DE2903244C3 - 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 cm1
pro Sekunde ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeleistung während des Ladevorgangei
periodisch oder kontinuierlich gemessen wird.
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 der 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 nornalerwei-
!0 se im wesentlichen auf einen Wert von 0,5±0,2 ab. In
einer einen alkalischen Elektrolyten enthaltenden Zelle wird die Ladeleistung gemäß der Formel
15,8
15,8
Die vorliegende Erfindung bet: if ft allgemein elektrocnemischc
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 Lade/urtandes abgesehen bei einer
Überladung der Zelle, rieht zuverlässig bestimmt werden. Das ist jedoch unerwünscht, 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 Überladung und einer Beeinträchtigung der Zelle.
Bei einer geschlossenen Zelle, welche beispielsweise
Nickeloxid- und Cadmium-Elektroden o. dgl. besitzt und weiche mit einem relativ niedrigen Ladestrom geladen
wird, ist die Bildung von Sauerstoff an der NickeloxhJ-Elektrode
in der Regel durch einen Sauerstoffverbrauch an der Cadmium-EIektrode 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 /u
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 Gasdruck in der Zelle
ein vorbestimmtes Niveau überschreitet. Solche Sicher
heitsmaßnahmen 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 LadcVörganges und zur Verhinderung
einer Zcileiiüberladung zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß beim Laden einer ventilierten, einen sikalischeii
E = 1 -
bestimmt, worin E die Ladeleistung, / der Strom ii,
Ampere und ν die Gaserzeugungsmenge in der Zelle in cm' pro Sekunde ist. Das verbesserte Verfahren
verhütet eine Überladung der Zelle und bestimmt
jo genau, wann eine nahezu volle Ladung erreicht ist.
Daher kann das Laden ohne das Risiko einer Zelienzerstorung und mit der größten Leistung
vorgenommen werden.
Durch das verbesserte Verfahren der vorliegenden
>> Erfindung kann eine ventilierte, einen alkalischen
Elektrolyten enthaltene Zelle derart aufgeladen werden, daß die Zelle eine stwa volle Ladung erhält, ohne daß
die Zelle dabei überladen wird. Das Verfahren schließt die Möglichkeit einer Zerstörung der Zelle und einer
in Verschwendung von Ladestrom aus. Das Verfahren verwendet die wiiiirend des Ladevorganges wenigstens
periodisch vorgenommene Messung der Ladeleistung bezogen auf die Menge der Gasentwicklung in der Zelle.
Sobald die Ladeleistung der Zelle plötzlich stark
i-, 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 l.adeverfahren beendet.
in Die Ladeleistung kann für das vorliegende Verfahren
durch die Formel
15.8
ν, berechnet werden, worin E die Ladeleistung. / der
Strom in Ampere und ν die entwickelte Gasmenge in cm1 pro Sekunde ist. Mit dem vorliegenden Verfahren
kann die Ladung ohne Risiko relativ schnell vorgenommen werden, da sich die genaue Zeit /ur Beendigung der
-,(l Ladung leicht während des Ladens bestimmen läßt. Der
Nachweis der entwickelten Gasmenge kann leicht durch die Verwendung eines Eudiometer Rohres, eines Ströinungsmessers
oder eines Thermoelement-Messers erfolgen. Die weiteren Merkmale der vorliegenden
->-> Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen 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/cl-
ho 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
M alkalischen Elektrolyten enthaltenden elektrochemischen
Zelle. Die Zelle enthalt einen alkalischen Elektrolyten, beispielsweise Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid
o. dgl. Außerdem enthüll 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.
ErfindungsgemäQ wird während des Ludevorganges
(der in einer konventionellen Art und Weise gusgeführt werden kann) die Ladeleistung der Zelle zumindest
periodisch gemessen. Diese Ladeleistung ist bestimmt durch den Ladestrom und die Menge deü in der Zelle
entwickelten Gases. Die Formel ist
E = I -
15,8
/
/
worin Edie Ladeleistung, /der Strom in Ampere und ν
die Menge des in der Zelle erzeugten Gases in cm' 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 GasHußmenge als Ausdruck eines Druckabfalles 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 ZeIU"
während dieses Ladevorganges /u messen. In allen Fällen kann die die erzeugte Gasmengt; anzeigende
Vorrichtung an das Zellenventil angeschlossen werden und zur Anwendung gelangen, wenn die Zelle tätig ist.
Weiterhin ist in Übereinstimmung mit di:m 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/elle
bestimmt wurde, bei der eine 35%ige KOH-Lösung als Elektrolyt und ein Ladestrom von 15 A für eire
80 AH-ZeIIe angewendet wurden, können gleiche
Kurven auch für die anderen genannten E ektrodenpaare, insbesondere Nickel —Cadmium, Silber—Zink und
Silber —Cadmium und bei verschiedenen Ladeströmen erhalten werden. Die Zelle, welche bei d;r Ermittlung
der Kurve verwendet wurde, bestand aus gesinterten
positiven Elektroden, pastierten negativen Elektroden und einem üblichen dreiteiligen Separatorsystem. Die
positiven Elektroden waren etwa 1,02 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 führt das
Verfahren zu vollgeladenen Zellen, ohne daß Ladeenergie verschwendet wird.
Wird die Ladung in Übereinstimmung 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 ;ii vorliegende Verfahren hat den Vorteil einer Verringe
rung der Instandsetzung der . .eile, welche zum
Ausgleich der destalt der Elektrode.! in den Zellen
erforderlich ist.
Eine Wasserstoffennvicklung infolge .Selbstentladung
r> der Zinkelektrode kann einen niedrigen Wert für die
Lade'.istung 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
in 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 r>
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 Ladeieistung sich schnell zu ändern beginnt,
d. h. nahe am Ende des Ladevorganges stark aofällt. die
4" kleine Zunahme des Meßwertes für die Ladeieistung
infolge der Reaktion zwischen dem entwickelten Sauerstoff und der negativen Elektrode kein bedeutsamer
Faktor in bezug auf die Größe der Ladeleistungsan derung. Das vorliegende Verfahren ist trotz der
4~> genannten möglichen Fehler bei der Berechnung der Ladeleistung in keinem bedeutsamen Ausmaße durch
derartige Irrtümer beeinflußt und arbeitet zufriedenstellend.
Das vorliegende Verfahren ist gegenüber vorbekann
>i' ten Ladeverfahren für ventilierte, einen alkalischen
Elektrolyten enthaltende Zellen verbessert und erreicht die erforderlichen Ergebnisse in einfacher, wirksamer
und reproduzierbarer Weise.
Ilier/u 1 Matt Zeichnungen
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
E=I- :— ν
E=I- :— ν
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Legal Events
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| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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