DE2400090C3

DE2400090C3 -

Info

Publication number: DE2400090C3
Application number: DE2400090A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6239 Fischbach Knierim; Gerhard 6230 Frankfurt Schmitt
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1974-01-02
Publication date: 1978-11-16
Also published as: BG24825A3; CA1026427A; DE2400090A1; SU528047A3; US3938019A; BR7410706D0; NL7416697A; DE2400090B2; AT337312B; FR2256552A1; SE391085B; YU351874A; GB1474137A; FR2256552B3; ATA844274A; SE7414233L; RO72627A

Description

so

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Akkumulatoren-Batterie mit Konstantstrom, bei dem jeweils bei Erreichen einer vorgegebenen Ladespannung der Ladestrom abgeschaltet wird und bei dem beim Absinken der in den Ladepausen gemessenen Batterie-Ruhespannung unter eine vorgegebene Referenzspannung der Ladestrom wieder eingeschaltet wird, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE-OS 15 88 540 ist bereits ein Batterieladegerät bekannt, bei dem bei Annäherung an die Volladungsspannung der Batterie der von der Gleichrichterschaltung erzeugte Gleichstrom ständig an- und abgeschaltet wird in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie. Bei diesem Ladegerät sind zwei Kippschaltungen vorgesehen, von denen die erste die obere Spannungsschwelle beim Batterieladen kontrolliert, während die zweite die untere Spannungsbegrenzung beim Entladen übernimmt Ein solches Ladegerät bringt jedoch nur eine geringfügige Verkürzung der Ladezeit

Eine weitere Schaltungsanordnung zum Laden einer Batterie ist aus der DE-OS 20 61 294 bekannt Während einer ersten Ladephase wird die Batterie mit Konstantstrom geladen, bis die Gasungsspannung der Batterie erreicht wird. In dieser Phase ist lediglich ein Stromregler im Eingriff. Anschließend wird die Batterie während einer Erhaltungsladephase mit Stromimpulsen konstanter Amplitude geladen, wobei ein Spannungsregler mit niedriger Taktfrequenz den Stromregler überlagert Als verhältnismäßig aufwendig erweist sich nach dieser DE-OS der Einsatz zweier Regler. Der Spannungsregler berücksichtigt lediglich vorgegebene Grenzwerte; eine Kontrolle des zeitlichen Verlaufs der Batterieklemmenspannung ist nicht vorgesehen.

Aus der US-PS 37 00 997 ist ein Verfahren zum Schnelladen von Batterien bekannt Während eines ersten festen vorgegebenen Zeitraums wird die Batterie mit hohem Strom geladen. Nach Unterbrechung des Ladestroms wird in einem zweiten fest vorgegebenen Zeitraum geprüft ob die Batteriespannung auf einen vorbestimmten Spannungswert herabsinkt; in einem solchen Fall wird wiederum ein Ladestrom-Impuls vorgegebener Dauer zugeführt. Die Strompulsladung wird abgeschaltet, wenn die Ruhespannung während der vorgegebenen Ladepause die Referenzspannung nicht mehr unterschreitet. Da die Hochstromladung jeweils für einen vorgegebenen Zeitraum durchgeführt wird, ist eine Kontrolle der Batteriespannung während der Ladestromzufuhr nicht möglich. Dies kann unter Umständen zur Überladung der Batterie führen.

Die GB-PS 10 02 760 beschreibt eine am Wechselstromnetz betriebene Ladevorrichtung für Batterien, bei der die Batterieklemmenspannung mit einer Referenzspannung verglichen wird. Bei Erreichen einer vorgegebenen Spannung wird die Wechselstromversorgung unterbrochen. Der Wechselstrom wird zusätzlich durch einen Strombegrenzer kontrolliert. Die Klemmenspannung dient der Batterie zur Steuerung des Ladestroms. Eine Prüfung des zeitlichen Verlaufes der Klemmenspannung ist jedoch nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Laden von Akkumulatoren zu entwickeln, das es ermöglicht, Akkumulatoren innerhalb sehr kurzer Zeit aufzuladen, ohne daß ein nennenswerter Wasserverlust durch Gasentwicklung in Kauf genommen werden muß.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die nach der ersten Ladepause auftretende Abschaltung des Ladestromes jeweils um eine Nachladezeit konstanter einstellbarer Dauer verzögert wird und daß in den Ladepausen der Abfall der Batterie-Ruhespannung innerhalb einer vorgegebenen Meßzeit geprüft wird.

Nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe eines an den Akkumulator angeschlossenen Schwellenwertschalters bei Erreichen eines vorgegebenen Spannungswertes die Machladezeit über die positive Umschaltflanke des Ausgangssignals des Schwellenwertschalters eingeschaltet. Nach Ablauf der Nachladezeit wird der Ladeimpuls abgeschaltet, und bei Absinken der Ruhespannung des Akkumulators auf den unteren Grenzwert eines als Schwellenwertschalter arbeitenden Schmitt-Triggers schaltet dieser durch, und über die negative Umschaltflanke des Ausgangssignals des Schmitt-Triggers werden ein Pausenintervall und die

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Meßzeit eingeschaltet Während der Meßzeit wird über einen zweiten mit dem Akkumulator verbundenen Schmitt-Trigger die Ruhespannung des Akkumulators mit der durch den unteren Grenzwert des zweiten Schmitt-Triggers gebildeten Referenzspannung verglichen. Das Ausgangssignal dieses Schwellenwertschalters bereitet den nächsten Ladeimpuls vor.

Im folgenden wird anhand der Fig. 1 bis 4 das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

In F i g. 1 ist der Spannungsverlauf einer Batterie über der Zeit bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt

Aus der F i g. 2a bzw. 2b ist die Batteriespannung über der Zeit zu Beginn der zweiten Ladephase bzw. zu Ende der zweiten Ladepbase aufgezeichnet

In F i g. 3 ist der Spannungsverlauf in den Ladepausen aufgezeichnet, während in F i g. 4 das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes näher dargestellt ist

Die Ladung besteht aus zwei Ladephasen, der Starkladephase und der Impulsladephase (Fig. 1). Während der Starkladephase wird die Batterie mit einem Konstantstrom von z.B. 100A geladen, bis die Batteriespannung Punkt C erreicht hat Die Batteriespannung besitzt hier den Wert Ui. Nun wird, beispielsweise elektronisch, auf die Impulsladephase umgeschaltet Bei dieser Phase wird erfindungsgemäß mit Konstantstrom-Ladeimpulsen von z.B. 100A geladen. Bis zum Erreichen des Volladezustandes steigt die Batteriespannung während der Ladezeit frei, in den Ladepausen entsprechend Fig.3 von Punkt A nach Punkt B an. Gemäß den Fig.2a und 2b steigt die Batteriespannung bei den Ladeimpulsen an und erreicht Ui im Punkt D; während der nun folgenden Nachladezeit ti kann die Batteriespannung frei ansteigen. Diese Nachladezeit il hat eine erhebliche Verkürzung zur Folge. Die optimale Einstellung der Nachladezeit wird zweckmäßigerweise an jeden Batterietyp angepaßt. Die Nachladezeit il ist u.a. vom inneren Widerstand des betreffenden Akkumulators abhängig. Als sehr günstig hat sich eine Zeit von 0,5 bis 3 see bewährt. Wird für die Nachladezeit ein innerhalb dieses Bereiches liegender Wert gewählt, so bleibt der Wasserverlust innerhalb vertretbarer Grenzen, während eine Verkürzung der Ladezwit von etwa 30% gegenüber herkömmlichen Verfahren auftritt.

Zu Beginn der Impulsladung fällt die Batteriespannung während der Meßzeit f3 deutlich unter LB ab (Punkt A in Fig.2a, 2b). Durch den Anstieg der Säuredichte mit zunehmender Ladezeit steigt auch die Ruhespannung der Batterie in aufeinanderfolgenden Ladepausen an und unterschreitet im Punkt B (Fig. 1 und 2) während der Meßzeit ö die Referenzspannung s Ui nicht mehr. In diesem Fall wird der Ladestrom unterbrochen.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Ladesteuerung ergibt sich aus dem in Fi g. 4 dargestellten Blockschaltbild.

ίο Nach Anlegen der Batteriespannung an die Steuereinheit und Drücken der Taste / beginnt die Batterieladung. Die Steuerung des mit den Batterieklemmen verbundenen Leistungsteils LT erfolgt über das Steuerungsteil STL Die Batteriespannung steigt bis zum Erreichen des oberen Grenzwertes von Schmitt-Trigger STi; nach Umschaltung erscheint ein positives Potential an seinem Ausgang. Mit der positiven Umschaltflanke wird die Nachladezeit il eingeschaltet die Batteriespannung steigt in dieser Zeit weiter an.

Nach Ablauf der Nachladezeit ti wird die Ladung unterbrochen, die Batteriespannung sinkt ab.

Bei Erreichen des unteren Grenzwertes Ul von Schmitt-Trigger STi schaltet dieser an seinem Ausgang nach Minus. Die negative Umschaltflanke steuert das Pausenintervall Ö sowie die Meßzeit ö an, wobei die Meßzeit f3 beispielsweise ca. 66% des Pausenintervalls ß betragen kann. Wird während der Meßzeit Q die aus Schmitt-Trigger S72 gebildete Referenzspannung Ui unterschritten, wird der Ladestrom nach Ablauf der Pausen wieder eingeschaltet.

Im Volladezustand der Batterie wird die Referenzspannung LQ von Schmitt-Trigger 572 während der Meßzeit ti von der Batteriespannung nicht mehr unterschritten, wodurch nach Ablauf des Pausenintervalls (2 die Batterieladung automatisch abgeschaltet wird.

Um ein sicheres Volladen der Batterie zu gewährleisten, werden erfindungsgemäß mit einer Meßimpulssperre SP die ersten vier Meßzeiten nach Beendigung der Starkladephase gesperrt, da in dieser Zeit die Batteriespannung infolge elektrolytischer Ausgleichsvorgänge einen anderen zeitlichen Verlauf nach Abschalten des Ladestromes annimmt, als bei der weiteren Pulsladung.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei geeigneter Wahl der Nachladezeit eine Ladezeitverkürzung gegenüber herkömmlichen Verfahren von etwa 30% erreichen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 24 OO

1. Verfahren zum Laden einer Akkumulatoren-Batterie roH Konstantstrom, bei dem jeweils bei Erreichen einer vorgegebenen Ladespannung der Ladestrom abgeschaltet wird und bei dem beim Absinken der in den Ladepausen gemessenen Batterie-Ruhespannung unter eine vorgegebene Referenzspannung der Ladestrom wieder eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, ·<· daß die nach der ersten Ladepause auftretende Abschaltung des Ladestrom jeweils um eine Nachladezeit ((1) konstanter einstellbarer Dauer verzögert wird und daß in den Ladepausen der Abfall der Batterie-Ruhespannung innerhalb einer vorgegebenen Meßzeit (Ö) geprüft wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen ersten, die Batterieklemmenspannung überwachenden Schwellenwertschalter (STl) mit dem Batterietyp festgelegter Schalthysterese einerseits das erste Zeitglied (Ti) zur von seiner Laufzeit als Nachladezeit (ti) festgelegten Ladeimpulsbreitensteuerung und andererseits das zweite und das dritte von der negativen Umschaltflanke des ersten Schwellenwertschalters (STl) gesteuerte Zeitglied angeschlossen sind, daß bei dem zweiten Zeitglied (72) die Laufzeit (ti) als Pausenintervall größer als die zur Batteriespannungsmessung dienende Meßzeit (Q) des dritten Zeitgliedes (73) ist, daß der zweite vom Ablauf des dritten Zeitgliedes (73) freigegebene Schwellenwertschalter (ST2), dessen Schwellenspannung unter der unteren Schwellenspannung der Schalthysterese des ersten Schwellenwertschalters (STl) festgelegt ist, an die Batterie angeschlossen ist und daß bei Unterschreiten der Batterieklemmenspannung gegenüber der Schwellenwertspannung (Ui) des zweiten Schwellenwertschalters (STl) während der Meßzeit (Q) des dritten Zeitgliedes die Folgeimpulsladung nach ■"> Ablauf des Pausenintervalls (U) durch den ersten Schwellenwertschalter (STl) auslösbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem dritten Zeitglied (TS) vorgeschaltete Meßsperrstufe (SP) zur Unterdrük- *5 kung der ersten vier Schwellenspannungsüberwachungen des zweiten Schwellenwertschalters (STl) vorgesehen ist