom Ladegerät wird separat abgespei
chert. Dieser Wert wird mit dem letzten Wert der vorhergehenden Ladung verglichen. Im
Normalbetrieb zeigt sich ein Anstieg der Säuredichte im Wochenrhythmus. Dies ist auf den
Wasserverbrauch zurückzuführen und kann direkt zur Anzeige der notwendigen Wasser
nachfüllung benutzt werden. Sinkt dagegen die Ruhespannung stetig ab, liegt eine nicht
ausreichende Volladung vor. Das Ladegerät wird daraufhin automatisch die Ausgleichsladung
bei der nächsten Ladung verlängern.
Zur besseren Erkennung der mangelnden Volladung wird in einer noch vorteilhafteren
Ausführungsform der Anstieg der Säuredichte und damit der Anstieg der Ruhespannung
kompensiert. Dies ist möglich, da das Ladegerät die Lademenge selbst feststellen und
entsprechend in eine Korrektur der Ruhespannung umwandeln kann.
Insgesamt wird durch die Selbstkorrektur des Ladegerätes eine sichere, vollständige Voll
ladung in kurzer Zeit, mit geringer Wärmeentwicklung und geringem Wasserverbrauch und
damit langen Wassernachfüllintervallen realisiert.
Claims (11)
1. Verfahren zum Laden eines Akkumulators, insbesondere eines geschlossenen Blei
akkumulators in zwei aufeinanderfolgenden Stufen, wobei in einer ersten Stufe mit
einem Ladestrom IL0 bis zum Erreichen einer temperaturabhängigen Ladespannung
UBL geladen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ladestrom IL in einer zweiten Stufe zwischen einem Ladestrom ILa und einem
Ladestrom ILp periodisch umgeschaltet wird, bis ein Ladefaktor fL der Gesamtladung
einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wobei der Ladestrom ILa kleiner und der Lade
strom ILp größer ist als der Ladestrom IL0 während der ersten Stufe.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ladestrom ILp auf Werte zwischen 18 bis 25 A/100 Ah Nennkapazität einge
stellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch eine Überladung von 5 bis 10% eine nahezu vollständige Elektrolyt
umwälzung erreicht wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ladestrom IL in der zweiten Ladestufe eine Periodendauer T im Bereich von
4 ≦ t ≦ 10 min, vorzugsweise T = 8 min aufweist.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ladestrom ILa eine Einschaltzeit Ta im Bereich von 2 min ≦ Ta ≦ 5 min,
vorzugsweise Ta = 5 min und dass der Ladestrom ILp eine Einschaltzeit Tp im Bereich
von 2 min ≦ Tp ≦ 5 min, vorzugsweise Tp = 3 min aufweist.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ladefaktor fL der Gesamtladung in einem Bereich von fL = 1,05 bis 1,10
liegt.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Ausgleichsladung durch periodisches Umschalten von dem Ladestrom ILa auf
den Ladestrom ILp durchgeführt wird, wenn nach Abschluss der zweiten Ladestufe
mehr als 12 Stunden vergehen, ohne dass der Akkumulator bzw. die Batterie von dem
Ladegerät abgetrennt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Ausgleichsladung vorzugsweise 10% der Nennkapazität eingeladen
werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach Abschluss der Ausgleichsladung die Batteriespannung UB in periodischen
Zeitabschnitten, vorzugsweise stündlich, gemessen und gespeichert wird und dass
insbesondere ein Spannungswert vor dem Abtrennen der Batterie vom Ladegerät
gesondert gespeichert und mit einem Spannungswert des vorhergehenden Ladevor
gangs verglichen wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei sinkender Ruhespannung nach gleichen Messzeitpunkten der Ladefaktor fL
der Ausgleichsladung angehoben wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei steigender Ruhespannung UBR eine automatische Wassernachfüllung ausgelöst
oder ein Signal zur manuellen Wassernachfüllung aktiviert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833096A DE19833096C5 (de) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Verfahren zum Laden eines Akkumulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833096A DE19833096C5 (de) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Verfahren zum Laden eines Akkumulators |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19833096A1 true DE19833096A1 (de) | 2000-02-03 |
DE19833096C2 DE19833096C2 (de) | 2002-03-28 |
DE19833096C5 DE19833096C5 (de) | 2006-02-09 |
Family
ID=7875002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833096A Expired - Fee Related DE19833096C5 (de) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Verfahren zum Laden eines Akkumulators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19833096C5 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2879354A1 (fr) * | 2004-12-14 | 2006-06-16 | Electricite De France | Procede pour maintenir un accumulateur au plomb charge |
WO2008107158A1 (de) * | 2007-03-05 | 2008-09-12 | Varta Automotive Systems Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer ausgleichsladung eines akkumulators |
DE102008023659A1 (de) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | Industrie Automation Energiesysteme Ag | Batterieladeverfahren |
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DE3732339A1 (de) * | 1987-09-25 | 1989-04-13 | Varta Batterie | Ladeverfahren fuer wartungsfreie bleibatterien mit festgelegtem elektrolyten |
-
1998
- 1998-07-23 DE DE19833096A patent/DE19833096C5/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19833096C5 (de) | 2006-02-09 |
DE19833096C2 (de) | 2002-03-28 |
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Effective date: 20110201 |