DE2903244B2 - Verfahren zum Laden einer ventilierten, einen alkalischen Elektrolyten enthaltenden elektrochemischen Zelle - Google Patents
Verfahren zum Laden einer ventilierten, einen alkalischen Elektrolyten enthaltenden elektrochemischen ZelleInfo
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Description
bestimmt wird, in der / der Ladestrom in Ampere und ν die in der Zelle entwickelte Gasmenge in cm3
pro Sekunde ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet
daß die Ladeleistung während des Ladevorgaages periodisch oder kontinuierlich gemessen
wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrochemische Zellen und insbesondere ein verbessertes
Verfahren zum Laden ventilierter, einen alkalischen Elektrolyten enthaltenden elektrochemischer Zellen.
In gewissen elektrochemischen Systemen, insbesondere solchen mit alkalischen Elektrolyten, kann die
Festlegung des Ladezustandes, abgesehen bei einer Oberladung der Zelle nicht zuverlässig bestimmt
werden. Das ist jedoch unerwür cht, da in den meisten
Fällen eine vollgeladene Zelle verlangt wird. Wird eine Batterie oder Zelle geladen, ohne daß der Beginn der
Volladung bestimmbar ist, besteht die Gefahr einer Oberladung und einer Beeinträchtigung der Zelle.
Bei einer geschlossenen Zelle, weiche beispielsweise Nickeloxid- und Cadmium-Elektroden o. dgl. besitzt und
welche mit einem relativ niedrigen Ladestrom geladen wird, ist die Bildung von Sauerstoff an der Nickeloxid-Elektrode
in der Regel durch einen Sauerstoffverbrauch an der Cadmium-Elektrode begleitet, so daß der Druck
des Sauerstoffgases in der Zelle nicht auf ein gefährliches Niveau aufgebaut wird. Wird jedoch ein
höherer Ladestrom verwendet, kann eine gefährliche Sauerstoffentwicklung in Erscheinung treten und zu
einer Explosion führen. Zwar kann bei einem solchen geschlossenen System eine Hilfselektrode verwendet
werden, um die Druckverhältnisse in der Zelle anzuzeigen und damit eine anderweitige Unterbrechung
der Ladung oder eine Verringerung des Ladestroms vorzuschreiben, wann immer der Gasdmck in der Zelle
ein vorbestimmtes Niveau überschreitet. Solche Sicherheitsmaßnahmen sind jedoch nicht möglich, wenn eine
ventilierte oder eine halbversiegelte Zelle verwendet wird. Derartige Zellen haben einen flüssig-beweglichen
Elektrolyten, und eine Änderung des Elektrolytniveaus erlaubt keine zuverlässige Anzeige.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Anzeige des
Ladezustandes einer ventilierten elektrochemischen Zelle während eines Ladevorganges und zur Verhinderung
einer Zellenüberladung zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Laden einer ventilierten, einen alkalischen
Elektrolyten enthaltenden elektrochemischen. Zelle, deren Elektrodenpaar aus Nickel—Zink, Nickel—Cadmium,
Silber—Zink oder Silber—Cadmium besteht,
wenigstens periodisch die Ladeleistung der Zelle durch
Bestimmung der in der Zelle entwickelten Gasmenge gemessen wird. Die Ladung de? Zelle wird begrenzt,
sobald die Ladeleistung stark abnimmt und dabei anzeigt, daß die Zelle eine etwa volle Ladung erreicht
hat Die Ladeleistung fällt an dieser Stelle nurnalerweise
im wesentlichen auf einen Wert von 0,5 ±0,2 ab. In einer einen alkalischen Elektrolyten enthaltenden Zelle
wird die Ladeleistung gemäß der Formel
r , 15,8
E=I- —j— ν
E=I- —j— ν
bestimmt worin E die Ladeleistung, / der Strom in
Ampere und κ die Gaserzeugungsmenge in der Zelle in cm3 pro Sekunde ist Das verbesserte Verfahren
verhütet eine' Oberladung der Zelle und bestimmt
genau, wann eine nahezu volle Ladung erreicht ist
vorgenommen werden.
Erfindung kann eine ventilierte, einen alkalischen Elektrolyten enthaltene Zelle derart aufgeladen werden,
daß die Zelle ein? etwa volle Ladung erhält ohne daß die Zelle dabei überladen wird. Das Verfahren schließt
die Möglichkeit einer Zerstörung der Zelle und einer Verschwendung von Ladestrom aus. Das Verfahren
verwendet die während des Ladevorganges wenigstens periodisch vorgenommene Messung der Ladeleistung
bezogen auf die Menge der Gasentwicklung in der Zelle. Sobald die Ladeleistung der Zelle plötzlich stark
abnimmt zeigt dies an, daß die Zelle eine etwa volle Ladung erreicht hat und daß der Ladevorgang
abgeschaltet werden sollte. Insbesondere, wenn die Ladeleistung auf einen Wert abfällt der 0,7 oder grob
0,5 ±0,2 nicht übersteigt ist das Ladeverfahren beendet
Die Ladeleistung kann für das vorliegende Verfahren durch die Formel
E=I-
15,8
berechnet werden, worin E die Ladeleistung, / der Strom in Ampere und ν die entwickelte Gasmenge in
cm3 pro Sekunde ist. Mit dem vorliegenden Verfahren kann die Ladung ohne Risiko relativ schnell vorgenommen
werden, da sich die genaue Zeit zur Beendigung der Ladung leicht während des Ladens bestimmen läßt Der
Nachweis der entwickelten Gasmenge kann leicht durch die Verwendung eines Eudiometer-Rohres, eines Strömungsmessers
oder eines Thermoelement-Messers erfolgen. Die weiteren Merkmale der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführliche:!
Beschreibung und der Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt in einer Kurve die Änderung der Ladeleistung beim Laden einer ventilierten, einen
alkalischen Elektrolyten enthaltenden Nickel-Zink-Zel-Ie.
Aufgetragen ist die jeweilige Ladeleistung gegenüber der Ladezeit in Stunden einer 80 AH-ZeIIe mit einem
15 A Ladestrom.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung befaßt sich mit dem Aufladen einer ventilierten, einen
alkalischen Elektrolyten enthaltenden elektrochemischen Zelle. Die Zelle enthält einen alkalischen
Elektrolyten, beispielsweise Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid o. dgl. Außerdem enthält sie ein Elektroden-
paar, welches aus der Nickel—Zink, Nickel—Cadmium,
Silber—Zink und Silber—Cadmium enthaltenden Gruppe
ausgewählt ist. Vorzugsweise besteht das Elektrodenpaar
aus einer Nickel-Elektrode und einer Zink-Elektrode.
Erfindungsgemäß wird während des Ladevorganges (der in einer konventionellen Art und Weise ausgeführt
werden kann) die Lacieleistung der Zelle zumindest
periodisch gemessen. Diese Ladeleistung ist bestimmt durch den Ladestrom und die Menge des in der Zelle ι ο
entwickelten Gases. Die Formel ist
1 -
15,S
worin £"die Ladeleistung, /der Strom in Ampere und ν is
die Menge des in der ZeJIe erzeugten Gases in cm3 pro Sekunde ist. Die Menge des entwickelten Gases ist
durch Verwendung eines einfachen Eudiometerrohres nachweisbar, welches Gas in einer konventionellen Art
und Weise sammelt Alternativ kann hierfür ein Strömungsmesser verwendet werden, dessen Meßsonde
die Gasflußmenge als Ausdruck eines Druckabfall ;s im Meßrohr mißt Erforderlichenfalls kann die Gasflußmenge
mit Hilfe eines Thermoelement-Messers gemessen werden, welcher die Gasmenge durch Ermittlung
der Menge an Verlustwärme der gemessenen Stelle bestimmt Andere gleich geeignete konventionelle
Mittel zum Messen der Gasflußmenge sind anwendbar, um die Gasflußmenge der elektrochemischen Zelle
während dieses Ladevorganges zu messen. In allen Fällen kann die die erzeugte Gasmenge anzeigende
Vorrichtung an das Zellenventil angeschlossen werden und zur Anwendung gelangen, wenn die Zelle tätig ist
Weiterhin ist in Obereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Ladung der vorliegenden
Zelle beendet, wenn die Ladeleistung stark abnimmt Es ist festgestellt worden, daß die Ladeleistung
während der meisten Ladezeit gleich bleibt, jedoch bei Erreichen der vollen Ladung stark abfällt,
wie es die Kurve in der Zeichnung zeigt
Somit verbleibt die Ladeleistung für annähernd 85% der Ladezeit bei etwa 1.0. Danach nimmt sie zumindest
langsam auf etwa 0,75 ab und fällt schließlich steil auf 0 ab. Obwohl die in der Zeichnung dargestellte Kurve mit
einer ventilierten konventionellen Nickel-Zink-Zelle bestimmt wurde, bei der eine 35%ige KOH-Lösung als
Elektrolyt und ein Ladestrom von 15 A für eine 80AH-ZeIIe angewendet wurden, können gleiche
Kurven auch für die anderen genannten Elektrodenpaare, insbesondere Nickel—Cadmium, Silber—Zink und
Silber—Cadmium und bei verschiedenen Ladeströmen erhalten werden. Die Zelle, welche bei der Ermittlung
der Kurve verwendet wurde, bestand aus gesinterten
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50 positiven Elektroden, pastierten negativen Elektroden und einem üblichen dreiteiligen Separatorsystem. Die
positiven Elektroden weren etwa t,02 mm dick. Sobald
die Ladeleistung auf ein Niveau von etwa 0,7 abnimmt, zeigt dies an, daß die Zelle nahezu vollgeladen ist, und
der Ladevorgang wird daraufhin abgeschaltet Die Ladeleistung ist, wie obenstehend aufgezeigt, durch die
oben beschriebene Formel bestimmbar. Daher fuhrt das
Verfahren zu vollgeladenen Zellen, ohne daß Ladeenergie verschwendet wird.
Wird die Ladung in Obereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren abgeschaltet ist die in den
negativen Elektroden gespeicherte Lademenge größer als die in den positiven Elektroden gespeicherte
Lademenge. Diese Differenz ist jedoch geringer als bei anderen Ladeabschaltverfahren. Weiterhin findet eine
Entladung einer vorhandenen Zinkelektrode statt, so daß der Ladeunterschied zwischen den beiden Elektroden,
von denen eine Zink ist weiter abnimmt Das vorliegende Verfahren hat den Vorteil einer Verringerung
der Instandsetzung der lieWe. welche zum
Ausgleich der Gestalt der Elektroden in den Zellen erforderlich ist
Eine Wasserstoffentwicklung infolge Selbstentladung der Zinkelektrode kann einen niedrigen Wert für die
Ladeieistung verursachen, aber diese Wirkung ist üblicherweise sehr klein und kann vernachlässigt
werden. Ist der' Effekt infolge einer Formänderung: eines Schwundes oder anderer Faktoren größer, sollte
die Ladung dennoch abgeschaltet werden, wenn die scheinbare Ladeleistung auf 0,7 o. dgl. abfällt
Der Elektrolytspiegel sinkt während des Ladens etwas, wobei zwischen dem entwickelten Sauerstoffgas
und der negativen Elektrode eine Reaktion stattfinden kann. Dies kann zu einem fälschlich hohen Wert für die
Ladeleistung führen. Doch tritt dies nur in Erscheinung, wenn die Sauerstoffentwicklung gering ist Daher ist,
wenn die Ladeleistung sich schnell zu ändern beginnt, d. h. nahe am Ende des Ladevorganges stark anfällt, die
kleine Zunahme des Meßwertes für die Ladeleistung infolge der Reaktion zwischen dem entwickelten
Sauerstoff und der negativen Elektrode kein bedeutsamer Faktor in bezug auf die Größe der Ladeleistungsänderung.
Das vorliegende Verfahren ist trotz der genannten möglichen Fehler bei der Berechnung der
Ladeleistung in keinem bedeutsamen Ausmaße durch derartige Irrtümer beeinflußt und arbeitet zufriedenstellend.
Das vorliegende Verfahren ist gegenüber vorbekannten Ladeverfahren für ventilierte, einen alkalischen
Elektrolyten enthaltende Zellen verbessert und erreicht die erforderlichen Ergebnisse in einfacher, wirksamer
und reproduzierbarer Weise.
Claims (1)
1. Verfahren zum Laden einer ventilierten, elektrochemischen Zelle mit einem alkalischen
Elektrolyten, wobei der Ladevorgang in Abhängigkeit von der gemessenen Menge des in der Zelle
entwickelten Gases beendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladevorgang bei
Abfall der Ladeleistung auf einen Wert von 0,5 ±0,2 beendet wird, wobei die Ladeleistung E nach der
Formel
_ . 15,8
£=l--f-v
£=l--f-v
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Legal Events
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| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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