DE2333134A1 - Verfahren zur ueberwachung von akkumulatoren bei der ladung - Google Patents

Description

Reg. Nr. CP 231 G-BT 25. Jrmi 197?

Ksr/gk

OEAG Licht- und Stroraversorgungstechnik GmbH 477 Soest/Vestfalen, Senator-Schwarz-Ring 26

GES Gesellschaft für Elektrischen Straßenverkehr rabH 4000 Düsseldorf, Tersteegenstr. 77

Verfahren zur Überwachung von Akkumulatoren bei der Ladung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Akkumulatoren bei der Ladung.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Ladeverfahren, die nach einer TU-Kenr-.linie oder davon abgeleiteten Kennlinien wie IUI, IUI a usw. arbeiten.

Zum Schutz von Akkumulatoren während der Aufladung Bind verschiedene Naßnahmen bekannt. TIm Überströme im Ladoptrom-kreis zu vermeiden, die infolge von partiellen Kurzschlüssen des Akkumulators oder Defekten im Ladegerät auftreten können, wird" häufig in diesem Stromkreis eine Schmelzsicherung vorgesehen. Auch Zeitsehaltwerke, die den Aufladevorgang in bekannter Welse zeitlich begrenzen,sind als Einrichtungen zum Schutz des Akkumulators während der Aufladung anzusehen» (PT-OS 2.106.803). Andere Vorschläge zur Überwachung der Aufladung basieren auf den thermischen Vorgänger, im Akkumulator und erfassen als Üb^rvrpclmrigskriter die Zellentemperatur (DT-PS 868 466). Nach einem, weiteren Überwachungsverfahren (DT-AS 1.413,767) wird die Tendenz des Ladestromes erfaßt xmd die Ladung unterbrochen, wenn der

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Ladestrom ein Minimum durchlaufen hat. Diese bekannten Maß nahmen bewirken zwar einen bedingten Schutz des zu ladenden Akkumulators gegen Überströme oder Überladung, sind aber nicht geeignet, einen vollständigen Schutz des Akkumulators während des gesamten Verlaufs der Ladung zu gewähren. Die thermische Überwachung ist insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen nicht praktikabel.

Bei vielen Anwendungsfällen von Akkumulatoren ist es aber erforderlich, einen möglichst weitgehenden Schutz gegen Überlastung oder Zerstörung des Akkumulators zu erreichen, sei es in Anlagen mit großen und teuren Akkumulatoren, sei es in Anlagen, in denen eine dauernde Betriebsbereitschaft der Ersatzstromquelle gefordert wird, nüne solche dauernde Überwachung der Akkumulatoren ist insbesondere auch bei Elektrostraßenfahrzeugen notwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Über— wachungsverfahren zu entwickeln, das einen vollständigen Schutz des Akkumulators während seiner Aufladung ergibt ■ und sich mit vertretbarem Aufwand realisieren läßt.

Diese Aufgabe wird gewäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die für die aufeinanderfolgenden Ladephasen jeweils kritischen Größen mit den Sollwerten von Referenzgrößen verglichen v/erden und daß bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte der Abweichungen von diesen Sollwerten eine Schaltvorrichtung betätigt wird, die den Ladevorg?ng unterbricht, wobei in der Anfangsladephase der Ladestro™ kontinuierlich über eine stroTie^pf Endliche Schaltvorrichtung überwacht wird, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes den Ladestromkreis unterbricht, in der zweiten Ladephase die Spannung kontinuierlich mittels eines spannungsempfindlicheri Grenzwertschalters überwacht wird, der bei Überschreiter eines vorgegebenen Grenzwertes das netzseitige Abschalten des Ladegerätes bewirkt und pe^en Ende der zweiten

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Ladephase hei Unterschreiten eines vorgegebenen Stromgrenzwertes oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit von Spannungsüberwachung auf Stromüberwachung umgeschaltet wird und nach diesem UniHohaltvorgang der Ladestrom kontinuierlich mittels einer Strommeßeinrichtung und eines Grenzwert schalters überwacht wird, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes das netzseitige Abschalten des ladegerätes bewirkt.

T)e.T Erfindung liegt somit das Prinzip zugrimde, daß die für die aufeinander-folgenden Ladephasen jeweils kritischen Größen mit den Sollwerten von Referentgrößen verglichen werden und daß bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte der Abweichungen von diesen Sollwerten eine Schaltvorrichtung getätigt wird, die den Ladevorgang unterbricht.

Eine übliche IIT-Ladekennlini e ist in Pigiir 1 dargestellt, in die der für den Akkumulator gefährliche Bereich A eingetragen ist: Einerseits Liegt dieser Bereich bei zu großen Ladeströmen χιπά andererseits bei zu hohen Lade spannungen. Per normale Verlauf einer Akkumulatorlaöung an einem Ladegerät mit lU-Kennlinie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator in der Anfangsphase der Ladung mit konstantem Strom gelladen wird und dann in der zweiten Phase mit konstanter Spannung, wobei der Strom axif kleinere Vierte sinkt, bis schließ]ich nach einer gewissen Zeit in der Endphase der praktisch konstante Erhaltungsladestroin fließt. Dieser Ladeverlauf ist in Figur 2 dargestellt.

Bei einem solchen Ladeverfahren sind im Verlauf der Ladung folgende Größen zu überwachen:

a) Der Anfangsladestrom, der zu Beginn der Aufladung fließt

b) Die Konstantladespannung, die in der zweiten Phase der Aufladung ansteht

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c) Der Iadestrora in der Endphase der Aufladung, nachdem durch Abfrage des Ladestromes oder nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit auf Stromüberwachung umgeschaltet worden ist.

Eine zu dieser Überwachung geeignete Schaltungsanordnung ist in Figur 3 dargestellt. Der Schutz des Akkumulators gegen überhöhten Anfangsladeetrom erfolgt durch eine stromempfindliche Schaltvorrichtung 3» z.B. eine an den Ladestromkreis angepaßte Sicherung. Die Ladespannung wird durch einen Grenzwertmelder 7 überwacht. Im Fehlerfall in der zweiten Ladephase greift der Grenzweltmelder 7 in die Einschaltvorrichtung 15 ein und bewirkt das netzseitige Abschalten des Ladegerätes. Nach Beendigung der zweiten Ladephase wird der Ladestrom durch den Grenzwertmelder 8 überwacht, der erst nach Unterschreiten eines bestimmten Stromwertes oder, falls der Ladestrom nicht sinkt, nach Ablauf einer bestimmten Zeit auf die Einschaltvorrichtung 15 einwirken kann. Diese Zeit ist so festgelegt, daß unabhängig davon»ob der Akkumulator gänzlich oder nur teilweise entladen war, bei normalem, ungestörten Verlauf der Aufladung nach dieser Zeit der Ladestrom unter die Ansprechschwelle des Grenzwertschalters 9 gesunken ist.

Das Ladegerät 1 ist eingangsseitig über das Schütz ?. mit dem Wechselstrom- oder Dreh stromnetz verbunden. Tm Ausgangsstror!- kreis des Ia de gesätes 1 liegt die stro^eirvofindlicbe Schaltvorrichtung 3 und eine Stromneßeinrichtung 4 (Shunt oder Gleichstromwandler). An die beiden zum Anschluß des Akkumulators dienenden Klemmen 5 und 6 ist der Spannungsteiler 16 und an diesen ein Grenzwertmelder 7 für die Ladespannung angeschüessen. An die Strommeßeinrichtung sind zwei Grenzwertmelder 8 und 9 für den Ladestrom mit unterschiedlichen Anspreohfchwellen angeschlossen. Der Grenzwertmelder 7 und der Grenzweltmelder 9 sind an die Eingänge eirier Umschalteinrichtung 10 angeschlossen. Die Umschalteinricbtung 10 wird durch

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dap Ausgangssignal des ODER-Gliedes 11 betätigt, an dessen einem Eingang der Grenzwertmelder 8 angeschlossen ist und an dessen anderem Eingang der Zeitgeber 12 angeschlossen ist. Der Ausgang der Umsehalteinrichtung 10 ist mit der Schalteinrichtung 13 verbunden, die einerseits auf die StÖrmeldevorrichtung 14 (Lampe) einwirkt und andererseits auf die Einschaltvorrichtung 15 für da.? Einschaltschütz 2.

Die Arbeitsv/eiae dieser Überwachungseinrichtung ergibt durch das Erfassen mehrerer Überwachungkriterien einen nahezu vollkommenen Schutz des zu ladenden Akkumulators beim Auftreten von Fehlerfällen im Ladestromkreis. Mit dem Einschalten des Ladegerätes über das Schütz 2 beginnt die Aufladung imd auch die Zeitmessung des Zeitgebers 12. Im Anfangsstadium der Ladung, in dem die Strombegrenzung des Ladegerätes die Höhe des Ladestromes bestimmt, ist ein denkbarer Fehlerfall das Versagen des Stromregelkreises mit der Folge eines überhöhten Ladestromes. Tn diesem Fall kann der Akkumulator nur durch das Unterbrechen des Ladestromkreises mittels der stromerapfindlichen Schaltvorrichtung 3 vor Beschädigung geschützt werden.

Bei ungestörtem Verlauf dieser Ladephase tritt nach einer gewissen Zeit das bei Ladung mit IU-Kenhlinien typische Absinken des Ladestromes unter den durch die Strombegrenzung gegebenen Wert ein. Tn dieser zweiten Ladephase, in der die Lpc3ung mit konstanter Ladespannung weitergeführt wird, kann der FehlerfalJ durch Versagen des Spannungsregelkreises eintreten mit der Folge eines überhöhten Ladestromes. Ein weiterer Fehlerfall kann durch zu hohe Temperatur des Akkumulators oder auch durch defekt werdende Zellen eintreten, beides mit der Folge, daß der Ladestrom überhaupt nich abkHingt oder der anfänglich abklingende Ladestrom wieder ansteigt. Im ersten Fall wird der Akkumulator dadurch geschützt, daß das Ladegerät vom Netz abgetrennt wird. Dieser Schaltvorgang wird durch eine Störmeldung des Grenzwertmelders 7 ausgelöst,

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Ausgangssignal über die Umschalteinrichtung 10 die Schalteinrichtung 13 gelangt und das Abschalten des Eingangssehützes 2 bewirkt. Im zweiten Fall wird der Akkumulator dadurch geschützt, daß nach Ablauf der am Zeitgeber 12 eingestellten Zeit über das ODER-Glied 11 die ^schalteinrichtung 10 betätigt wird und damit der Ausgang des Grenzwertmelders 8 mit der Schalteinrichtung 13 verbunden wird. Durch eine Störmeldung des Grenzwertmelder 8 wird dann die Schalteinrichtung 13 betätigt, die das Abschalten des Eingangsschütres bewirkt.

Verläuft jedoch die zweite Ladephase ungestört mit absinkendem Ladestrom und unterschreitet der Ladestrom die Schaltsehwelle des Grenzwertmelder 9? so wird von Spannungsüberwachung auf Stromüberwachung umgeschaltet. Über das ODER-Glied 11 wird die Umschalteinrichtung 10 betätigt und von der. Grenzwertmelder 7 auf den Grenzwertmelder 9 umgeschaltet. In diesem Schaltzustand wird nun die Endphase der Aufladung überwacht. Sollte der Ladestrom .infolge eines Fehlerfalles im Ladegerät oder am Akkumulator über die Schaltschwelle des Grenzwertmelders 8 steigen, so wird wiederum die Abschaltung des Schützes 2 und die Störmeldung ausgelöst.

Auch bei Ladekennlinien, die aus der IU-Kennlinie abgeleitet sind, läßt sich das Überwachungsverfahren nach der Erfindung ohne Änderung anwenden. Bei der IUI- und lUIa-Kennlinie ist die Ladeendphase durch die Ladimg mit konstantem, eingeprägteu. Strom gekennzeichnet. Man wird hierbei lediglich beachten, daß die Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 8 geringfügig höher liegen muß als der Wert, auf den die Strombegrenzung für die Fndladephase eingestellt ist. Bei anderen Abwandlungen der IU-Kennlinie, wie z.B. bei der IUIU-Kennlinie, wird man das Überwachungsverfahren ebenfalls in der beschriebenen Form anwenden und wieder in der Endphase der Ladung, in der bei dieser Kennlinie mit konstanter Spannung geladen v/ird, den Ladestrom überwachen.

- Patentansprüche -409884/0647

Claims (4)

Patentansprüche

1) ^erfahren zur Überwachung von Akkumulatoren "bei der Ladung, dadurch gekennzeichnet, daß die für die aufeinanderfolgenden Ladephasen jeweils kritischen Größen mit den Sollwerten von Referenzgrößen verglichen weruen und daß bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte der Abweichungen vor diesen Sollwerten eine Schaltvorrichtung betätigt wird, die den Ladevorgang unterbricht, wobei in der Anfangsladephase der Ladestrom kontinuierlich über eine stromempfindliche Schaltvorrichtung (3) überwacht wird, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes den Ladestromkreis unterbricht, in der zweiten Ladephase die Spannung kontinuierlich mittels eines spannungsempfindlichen Grenzwertschalters (7) überwacht wird, der "bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes das netzseitige Abschalten des Ladegerätes bewirkt und gegen Ende der zweiten Ladephase bei Unterschreiten eines vorgegebenen Stroirgrenzwertes oder nach Ablauf einer bestimmten Zeit von Spanrmr-gsüberwaehung auf Stromüberwachung umgeschaltet wird und nach diesem ^TJT?schpltvoT"gpng der Ladestrom kontinuierlich mittels einer Stromweßeinrichtung (A) und eines Grenzwertschalters (8) überwacht wird, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes das netzseitige Abschalten des Ladegerätes bewirkt.

?) Schaltung?.?^ Ordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenr- zeiche et. daß zur Überwachung der Anfan^slader^ase als stroTP.enpfEndliche Schaltvorrichtung (3) eine Scheel 3sieherung vorgesehen ist, daß die Vorrichtung p.ur Überwachung in der zweiten Ladephase einen Spannungsteiler (16) am Ausgang des Ladegerätes enthält, der an den Eingang des Grenzwertmelder (7) angeschlossen ist und daß im Ladestromkreis als Strommeßeinrichtung (4) ein Shunt oder Glei ohstrowar>dl er liegt, der an den "Eingang der Grei'rvwertsehfltp-r (B) ivnä (9) ρ r> ge schloss en iRt.

3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Zeitgebers (12) mit dem Eingang eines ODER-Gliedes (11) verbunden ist, dessen anderer Eingang mit dem Grenzwertmelder (9) verbunden ist und daß der Ausgang des ODER-Gliedes (11) mit dem Steuereingang einer Umschaltvorrichtung (10) verbunden ist.

4) Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Grenzwertmelder (7) und (8) mit der Umschalteinrichtung (10) verbunden sind, und der Ausgang der Umsehalteinrichtung (10) mit einer Schalteinrichtung (13) verbunden ist, die mit der Störmeldevorrichtung (14) und mit der Einschaltvorrichtung (15) verbunden ist.

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