DE2063733A1

DE2063733A1 - Method and device for charging nickel-cadmium batteries

Info

Publication number: DE2063733A1
Application number: DE19702063733
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter 4300 Essen Hilmes
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1970-12-24
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1972-07-13

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Laden von Nickel Cadmium-Akkumulatoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden von NickelCadmium-Akkumulatoren, die nach den Herstellerangaben zur Erzielung der Nennkapazität grundsätzlich mit dem 1,4-fachen dieses Wertes geladen werden sollen. Das bedeutet, daß das Laden nach den Angaben der Hersteller während 14 Stunden mit dem maximalen Entlade~ strom für iOstündige Entladung vorgenommen werden soll, Hierbei sollte ein Überladen der Batterie mit Rücksicht auf deren Lebensdauer in Jedem Falle vermieden werden. Da der Lade- bzw. Entladezustand der Batterie in vielen Fällen unbekannt und schwer feststellbar ist* lassen die Hersteller unabhängig vom Ladezustand ein 12stUndiges Laden mit dem Nennladestrom zu. Hierbei muß man, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, zwei Möglichkeiten in Kauf nehmen, nämlich die eine, daß die Batterie möglicherweise die Nennkapazität nicht erreicht und die andere, daß eine gewisse Überladung erfolgt. Beides ist unerwiinsoht, weil in dem einen Fall nur eine begrenzte Kapazität zur Verfügung steht und im anderen die Lebensdauer verkürzt wird. Method and device for charging nickel cadmium batteries The invention relates to a method and a device for charging nickel-cadmium batteries, according to the manufacturer's instructions to achieve the nominal capacity 1.4 times this value should be loaded. That means that loading according to the manufacturer's instructions for 14 hours with the maximum discharge current is to be carried out for 10-hour unloading, Here should Overcharging of the battery is avoided in any case with regard to its service life will. Since the charge or discharge status of the battery is unknown in many cases and it is difficult to determine * the manufacturers let in regardless of the state of charge 12 hours of charging with the nominal charging current. Here one must, as can be seen from the foregoing results in two possibilities, namely the one that the battery may be the nominal capacity is not reached and the other that a certain overcharging occurs. Both are unsuitable because in one case only a limited capacity for Is available and in the other the service life is shortened.

Diese Maßgel und Schwierigkeiten sollen durch die Erfindung behoben und ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden die gewahrleisten, daß die Batterie bei Abschluß des Ladens mit weitgehender Sicherheit ihre Nennkapazität erreicht hat ohne daß hierbei Überladungen in Kauf genommen werden mussen. Die Erfindung baut darauf auf, daß die Entladeschlußspannung eines Nickel-Cadmium-Akkumulators als praktisch einziger Punkt auf der Lade- bzw. Entladekennlinie mit ausreichender Genauigkeit als Maß für den Ladezustand erfaßt werden kann. These measures and difficulties are intended to be remedied by the invention and a method and apparatus are provided which ensure that the battery will almost certainly reach its nominal capacity at the end of the charging process has achieved without overloading. The invention builds on that the final discharge voltage of a nickel-cadmium accumulator as practically the only point on the charging or discharging curve with sufficient Accuracy can be recorded as a measure of the state of charge.

Die Erfindung sieht daher ein Verfahren zum Laden von Nickel-Cadmium-Akkumulatoren vor, bei dem erfindungsgemäß zunächst eine Entladung des Akkus bis zum Erreichen der Entladeschlußspannung vorgenommen und dann erst das Wiederaufladen mit konstantem Ladestrom während einer vorgeschriebenen Ladezeit durchgeführt wird. Die Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zum Laden von NickelCadmiumAkkumulatoren vor, die als Belastung an den zu ladenden Akku anschaltbare Be lastungswiderstände und einen Spannungswächter für die Entladeschlußspannung umfaßt, der bei Erreichen bzw. Unterschreiten der Entladeschlußspannung die Abschaltung der Belastung und Einschaltung einer einen konstanten Ladestrom liefernden Eino richtung steuert, die mit einem Zeitschaltwerk kombiniert ist, das nach einer vorgegebenen Zeit den Ladestrom abschaltet bzw. The invention therefore provides a method for charging nickel-cadmium batteries before, according to the invention, initially a discharge of the battery until it is reached made of the final discharge voltage and only then the recharging with constant Charging current is carried out during a prescribed charging time. The invention further provides a device for charging nickel-cadmium accumulators, which load resistors that can be connected to the battery to be charged and a Includes voltage monitor for the end-of-discharge voltage when it is reached or undershot the final discharge voltage, the disconnection of the load and activation of a one A device that delivers constant charging current controls that with a timer is combined, which switches off the charging current after a specified time or

dessen Abschaltung steuert. Da in der Praxis damit gerechnet werden mußt. daß Ausfälle der Netzspannung eintreten können, muß vermieden werden daß man in solchen Fällen zu unrichtigen Ergebnissen kommt und möglicherweise eine 13eschädigung der Batterie eintritt Die erfin&ungsgemäße Ladevorrichtung sollte daher ferner Einrichtungen umfassen, die bei Netzspannungs ausfall wirksam sind und eine Abschaltung der Belastung für das Entladen und ein Anhalten des Zeitscheltwerks für das Laden während des Netzspannungsausfalls sowie in der Regel bei Rückkehr der Netzspannung die Rückstellung des Zsitschaltwerkes und die Anschaltung der Belastung bewirken. Diese letztgenannte Maßnahme ist vor allem dann zweckmäßig, wenn bei Netz spannungs wiederkehr die Stellung des Zeitschaltwerkes unbestimmt ist Bs wird daher nach Rückkehr der Netzspannung zunäohst wieder entladens um einen genau definierten Ausgangspunkt für die Ladung zu haben.whose shutdown controls. As this is expected in practice must. that failures of the mains voltage can occur, must be avoided that one in such cases, incorrect results are obtained and possibly damage the battery enters. The charging device according to the invention should therefore also Include facilities that are effective in the event of a power failure and a shutdown the load for unloading and a stop of the time switchgear for loading during the mains voltage failure and usually when the mains voltage returns cause the resetting of the switching mechanism and the connection of the load. The latter Measure is particularly useful when when the mains voltage returns, the position of the timer is indefinite Bs is therefore initially discharged again by exactly one after the mains voltage has returned to have a defined starting point for the charge.

Für die Ausbildung der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung und insbesondere ihre einzelnen Einrichtungen sind mannigfache Ausführungsmögl ichke iten gegeberr In der Grundausführung umfaßt die erfindungsgemäße Ladevorrichtung An- und Abschaltelemente für Lastwiderstände, einen diese steuernden Spannungswachter für die Entladeschlußspannung, der bei deren Erreichen die Umschaltung von Entladen auf Laden steuert, sowie eine durch ein mit der Einschaltung des Ladevorganges in Gang gesetztes Zeitsohaltwerk gesteuerte Konstantstromquelle. Als Zeitwerk kann man vorteilhaft einen Multivibrator mit nachgeschalteten Untersetzern, z.B. Dezimalzählern und einem diesen nachgee schalteten Speicher vorsehen, wobei die Periodendauer des Multivlbrators als Maß für die zu erzielende Ladezeit dient. For the formation of the loading device according to the invention and in particular Its individual facilities are given a wide range of possible designs In the basic version, the charging device according to the invention comprises switch-on and switch-off elements for load resistors, a voltage monitor that controls them for the end-of-discharge voltage, which controls the switch from discharging to charging when it is reached, as well as a by a timer set in motion when the charging process is switched on controlled constant current source. A multivibrator can be used as a timer with downstream coasters, e.g. decimal counters and one after them Provide switched memory, with the period duration of the multivibrator as a measure is used for the charging time to be achieved.

Die Erfindung läßt mannigfache Ausführungsmöglichkeiten zu. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines Ladegerates gemäß der Rrflndung, das nach dem erfindungsgemaßen Ladeverfahren arbeitet, mit den zum Verständnis wesentlichen Teilen teils schematisiert dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild und Fig. 2 ein teilweise schematisiertes Gesamtsohaltbild. The invention allows manifold implementation possibilities. In the Drawing is an embodiment of a charger according to the Rrflndung after the charging method according to the invention works, with the essentials for understanding Parts partly shown schematically, namely shows: FIG. 1 a block diagram and FIG. 2 shows a partially schematic overall picture.

An Hand des Blockschaltbildes nach Fig. 1 sollen zunächst das erfindungsgemäße Verfahren und der prinzipielle Aufbau des Gerätes erläutert werden. Wird an die Klemmen li, wie es durch die Pfeile angedeutet ist, eine aufzuladende Batterie 12 angeschlossen, wird sie zunächst entladen. Das Entladen erfolgt durch die parallel zu den Anschlußklemmen 11 geschaltete Belastung 14, die durch einen Schalter 13 an- und abschaltbar ist. Hierbei wird mit Hilfe eines Spannungssichters 15 laufend die verbliebena Spannung der Batterie 12 ilberprUft und bei Erreichen einer vorgegebenen Minimal spannung als Entladeschlußspannung der Schalter 13 in die Öffnungsstellung gesteuert und dadurch die Belastung 14 abo geschaltet. Beim Ansprechen des Spannungswächters tritt eine Selbsthalteschaltung 16 in Funktion, die verhindert, daß bei dem nachfolgenden, durch da8 Laden hervorgerufenen Spannungsanstieg ein Schließen des Schalters 13 und damit erneutes Anschalten der Belastung 14 erfolgt. Die Selbsthaltung wird erst gelöscht über die töscheinrichtung 17, wenn eine vollgeladene Batterie von den Klemmen 11 abgeschaltet wird, damit die dann anzuschaltende Batterie wieder zunächst entladen wird. With the aid of the block diagram according to FIG. 1, the invention should first Process and the basic structure of the device are explained. Will be sent to the Li terminals, as indicated by the arrows, a battery 12 to be charged connected, it is initially discharged. Unloading takes place through the parallel Load 14 connected to terminals 11, which is controlled by a switch 13 can be switched on and off. This is done continuously with the help of a voltage sifter 15 the remaining voltage of the battery 12 is checked and when a predetermined voltage is reached Minimum voltage as the final discharge voltage of the switch 13 in the open position controlled and thereby the load 14 switched off. When the voltage monitor responds a self-holding circuit 16 comes into operation, which prevents the following, the increase in voltage caused by the charging closes switch 13 and thus the load 14 is switched on again. The self-holding is only cleared via the extinguishing device 17 when a fully charged battery is disconnected from the terminals 11 is switched off so that the battery to be switched on is initially discharged again will.

Der Spannungswachter 15 steuert ferner den Ladevorgang, indem er ein Zeitwerk 18 anlaufen läßt, das durch einen Multi vibrator mit nachgeschalteten Zählern gebildet sein kann und das die Ladezeit bestimmt. Dieses Zeitwerk steuert bei Brreichen der vorgegebenen Ladezeit einen Speicher 19, der seinersetts das öffnen eines Schalters 20 steuert, über den der Ladestrom von einer aus dem Netzgerät 21 gespeisten Konstant-Stromquelle 22 zugeführt wird. Die Ausgangsinformation des Speichers 19 wird ferner dazu benutzt, eine beispielsweise als Anzeigelampe 23 ausgebildete Ladeschlußanzeige zu steuern. The voltage monitor 15 also controls the charging process by a timer 18 can start, the vibrator with a multi-downstream Counters can be formed and that determines the loading time. This Zeitwerk controls when reaching the predetermined loading time, a memory 19 which his setts the opening of a switch 20 controls via which the charging current from one of the Power supply 21 fed constant current source 22 is supplied. The output information of the memory 19 is also used, for example, as an indicator lamp 23 trained loading end display to control.

Um zu verhindern, daß bei Ausfall des Stromnetzes ein zu tiefes Entladen und/oder ein zu kurzes Laden erfolgt, ist ferner eine Netzausfall-Überwachungseinrichtung 24 vorgeschen, die einerseits für eine Abschaltung der Belastung und andererseits für ein Anhalten des Zeitwerks sorgt, welches bei Rückkehr der Netzspannung zurückgesetzt wird, wobei gleichzeitig eine erneute Anschaltung des Belastungswiderstandes erfolgt, d.h. es erfolgt nach Wiederkehr der Netzspannung grundsätzlich zuerst eine Entladung. To prevent a too deep discharge in the event of a power failure and / or the charging is too short, there is also a power failure monitoring device 24 before, on the one hand for a disconnection of the load and on the other hand stops the timer, which is reset when the mains voltage returns the load resistor is switched on again at the same time, i.e. after the mains voltage has been restored, there is always a discharge first.

Auch dann, wann eine beispielsweise aus Zeitmangel nur teilweise geladene Batterie von den Elemeen 11 abgeschaltet wird, wird über eine Entnahme-Kontrolle 25 für vorzeitige Batterieentnahme durch Eingriff auf den Zustand des Speichers 19 bewirkt, daß der neu anzuschließende Akkumulator zunächst ontladen wird. Even when one is only partially due to lack of time, for example The charged battery is switched off by the elements 11, via a removal control 25 for premature battery removal by interfering with the state of the memory 19 causes the accumulator to be newly connected to be initially charged.

In dem Gesamtschaltbild nach Fig. 2 sind, soweit möglich, für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1. Zur Speisung des gesamten Gerätes ist ein Netzteil 21 vorgesehen, der eine stabilisierte Spannung für das Zeitwerk 18 liefert, daß von einem astabilen Multivibrator 181 mit diesem nachgeschalteten Zähleinrichtungen 182, die aus beispielsweise drei Zähldekaden bestehen keinen, gebildet wird, An den Ausgang des Zählers 182 ist ein aus zwei NAND-Gattern gebildeter Speicher 19 angesch1ossen An dem einen Ausgang 191 liegt über einen Schalttransistor 231 die Ladeschlußlampe 23 und mit dem anderen Ausgang 192 ist ein Transistorschalter 20 verbunden, der die aus dem Setzgerät 21 gespeiste Konstantstromquelle 22 bei Erreichen der Ladezeit abschaltet. In the overall circuit diagram of FIG. 2, as far as possible, for the The same parts are given the same reference numerals as in FIG. 1. For the supply A power supply unit 21 is provided for the entire device and provides a stabilized voltage for the timer 18 supplies that of an astable multivibrator 181 with this downstream Counting devices 182 that consist of, for example, three counting decades do not At the output of the counter 182 is one formed from two NAND gates Memory 19 connected. One output 191 has a switching transistor 231 the end-of-charge lamp 23 and the other output 192 is a transistor switch 20 connected to the constant current source 22 fed from the setting device 21 When the charging time is reached.

Die beim Anschalten der zu ladenden Batterie 12 an die Anschlußklemmen 11 einzuschaltende Belastung bildet der Widerstand 14, der mit dem Transistor 141 in Reihe liegt. Der Spannungswächter 15, der dem Prinzip nach als ein Schwellwertschalter ausgebildet ist, umfaßt die beiden Dioden 151 und 152, die mit den Widerständen 153 und 154 in Reihe liegen, und die beiden Transitoren 155 und 156. Parallel zu dem Transistor 156 liegt die Selbsthalteschaltung 16 mit den Transistoren 161, 162 und 163, von denen letzterer beim Abklemmen einer voll geladenen Batterie und dem damit verbundenen Spannungirückgang über den Löschkreis 17 im Sinne einer Löschung der Selbsthaltung gesteuert wird. Während des Entladevorganges nach dem Anschalten einer neuen Batterie bleibt der Speicher gelöscht. Erst nach dem Umschalten des Spannungswächters 15 auf den Ladevorgang fängt der Zähler 182 an zu zählen und gibt seine Abschlußinformation an den Speicher 19, der den Ladestrom über den Schalter 20 abschaltet. Der Speicherzustand bleibt solange erhalten, bis eine neue Batterie angesohaltet wird. When you turn on the battery to be charged 12 to the terminals The load to be switched on is formed by the resistor 14 connected to the transistor 141 is in series. The voltage monitor 15, which works as a threshold switch is formed, comprises the two diodes 151 and 152, which with the resistors 153 and 154 are in series, and the two transistors 155 and 156. In parallel with the self-holding circuit 16 with the transistors 161, 162 is connected to the transistor 156 and 163, of which the latter when disconnecting a fully charged battery and the associated drop in voltage across the extinguishing circuit 17 in the sense of an extinction the self-holding is controlled. During the Discharge process after the memory remains cleared when a new battery is switched on. Only after When the voltage monitor 15 switches over to the charging process, the counter 182 begins to count and gives its completion information to the memory 19, which the charging current switches off via switch 20. The memory status is retained until a new battery is connected.

Claims

Expectations

Method for charging nickel ¢ CaRmium-Akkumulatorent characterized in, that first a discharge of the accumulator to be charged up to a predetermined one Final discharge voltage and - only then recharging with a constant Charging current is carried out during a prescribed charging time.

2. Device for charging Nioke1Cadmium accumulators with a the constant current source supplying the charging current, in particular for carrying out the Procedure according to. Claim i, characterized by as a burden on the to be charged Battery to switchable load resistors and a voltage monitor for a given End-of-discharge voltage which, when this voltage is reached or undershot, the Switching off the load and switching on the constant charging current Controls power source, which is combined with a timer, which after a predetermined time the charging current switches off or controls its switch-off.

3 device. according to claim 2, marked by in the event of a power failure effective devices for switching off the load for discharging and to stop the timer with, if necessary, a subsequent return.

Settlement when the mains voltage returns.

4, device according to claim 2 or 3, characterized by An and Disconnection elements for load resistors, a voltage monitor that controls them for the final discharge voltage which controls the switchover from discharging to charging a timer set in motion when the charging process is switched on for the constant current source.

5. Device according to one or more of claims 2 to 4, characterized characterized in that a multivibrator with downstream decimal counters is used as the timer and a memory connected downstream of this is provided, the output information of which the shutdown of the charging process triggers 0 L e r s e i t e