DE2442135B2 - Vorrichtung zum warten eines akkumulators - Google Patents

Description

8 Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schmitt-Trigger (20) und der Signalempfänger (19) zusätzlich einerseits an ein zweites UND-Glied (21) mit invertierendem Eingang und andererseits an ein drittes UND-Glied (26), welches über ein nachgeschaltetes fünftes Zeil· glied (27) mit einem an den dritten Schmitt-Trigger (20) angeschlossenen vierten UND-Glied (28) verbunden ist, angeschlossen sind und daß der Ausgang des zweiten (21) und des vierten UND-Gliedes (28) mit den Eingängen eines ODER-Gliedes (29) mit nachgeschalteter Betriebsbereitschaftsanzeige (22) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsbereitschaftsanzeiger (22) eine Löschungseinrichtung (30, 31) aus einem invertierenden Baustein (30) zugeordnet ist, welcher an ein zwischen dem dritten UND-Glied (26) sowie dem fünften Zeitglied (27) liegendes zweites Speicherglied (31) angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Warten eines Akkumulators mit flüssigem Elektrolyten, insbesondere eines Blei-Säure-Akkumulators eines Elektrofahrzeuges, bestehend aus einem an den Akkumulator anschließbaren elektrischen Ladegerät und einer ein Wasserauslaßventil aufweisenden Wassernachfülleinrichtung zum Nachfüllen von Wasser in die Zellen des Akkumulators.

Es ist bekannt, Akkumulatoren zur Wiederherstellung ihrer Nennkapazität von Zeit zu Zeit einer sogenannten elektrischen Volladung zu unterziehen. Hierunter versteht man einen Ladevorgang, bei dem nach dem üblichen Nachladen eine Ladung mit einer Spannung oberhalb der Gasungsspannung und mit konstantem Strom erfolgt, bis Säuredichte und Spannung sich nicht mehr ändern. Wird ein Akkumulator zu früh einer elektrischen Volladung zugeführt, so wird er überladen und die Wasserverluste steigen. Eine zu späte Volladung führt zu einer Verminderung der Speicherfähigkeit des Akkumulators. Darüber hinaus bewirken beide Maßnahmen regelmäßig eine Verkürzung der Lebensdauer des Akkumulators.

Ebenfalls bekannt ist es, Akkumulatoren von Zeit zu Zeit einer Elektrolytfüllstandskontrolle zu unterziehen und dabei, soweit erforderlich, deren Zellen mit Wasser aufzufüllen. Dieses Wassernachfüllen wird am besten während einer Volladung in der Gasungsphase eines Akkumulators vorgenommen. Ein vorzeitiges Wassernachfüllen vor Erreichen der Gasungsphase führt in der Regel zum Überlaufen der Akkumulatorzellen und erfordert deshalb eine Reinigung des Akkumulators. Ein zu spätes Wassernachfüllen, d. h. nach der Gasungsphase, führt zu einer Säuredichtenschichtung in den Zellen und ebenfalls zu einer Lebensdauerverkürzung des Akkumulators, wenn die Säuredichtenschichtung nicht nachträglich durch zusätzliche elektrische Ladevorgänge beseitigt wird.

Bei aus der Praxis bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Gattung ist das Ladegerät von der Wassernachfülleinrichtung technisch unabhängig. Ein entsprechend obigem optimaler Wartungszyklus mit

Volladung bzw. Überprüfung des Elektrolytstandes ist mit diesen Vorrichtungen nicht möglich, weil die Erfassung der hierzu notwendigen Parameter fehlt. In der Praxis begnügt man sich daher mit zeitlich mehr oder weniger konstanten Wartungsintervallen und nimmt man die damit verbundene Lebensdauerverkürzung der Akkumulatoren sowie den hohen Wartungsaufwand in Kauf. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die bei geringst möglichem Wartungsaufwand eine höchst mögliche Lebensdauer des Akkumulators sicherstellt.

Die Erfindung besteht darin, daß der Akkumulator mit einem einen Wartungszustand des Akkumulators signalisierenden Überwachungsgerät versehen ist und daß das Ladegerät sowie das Wasserauslaßventil an eine mit dem Überwachungsgerät !".uppelbare Steuereinrichtung angeschlossen sind, wobei die Steuereinrichtung bei vom Überwachungsgerät signalisiertem Wariungszustand eine Volladung des Akkumulators auslöst und während der Volladung in der Gasungsphase des Akkumulators das Wasserauslaßventil öffnet.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind also das Ladegerät, das Überwachungsgerät und die Wassernachfülleinrichtung im Sinne einer Kombination miteinander verschmolzen, da die elektrische Volladung und die Betätigung der Wassernachfülleinrichtung in Abhängigkeit vom Ladevorgang durch die Steuereinrichtung gesteuert werden und die Auslösung der Steuereinrichtung durch das Überwachungsgerät des Akkumulators erfolgt und zwar nur dann, wenn das Überwachungsgerät einen Wartungszustand signalisiert.

Unter »Wartungszustand« wird dabei ein vorgegebener Ladezustand des Akkumulators und/oder ein zu niedriger Elektrolytstand im Akkumulator verstanden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß eine Vorrichtung geschaffen ist, bei der die Wartung eines Akkumulators so automatisiert ist, daß eine erhebliche Verlängerung der Akkumulatorlebensdauer und eine beachtliche Reduzierung des personellen Wartungsaufwandes gegeben sind.

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten.

Zur Kuppelbarkeit des Überwachungsgerätes mit der Steuereinrichtung weist vorzugsweise das Überwachungsgerät einen Signalgeber, z. B. eine Lampe und die Steuereinrichtung einen dem Signalgeber entsprechenden Signalempfänger auf. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Kupplung mechanisch, elektrisch, z. B. durch Kontakte, induktive oder kapazitive Ankopplung, Funksignale, oder akustisch vorzunehmen. Arbeitet der Signalgeber optisch oder akustisch, kann das Überwachungsgerät auch separat, d. h. unabhängig von den übrigen Teilen der Vorrichtung verwendet werden.

Nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Überwachungsgerät einen Ladungszyklenzähler und/oder einen Ladungsmengenzähler und/oder einen Elektrolytfüllstandsmesser auf, welch letzterer zweckmäßigerweise in der thermisch am höchsten beanspruchten Zelle des Akkumulators den Elektrolytstand mißt. Ob eine oder mehrere der genannten Überwachungskomponenten einzusetzen sind, richtet sich jeweils nach den zu erwartenden Be- ^f>5 triebsbedingungen des Akkumulators; auf jeden Fall soll das für den Anwendungsfall zutreffende Wartungsintervall erfaßt werden. Sinkt bei Einsatz des Elektro lytfüllstandsmessers der Elektrolytspiegel unter einen vorgegebenen Wert oder ist bei Einsatz des Ladungszyklenzählers eine vorgegebene Zahl von üblichen Nachladungen erfolgt, meldet das Überwachungsgerät den zugeordneten Akkumulator als wartungsbedürftig. Der Ladungszyklenzähler besteht vorzugsweise aus einem an die Elektroden des Akkumulators angeschlossenen ersten Schmitt-Trigger mit nachgeschaltetem ersten Zeitglied und einem an das erste Zeitglied angeschlossenen Zählwerk, wobei der erste Schmitt-Trigger für eine Durchschaltung bei Erreichen der Ladespannung des Akkumulators ausgelegt ist. Eine individuelle Anpassung des Überwachungsgerätes an den zugeordneten Akkumulator ist möglich, wenn das Zählwerk über einen Stufenschalter zur Vorwahl der Ladungszyklenzahl und ein nachgeschaltetes erstes Speicherglied an den Signalgeber angeschlossen ist. Zweckmäßigerweise weist das Überwachungsgerät auch eine selbsttätig arbeitende Signallöscheinrichtung zur Löschung des einen Wartungszustand anzeigenden Signals nach erfolgter Wartung auf. Eine solche Signallöscheinrichtung besteht in einem einfachen Fall aus einem an die Elektroden des Akkumulators angeschlossenen zweiten Schmitt-Trigger mit nachgeschaltetem zweiten Zeitglied, wobei das zweite Zeitglied mit dem Zählwerk sowie dem ersten Speicherglied verbunden ist und der zweite Schmitt-Trigger für eine Durchschaltung bei Erreichen einer über der Gasungsspannung des Akkumulators liegenden Spannung ausgelegt ist; vorausgesetzt wird hierbei, daß eine Aufladung des Akkumulators mit solchen Spannungen nur bei einer Wartung erfolgt.

Die Steuereinrichtung für das Wasserauslaßventil der Wassernachfülleinrichtung ist nach bevorzugter Ausführungsform aus logischen Schaltelementen aufgebaut. Dazu besteht sie im einzelnen aus einem ersten UND-Glied, dessen einer Eingang mit einem an den Ladeausgang angeschlossenen dritten Schmitf-Trigger, dessen anderer Eingang mit dem Signalempfänger und dessen Ausgang über ein drittes und ein viertes Zeitglied mit dem Ventil verbunden ist, und ist der dritte Schmitt-Trigger für eine Durchschaltung bei Erreichen eines unteren Ladestromgrenzwertes, d. h. praktisch des entsprechend der Ladekennlinie erreichbaren La-.destromminimums ausgelegt. Bei entsprechender Dimensionierung bzw. Einstellung der Zeitglieder wird dann eine öffnung des Ventils und eine dadurch bewirkte Wasserzufuhr in die Zellen des Akkumulators zum richtigen Zeitpunkt des Ladevorganges selbsttätig vorgenommen, wenn der Akkumulator durch das Überwachungsgerät als wartungsbedürftig gemeldet wird. Wie Versuche ergeben haben, ist der günstigste Zeitpunkt für die Wassernachfüllung kurz vor Erreichen der maximal möglichen Ladespannung entsprechend der Ladekennlinie gegeben. Hierdurch können ein Überkochen des Akkumulators und unerwünschte Säureschichtungen vermieden werden. Nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung für das Ventil der Wassernachfülleinrichtung mit einer Betriebsbereitschaftsanzeige für den Akkumulator nach erfolgter Ladung bzw. Wartung versehen. Dazu sind der dritte Schmitt-Trigger und der Signalempfänger zusätzlich einerseits an ein zweites UND-Glied mit invertierendem Eingang und andererseits an ein drittes UND-Glied, welches über ein nachgeschaltetes fünftes Zeitglied mit einem an den dritten Schmitt-Trigger angeschlossenen vierten UND-Glied verbunden ist, angeschlossen und der Ausgang des zweiten sowie vierten UND-Gliedes mit den Eingän-

gen eines ODER-Gliedes verbunden, welchem seinerseits die Betriebsbereitschaftsanzeige nachgeschaltet ist. Die Betriebsbereitschaftsanzeige besteht zweckmäßigerweise aus einer Lampe od. dgl. Auch der Betriebsbereitschaftsanzeige sollte eine Löschungseinrichtung zugeordnet sein. Diese kann aus einem die Anwesenheit des nachzuladenden Akkumulators registrierenden invertierenden Baustein bestehen, welcher an ein zwischen dem dritten UND-Glied sowie dem fünften Zeitglied liegendes zweites Speicherglied angeschlossen ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 ein Funktionsdiagramm der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung dient zum Laden und Warten eines Akkumulators 1 mit flüssigem Elektrolyten, insbesondere eines Blei-Säure-Akkumulators eines Elektrokraftfahrzeugs, und besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem elektrischen Ladegerät 2 mit an die Elektroden 3 des Akkumulators 1 anschließbarem Ladeausgang 4 und aus einer ein Wasserauslaßventil 5 aufweisenden Wassernachfülleinrichtung 6 zum Nachfüllen von Wasser in die Zellen des Akkumulators 1. Der Akkumulator 1 ist mit einem einen Wartungszustand signalisierenden Überwachungsgerät 7 versehen, während dem Ventil 5 der Wassernachfülleinrichtung 6 eine an den Ladeausgang 4 angeschlossene sowie mit dem Überwachungsgerät 7 kuppelbare Steuereinrichtung 8 zugeordnet ist.

Das Überwachungsgerät 7 ist im Ausführungsbeispiel als Ladungszyklenzähler ausgeführt. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich die Entladespannung von der Ladespannung unterscheidet. Wird an den Elektroden 3 des Akkumulators 1 eine Spannung in Höhe der Ladespannung gemessen, wurde der Akkumulator einmal zyklisiert. Das Überwachungsgerät 7 mißt daher die Spannung an den Elektroden 3 des Akkumulators 1. Durch einen Spannungsteiler 9 wird die Elektrodenspannung des Akkumulators 1 auf einen kleineren Wert herabgesetzt, im Falle eines Blei-Säure-Akkumulators auf die Spannung einer Zelle. Ein dem Spannungsteiler 9 nachgeschalteter erster Schmitt-Trigger 10 ist so eingestellt, daß er bei Erreichen der für den Ladevorgang charakteristischen Spannung durchschaltet. Ein dem ersten Schmitt-Trigger 10 nachgesrhaltetes erstes Zeitglied 11 mißt die Zeit, die der erste Schmitt-Trigger 10 durchgeschaltet bleibt. Durch dieses erste Zeitglied 11 erfolgt die Weitergabe des Signals an ein nachgeschaltetes Zählwerk 12 in Form eines Dekadenzählers nur dann, wenn über die Dauer der durch das erste Zeitglied 11 vorgegebenen Meßzeit 11 der erste Schmitt-Trigger 10 durchgeschaltet bleibt. Kurze Spannungs-Störimpulse, die zu einer Durchschaltung des ersten Schmitt-Triggers 10 führen, gelangen nicht zum Zählwerk 12. Auch kurzzeitige Ladevorgänge, die kürzer sind als die im ersten Zeitglied 11 eingestellte Zeit, werden nicht erkannt Die Zahl der Ladezyklen wird im Zählwerk 12 registriert und über Signallampen 13 angezeigt. Mit einem Stufenschalter 14 kann vorgewählt werden, nach welcher Zahl von Ladezyklen eine weitere Signalverarbeitung erfolgt Erreicht das Zählwerk 12 den durch den Stufenschalter 14 vorgewählten Wert, so wird über den Stufenschalter 14 und einen Signalgeber 15 in Form inr Lampe ein optisches Signal abgegeben. Der Akkumulator 1 meldet sich als wartungsbedürftig.

Als Indikation für einen Wartungsvorgang dient die über die Nennspannung des Akkumulators 1 liegende Ladespannung bei einer zum Wartungsvorgang gehörenden Volladung. Beim Erkennen dieser Spannung durch einen zweiten Schmitt-Trigger 16 schaltet dieser durch auf ein zweites Zeitglied 17. Wird der für die Volladung charakteristische Spannungswert über die Dauer der im zweiten Zeitglied 17 eingestellten Zeit 12 erkannt, so schaltet das zweite Zeitglied 17 durch, wodurch das Zählwerk 12 auf Null zurückgesetzt wird. Gleichzeitig wird am Signalgeber 15 das Wartungssignal über ein erstes Speicherglied 18 gelöscht.

Die dem Ladegerät 2 bzw. der Wassernachfülleinrichtung 6 zugeordnete Steuereinrichtung 8 besitzt zwei Eingangsbausteine. Der erste Eingangsbaustein besteht aus einem Signalempfänger 19, der das Signal des Überwachungsgerätes 7 am Signalgeber 15 abfragt. Der andere Eingangsbaustein ist ein dritter Schmitt-Trigger 20. Ladegeräte arbeiten in der Regel nach einer bestimmten Kennlinie, z. B. lUIa-Kennlinie. Erreicht der Ladevorgang einen Ladestrom aus dem auf den gewünschten Ladezustand des Akkumulators 1 geschlossen werden kann, so schaltet der dritte Schmitt-Trigger 20 durch. Schaltet der dritte Schmitt-Trigger 20 durch und wird der Akkumulator 1 durch den Signalempfänger 19 als nicht wartungsbedürftig erkannt, so wird ein zweites UND-Glied 21 mit invertierendem Eingang an eine Betriebsbereitschaftsanzeige 22 in Form einer Lampe ein Signal abgegeben, welches den Akkumulator 1 als betriebsbereit signalisiert. Schaltet der dritte Schmitt-Trigger 20 durch und wird der Akkumulator 1 durch den Signalempfänger 19 als wartungsbedürftig erkannt, so laufen gleichzeitig zwei Vorgänge ab. Über ein erstes UND-Glied 23 und ein drittes Zeitglied 24 sowie ein viertes Zeitglied 25 wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der Ladekennlinie ein Signal an das Ventil 5 der Wassernachfülleinrichtung 6 gegeben, wodurch das Ventil 5 geöffnet und der Akkumulator 1 mit Wasser gefüllt wird. Über ein drittes UND-Glied 26, den Speicher, ein fünftes Zeitglied 27, ein viertes UND-Glied 28, an welchen der dritte Schmitt-Trigger 20 angeschlossen ist, und ein ODER-Glied 29, an welches das zweite UND-Glied 21 angeschlossen ist, wird nach Ablauf der am fünften Zeitglied 27 eingestellten Zeit /5 ein Signal zur Betriebsbereitschaftsanzeige 22 gegeben. Durch einen invertierenden Baustein 30 wird nach Wegfall des Signals vom dritten Schmitt-Trigger 20 ein zweites Speicherglied 31 und die Betriebsbereitschaftsanzeige 22 gelöscht.

Der zeitliche Funktionsablauf der beschriebenen Vorrichtung sei an Hand der F i g. 2 erläutert, in deren oberem Teil ein Ladediagramm gemäß einer IUIa-Kennlinie wiedergegeben ist. Wird bei Punkt A der Ladekennlinie die am ersten Schmitt-Trigger 10 eingestellte Spannung erreicht, wird nach Ablauf der Zeit 11 das Zählwerk 12 um 1 erhöht Ist die Zählwerkstellung nicht identisch mit der am Stufenschalter 14 eingestellten Ladezyklenzahl, schaltet im Punkt ßder Ladekennlinie der dritte Schmitt-Trigger 20 durch, wodurch auf Grund des fehlenden Signals am Signalempfänger 19 die Betriebsbereitschaft des Akkumulators 1 bei 22 angezeigt wird. Erreicht das Zählwerk 12 die am Stufenschalter 14 eingestellte Ladezyklenzahl, wird durch den Signalgeber 15 die Wartungsbedürftigkeit signalisiert. Durch den dritten Schmitt-Trigger 20 werden in Verbindung mit dem anstehenden Wartungssignal im Punkt B der Ladekennlinie das dritte Zeitglied 24 und

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das fünfte Zeitglied 27 gestartet. Nach Ablauf der Zeit Zählwerk 12 rückgestellt und das Signal am Signalge-

f 3 wird das vierte Zeitglied 25 gestartet, welches für ber 15 gelöscht. Wird der Akkumulator 1 der Ladesta-

die Zeit (4 das Ventil 5 der Wussernachfülleinrichtung tion entnommen, so löscht der logische Baustein 30 (in-

6 öffnet. Hat die Ladespannung den Punkt C erreicht, vertierendes Glied) das zweite Speichcrglied 31, wo-

so schaltet der zweite Schmitt-Trigger 16 durch. Nach s durch die Betriebsbereitschaftsanzeige 22 ei lischt.
Ablauf der Zeit (2 im zweiten Zeitglied 17 wird das

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ν*-

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Warten eines Akkumulators mit flüssigem Elektrolyten, insbesondere eines Blei-Säure-Akkumulators eines Elektrofahrzeuges, bestehend aus einem an den Akkumulator anschließbaren elektrischen Ladegerät und einer ein Wasserauslaßventil aufweisenden Wassernachfülleinrichtung zum Nachfüllen von Wasser in die Zellen des Akkumulators, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (1) mit einem einen Wartungszustand des Akkumulators (1) signalisierenden Überwachungsgerät (7) versehen ist und daß das Ladegerät (2) sowie das Wasserauslaßventil (5) an eine mit dem Überwachungsgerät (7) kuppeSbare Steuereinrichtung (8) angeschlossen sind, wobei die Steuereinrichtung (8) bei vom Überwachungsgerät

(7) signalisiertem Wartungszustand eine Volladung des Akkumulators (1) auslöst und während der Vollladung in der Gasungsphase des Akkumulators (1) das Wasserauslaßventil (5) öffnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennieichnet, daß das Überwachungsgerät (7) einen Signalgeber (15) und die Steuereinrichtung (8) einen dem Signalgeber (15) entsprechenden Signalempfänger (19) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsgerät (7) einen Ladungszyklenzähler (9 bis 12) und/oder einen Ladungsmengezähler und/oder einen Elektrolytfüllstandsmesser aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn-Eeichnet, daß der Ladungszyklenzähler (9 bis 12) aus einem an die Elektroden (3) des Akkumulators (1) angeschlossenen ersten Schmi't-Trigger (10) mit nachgeschaltetem ersten Zeitglied (11) und einem an das erste Zeitglied (11) angeschlossenen Zählwerk (12) besteht und der erste Schmitt-Trigger (10) für eine Durchschaltung bei Erreichen der Lade-Spannung (A) des Akkumulators (1) ausgelegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zählwerk (12) über einen Stufenschalter (14) zur Vorwahl der Ladungszyklenzahl und ein nachgeschaltetes erstes Speicherglied (18) an den Signalgeber (15) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsgerät (7) eine selbsttätig arbeitende Signallöscheinrichtung (16 bis 18) aus einem an die Elektroden (3) des Akkumulators (1) angeschlossenen zweiten Schmitt-Trigger (16) mit nachgeschaltetem zweiten Zeitglied (17) aufweist, das zweite Zeitglied (17) mit dem Zählwerk (12) sowie dem ersten Speicherglied (18) verbunden und der zweite Schmitt-Trigger (16) für eine Durchschaltung bei Erreichen einer über der Gasungsspannung des Akkumulators (1) liegenden Spannung (C) ausgelegt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung

(8) für das Wasserauslaßventil (5) der Wassernachfülleinrichtung (6) aus einem ersten UND-Glied (23) besteht, dessen einer Eingang mit einem an den Ladeausgang (4) angeschlossenen dritten Schmitt-Trigger (20), dessen anderer Eingang mit dem Signalempfänger (19) und dessen Ausgang über ein drittes (2A) und ein viertes Zeitglied (25) mit dem Ventil (5) verbunden ist und daß der dritte Schmitt-Trigger (20) für eine Durchschaltung bei Erreichen eines unteren Ladestromgrenzwertes (B) ausgelegt