DE2223304C3 - Verfahren zur Ladung und Ermittlung der Beendigung der Ladung einer Akkumulatorenbatterie - Google Patents

Verfahren zur Ladung und Ermittlung der Beendigung der Ladung einer Akkumulatorenbatterie

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladung und Ermittlung der Beendigung der Ladung einer Akkumulatorenbatterie.
Bei den bekannten Verfahren zur Ladung von Akkumulatorenbatterien wird als Beendigung der Ladung insbesondere der Zustand ermittelt, in dem das Potential der Platten, insbesondere der negativen Platten, einen vorbestimmten Wert erreicht, der in Abhängigkeit von der Temperatur, der Bauweise, dem Alter und dem Betriebszustand der betreffenden Akkumulatorenbatterie variieren kann.
Bei derartigen Verfahren wird eine Bezugselektrode in den Elektrolyten der Batterie eingebracht oder mit diesem in Verbindung gebracht.
Für Batterien herkömmlicher Bauweise sind solche Verfahren durchaus geeignet; sie können jedoch keine Anwendung auf Batterie hermetisch geschlossener Bauweise finden.
Da im übrigen der Wert des Plattenpotentials,der der Beendigung der Ladung entspricht, den genannten Änderungen unterliegt, muß dieser Wert während eines jeden Ladevorganges ständig abgeglichen werden, wodurch beträchtliche Verluste an Zeit und Ansprechempfindlichkeit eintreten.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
Sie betrifft ein Verfahren zur Ladung und einfachen, genauen Ermittlung der Beendigung der Ladung einer Akkumulatorenbatterie, das einfach anzuwenden ist und eine große Zuverlässigkeit bietet.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ladung und Ermittlung der Beendigung der Ladung einer Akkumulatorenbatterie mit Hilfe eines Ladesignals, das eine periodische Änderung in Abhängigkeit von der Zeit aufweist, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Vorrichtungen die Änderungen zumindest des einen Parameters des nach Hindurchleitung durch die Batterie einer Änderung ausgesetzten, Ansprechsignal genannten Ladesignals ermittelt wird, das von der Impedanz der Batterie abhängig ist, wobei die Beendigung der Ladung durch eine merkliche Änderung des Ansprechsignals bestimmt wird.
Weitere Merkmale enthält die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Beispiels und der Zeichnung.
F i g. I zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 veranschaulicht die Merkmale eines; bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzten Signals sowie des sich ergebenden Ansprechsignals;
Fig.3 veranschaulicht die Änderung des Ansprechsignals der Batterie während der Ladung.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ladung und Ermitt-
lung der Beendigung der Ladung einer Batterie 1; diese Vorrichtung besteht aus einer Stromversorgung 2, die einen gepulsten Strom einer sehr niedrigen Remanenzfrequenz von 0,1 bis 0,01 Hz abgibt, wobei das Ansprechsignal der Batterie, in diesem Fall die Spannung, mit einem Voltmeter 3 mit niedriger Zeitkonstanten beobachtet und/oder mit einem Oszilloskop 4 aufgezeichnet wird.
Die Kurve A in F i g. 2 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit t die Stromstärke /des Ladesignals, das periodisch ι ο mit einer Remanenzfrequenz von etwa einigen Zehnteln bis einigen Hundertsteln Hz gepulst wird, wobei die Stromstärke zwischen einem positiven Wert /+ und einem negativen Wert /- (bzw. einem Null betragenden Wert) variiert, der 10 bis 20% des positiven Werts nicht übersteigt. Mit T+ bzw. 7*- ist im übrigen die Dauer der positiven bzw. negativen Phase des Signals bezeichnet, deren Werte gegebenenfalls gleich sein können.
Die Kurve 3 in F i g. 2 zeigt die dem Ansprechsignal V der Batterie in Abhängigkeit von der Zeit t während der Ladung entsprechende F' i, wobei die Amplitude des alternierenden Teils diese- Signals mit ν und dessen Mittelwert mit Vbezeichnet sind.
In F i g. 3 ist die Änderung des Ansprechsignals der Batterie während der Ladung, d. h. die Spannung V in Abhängigkeit von der Zeit t gezeigt
Aus dieser graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß die Amplitude ν des Ansprechsignals zunächst vom Ausgangspunkt bis zum Zeitpunkt 11 abnimmt; diese Abnahme entspricht bei Ladebeginn der Stabilisierung der Reaktionsgeschwindigkeit der Elektroden. Während der Ladung, d. h. im Zeitintervall f 1 bis / 2 behält die Amplitude ν einen im wesentlichen konstanten Wert bvi, während der mittlere Spannungswert V regelmäßig zunimmt
Vom Zeitpunkt i2 an ist zunächst eine verhältnismäßig schnelle Zunahme der Amplitude ν sowie des Mittelwerts V des Ansprechsignals und andererseits eine Änderung der Form des Signals festzustellen; diese erfolgt bis zum Zeitpunkt <3, in dem die Amplitude ν w einen Wert von etwa dem Doppelten des Ladewerts erreicht Dieser Bereich, der der Änderung der Impedanz des Elements in Verbindung mit der Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit der Elektrode entspricht, liegt vor dem Bereich einer merklichen Gasentwicklung, die vom Zeitpunkt f3 ab beginnt, wobei die Amplitude ν einen im wesentlichen konstanten Wert beibehält.
Der Ladevorgang kann somit zweckmäßigerweise im Zeitintervall 12 — 13 unterbrochen werden.
Die Änderung der Form des Ansprechsignals während der Ladung bzw. im Bereich der Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit der Elektrode ist visuell leicht Teststellbar; ve kann im übrigen durch Verlängerung der Lastsignaldauer T+ bzw. T- noch verstärkt werden.
Die Ladung der Batterie ist ebenfalls möglich durch einen Gleichstrom, der einem Sinusstrom sehr niedriger Frequenz von nicht mehr als 1 bis 10 Hz überlagert wird, wobei die Spannungsamplitude etwa einige Zehn bis einige Hundert mV beträgt; die Ermittlung kann mit einem Voltmeter mit niedriger Zeitkonstanten bzw. nach dem Lissagons-Verfahren erfolgen.
Es folgt die Beschreibung eines Anwendungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es erfolgt die Ladung einer hermetisch abgeschlossenen Batterie mit einer maximalen Kapazität von 4,8 Ah während etwa 4 bis 4,5 Stunden mittels eines mit einer Remanenzfrequenz von 0,05 Hz gepulsten Stroms bzw. Signals; dabei war der positive Wert der Stromstärke /+ gleich 2A und ihr negativer Wert gleich-Nuil.
Die Dauer der positiven Phasen bzw. der Nullphasen wurde mit T+ bzw. T- bezeichnet und gleich etwa 10 s gesetzt; die mittlere Stromstärke aetrug 1 A. Die Beendigung der Ladung wurde durch die schnelle Änderung der Amplitude ν des Ansprechsignals und durch dessen Formänderung ermittelt Zu diesem Zeitpunkt wurde der Ladestrom unterbrochen, da die Batterie eine Kapazität von 4 bis 4,5 Ah erreicht hatte.
Eine Ladung einer Batterie mit den gleichen Nennwerten wurde durchgeführt, jedoch mit einer Stromstärke von /+ von 8 A während nur 1 Stunde. Hierbei wurden ähnliche Ergebnisse erzielt
Die Messung der Änderung des Ansprechsignals kann bei einem gepulsten Ladestrom mit Hilfe eines Oszilloskops oder eines Voltmeters mit niedriger Zeitkonstanten erfolgen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sehr einfach automatisierbar; es genügt, der Vorrichtung beispielsweise ein Differentiaispannungsrelais zuzuordnen, das den Ladestrom unterbricht, wenn das Ansprechsignal eine Amplitude in der Größenordnung des 1,3- bis 2fachen der Amplitude bei Normalladung erreicht hat
Das erfindungsgemäße Verfahren, das zu seiner Durchführung die Änderung der Reaktionsgeschwindigkeit der Elektroden und nicht die Kennwerte, wie Aufbau, Zusammensetzung der Elektroden usw. verwendet, ermöglicht somit sehr einfach die Ermittlung der Beendigung der Ladung einer insbesondere hermetisch verschlossenen Akkumulatorenbatterie.
Durch das gepulste Signal wird die Ladeleistung noch verstärkt und gleichzeitig deren Zeitdauer infolge der bei Impulsbetrieb zulässigen hohen Ladestromstärken verringert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zu" /.nv/endung bei der Akkumulatorenfertigung geeignet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche;
1. Verfahren zur Ladung und Ermittlung der Beendigung der Ladung einer Akkumulatorenbatterie mit Hilfe eines Ladesignals, das eine periodische Änderung in Abhängigkeit von der Zeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Vorrichtungen (3,4) die Änderungen zumindest der Amplitude ν oder der Stromstärke / des nach Hindurchleitung durch die Batterie (1) einer Änderung ausgesetzten, Ansprechsignal f V^ genannten Ladesignals ermittelt wird, das von der Impedanz der Batterie abhängig ist, wobei die Beendigung der Ladung durch eine merkliche Änderung des Ansprechsignals (V) bestimmt wird. ι5
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladesignal zwei Komponenten aufweist, nämlich eine erste Gleichstromkomponente und eine zweite im wesentlichen sinusförmige Komponente einer bedeutend geringeren Amplitude und sehr niedriger Frequenz.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Frequenz im wesentlichen maximal 10 Hz beträgt
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladesignal e.ne einzige Komponente aufweist, die zeitlich mit einer sehr niedrigen Remanenzfrequenz (T+, T~) periodisch gepulst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Remanenzfrequenz (T+, T-) im wesentlichen 0,1 bis 0,01 Hz bei/igt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Amplitude (I+) des Ladesignals einen im wesentlichen höheren Wert als ^5 dessen negative Amplitude hat,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Mittelwerts (V) des Ansprechsignals (V) der Batterie (1) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Amplitude (V) des alternierenden Teils des Ansprechsignals /VJder Batterie (1) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Anspruchs 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Form des alternierenden Teils des Ansprechsignals f VJder Batterie (1) ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechsignal (V) die Spannung der Batterie (1) und das Ladesignal die Stromstärke ^darstellt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechsignal die Stromstärke (I) der Batterie (1) und das Ladesignal die Spannung ^darstellt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechsignal (V) der Batterie (1) mit einem Galvanometer mit niedriger Zeitkonstanten (3) gemessen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansprechsignal (V) der Batterie (1) mit einem Oszilloskop (4) gemessen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladesignal (V) durch ein Differentialrelais automatisch unterbrochen wird.
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