DE2913191C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Nachfüllen von Wasser in Akkumulatorenbatterien, deren einzelne Zellen jeweils mit Wassernachfüllstopfen ver­ sehen sind, die durch Schwimmer betätigte Ventile ent­ halten und die an eine gemeinsame Wasserzuführungslei­ tung angeschlossen sind, sowie eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Bei mehrzelligen Akkumulatorenbatterien, insbesondere bei Traktionsbatterien wird zunehmend von automatischen Wasser­ nachfüllsystemen Gebrauch gemacht. Diese bestehen im wesentlichen aus einem Wassernachfüllstopfen in jeder Einzelzelle, der mittels eines Schwimmers den Elektrolyt­ stand mißt und bei dem über einen Schwimmer das Ventil zur Wasserzuführung geschlossen wird. Derartige Wassernach­ füllstopfen müssen eine hohe Funktionssicherheit besitzen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der durch den Schwimmer betätigte Ventilkörper durch den Druck der Flüssigkeits­ säule in der Zuleitung in seinen Ventilsitz gepreßt wird, so daß der Schließvorgang durch den Druck des zufließenden Wassers erfolgt. Ein Ventil dieser Art ist beispielsweise im Deutschen Gebrauchsmuster 74 40 002 beschrieben.

Die mit derartigen Ventilen ausgerüsteten Einzelzellen sind durch eine gemeinsame Wassernachfülleitung mit­ einander verbunden und die Wasserzuführleitung enthält ein Ventil, durch welches die Wasserzufuhr während des Lade­ vorgangs gesteuert wird. Diese Steuerung kann beispiels­ weise in bekannter Weise durch das Ladegerät selbst vor­ genommen werden. Daneben ist in der Wasserzuführleitung ein Vorratsbehälter und ein Wasserentsalzer ange­ ordnet. Trotz der hohen Betriebssicherheit des oben be­ schriebenen Wassernachfüllstopfens kann es insbesondere bei vielzelligen Akkumulatorenbatterien zu einem Kleben eines einzelnen Ventils kommen, so daß diese Einzelzelle keine ausreichende Wassernachfüllmenge erhält.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei welcher eine absolut einwandfreie Nachfüllung sämtlicher Zellen ge­ währleistet ist und bei welcher insbesondere Fehler durch das Hängenbleiben oder Kleben einzelner Ventile in den Wassernachfüllstopfen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das in der Wasserzuführungsleitung liegende Einschaltven­ til während des Nachfüllvorgangs mehrfach impulsartig betätigt wird.

Im folgenden wird der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert, dabei zeigen die

Fig. 1 und 2 schematisch die prinzipielle Anordnung einer er­ findungsgemäßen Wassernachfüllvorrichtung, die

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch den Einsatz des Wassernachfüll­ vorgangs und dessen Steuerung in Abhängigkeit von den Ladekennlinien des Akkumulators.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein aus einer Vielzahl von Einzel­ zellen 1 bestehender Akkumulator an eine Wassernachfüll­ vorrichtung angeschlossen, die aus der Wasserzuführungs­ leitung 2, einem in diese Zuführungsleitung geschaltetem Ventil 3, einem Wasservorratsbehälter 4 und gegebenenfalls einem Wasserentsalzer 5 besteht. Jede der schematisch dar­ gestellten Einzelzellen 1 ist mit einem Wassernachfüll­ stopfen 5 versehen. Sämtliche Wassernachfüllstopfen sind durch die gemeinsame Wasserleitung 6 miteinander verbunden.

Die Einzelzellen besitzen neben der Wassernachfüllvorrich­ tung die üblichen Zellenpole die eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung der Einzelzellen ermöglichen. Die eigentliche elektrische Verschaltung der Zellen ist je­ doch nicht näher dargestellt.

Erfindungsgemäß wird während des Ladevorgangs das Ventil 3 beim Wassernachfüllvorgang mehrfach impulsartig betätigt. Zu dieser Betätigung dient ein Schalter 7, der an eine Stromversorgung 8 angeschlossen ist und das Magnetventil 3 ansteuert. Über diesen Schalter 7 erfolgt eine impuls­ artige Betätigung für eine Zeitdauer T . Diese Zeit T liegt üblicherweise zwischen 5 und 10 Minuten und jeder Einschaltimpuls besitzt eine Dauer von ca. 5 bis 10 Sekunden und die Schließzeit liegt ebenfalls jeweils in der Größen­ ordnung von 5 bis 10 Sekunden.

Dieses periodische Ein- und Ausschalten kann nach Betäti­ gung des Schalters 7 durch ein übliches Schaltrelais er­ zeugt werden. Durch das ruckartige Öffnen und Schließen des Ventils 3, wird das Nachfüllwasser ebenfalls ruckweise in das Leitungssystem 6 auf der Batterie und damit zu den einzelnen Wassernachfüllstopfen 5 fließen. Dieses impuls­ artig in das Nachfüllsystem einströmende Wasser wird gleich­ mäßig verteilt und der mit der vorgegebenen Freuqenz auf­ tretende Impuls des zufließenden Wassers sorgt für eine einwandfreie Funktion der mit Schwimmer versehenen Wasser­ nachfüllstopfen. Während der Pause wird jeweils ein Aus­ gleichszustand im System erreicht. Als in die Wasserzu­ führungsleitung geschaltetes Ventil 3 können beispiels­ weise Magnetventile Verwendung finden, selbstverständlich können jedoch auch pneumatisch oder hydraulisch betätigte Ventile verwendet werden. Gegebenenfalls kann auch ein Ventil verwendet werden, welches betätigt durch den Wasser­ durchfluß selbsttätig öffnet und schließt.

Wie Fig. 2 zeigt, kann dem Schalter 7 eine Zeitschaltuhr 9 zugeordnet werden. An einer solchen Zeitschaltuhr kann der Einsatzpunkt des Wassernachfüllvorgangs während der Ladung festgelegt werden. Diese Einschaltung des Wasser­ nachfüllvorgangs erfolgt zweckmäßigerweise vor Beendigung der Ladung und zwar in einem Zeitraum von ca. 1,5 bis 2 Stunden vor Beendigung eines Ladevorgangs aber nach Er­ reichen der Gasungsspannung von 2,4 V pro Zelle. Dies ist prinzipiell im Diagramm der Fig. 3 dargestellt, welches den Verlauf des Ladestroms I und der Ladespannung U in Abhängigkeit von der Zeit t zeigt. Wie aus der Figur er­ sichtlich ist, beginnt der Wassernachfüllvorgang zum an der Zeitschaltuhr 9 festeingestellen Zeitpunkt t _E . Es erfolgt dann für den Zeitraum T das impulsartige Betäti­ gen des in der Wasserzuführungsleitung 2 angeordneten Ventils 3; der Zeitpunkt t _E liegt etwa 1¹/₂ bis 2 Stunden vor dem Ende der Ladung t _L . Der Zeitpunkt t _E liegt stets nach dem Erreichen der Gasungsspannung und wird je nach dem verwendeten Ladeverfahren empirisch festgelegt. Bei einer IUIa-Kennlinie (Ladung mit konstantem Strom, kon­ stanter Spannung und erneut mit konstantem Strom und automatischer Abschaltung) liegt dieser Zeitpunkt beispiels­ weise etwa 5-5,5 Stunden nach Ladungsbeginn d. h., ca. 1,5-2 Stunden vor Beendigung der Ladung.

Der Zeitpunkt, bei welchem die Wassernachfüllung erfolgt, kann auch durch ein Spannungs-Relais festgelegt werden, welches die Batteriespannung erfaßt und beispielsweise bei einer Batteriespannug von ca. 2,45 V-2,50 V d. h. ca. 1 Stunde nach Erreichen der Gasungsspannung bei einem üblichen Ladeverfahren den Schalter 7 betätigt. Dieses Spannungs-Relais tritt dann an die Stelle der Zeitschalt­ uhr 9 in Fig. 2.

Daneben kann der Zeitpunkt des Beginns der Wassernachfül­ lung auch durch einen Ladesteuerschalter bzw. das Lade­ gerät selbst bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise ein Ladesteuerschalter dienen, bei welchem die Batterie­ spannung in ihrem zeitlichen Verlauf kontinuierlich er­ faßt wird, die Kennlinie eines solchen Ladegeräts zeigt Fig. 4. Um zu erkennen, wann der Volladezustand erreicht ist, der durch einen Beharrungszustand der Spannung U oberhalb der Gasungsspannung U _G gekennzeichnet ist, wird die Batteriespannung mit einer zeitlich veränderlichen und der Batteriespannung nachgeführten Hilfsspannung U _H ver­ glichen. Diese Hilfsspannung läuft solange parallel zur Batteriespannung, wie die auf Abstand angeregelte Hilfs­ spannung in ihrer Anstiegsgeschwindigkeit der Anstiegs­ geschwindigkeit der Batteriespannung gleich ist. Ändert sich die Anstiegsgeschwindigkeit der Batteriespannung durch zunehmende Volladung, so erfolgt unter Beibehaltung des justierten Abstands die Nachführung der Hilfsspannung. Dies wird solange durchgeführt, bis ein Nachführen mit konstantem Abstand durch unterschiedliche Anstiegsge­ schwindigkeiten nicht mehr möglich ist. Die Hilfsspannung läuft dann, gemäß einer fest vorgeschriebenen Anstiegs­ geschwindigkeit weiter, so daß nach Ablauf einer bestimmten Zeit automatisch ein Schnittpunkt der Batteriespannung und der Hilfsspannung erfolgt. Das beim Schnittpunkt ent­ stehende Signal wird benutzt um die Ladung beim Zeitpunkt t _L zu beenden. Die bei einem solchen Ladeverfahren ent­ stehenden Kennlinien von Spannung und Strom in Abhängig­ keit von der Zeit sind im Diagramm der Fig. 3 dargestellt. Dabei ist die Gasungsspannung (2,4 V) mit U _G bezeichnet, die der Zellenspannung nachgeführte Hilfsspannung mit U _H . Die Beendigung der Ladung erfolgt beim Schnittpunkt von Batteriespannung U und Hilfsspannung U _H zum Zeitpunkt t _L . Der Wassernachfüllvorgang setzt ein zum Zeitpunkt t _E , welcher nach Erreichen der Gasungsspannung liegt und da­ durch bestimmt wird, daß die Differenz zwischen Batterie­ spannung U und Hilfsspannung U _H einen bestimmten Wert erreicht hat. Dieser Differenzspannungswert wird eben­ falls empirisch ermittelt, so daß der Wassernachfüll­ vorgang ca. 1,5 bis 2 Stunden vor Ladungsende vorgenommen wird. Zu diesem Zeitpunkt hat die Batterie praktisch ihre Ladeschlußspannung erreicht, die üblicherweise bei ca. 2,65 V liegt. Anstelle des beschriebenen Ladesteuer­ schalters, welcher über die Batteriespannung gesteuert wird, können in entsprechend modifizierter Weise auch Ladesteuerschalter verwendet werden, welche vom Batterie­ strom gesteuert werden. An den so festgelegten Zeit­ punkt t _E schließt sich der erfindungsgemäße Nachfüllvor­ gang für die Zeit T an.

Für den Fall, daß mehrere Akkumulatorenbatterien der bei­ spielsweise in Fig. 1 gezeigten Art aus einem gemeinsamen Wasservorratsbehälter gefüllt werden sollen, können die jeweils in die Wasserzuführungsleitung der Einzelbatterien geschalteten Magnetventile durch ein Schrittschaltwerk nach­ einander betätigt werden. Für jedes einzelne in einer Wasserzuführungsleitung zu einer Einzelbatterie liegende Ventil ergibt sich dadurch ebenfalls ein impulsartiger Betrieb.

Das beschriebene Wassernachfüllverfahren ermöglicht es, auch bei vielzelligen Akkumulatorenbatterien den Wasser­ nachfüllvorgang mit hoher Sicherheit durchzuführen und gewährleistet, daß alle Zellen einen weitgehend gleichen Elektrolytfüllstand besitzen.

Claims (8)

1. Verfahren zum automatischen Nachfüllen von Wasser in Akkumulatorenbatterien, deren einzelne Zellen jeweils mit Wassernachfüllstopfen versehen sind, die durch Schwimmer betätigte Ventile enthalten und die an eine gemeinsame Wasserzuführungsleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Wasserzuführungs­ leitung (2) angeordnetes Ventil (3) während des Nach­ füllvorgangs mehrfach impulsartig betätigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Wasserzuführungsleitung (2) angeordnete Ventil (3) nach Erreichen der Gasungsspannung der Akkumulatorenbatterie und vor Beendigung des Ladevor­ gangs für eine festgelegte Zeitdauer mehrfach impuls­ artig betätigt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventil (3) während des Ladevorgangs für eine Zeitdauer von 5 bis 10 Minuten impulsartig für eine Zeitdauer von jeweils 5 bis 10 Sekunden bei einer Pause von 5 bis 10 Sekunden betätigt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wasserzuführungsleitung (2) der Akkumulatorbat­ terie ein Ventil (3) angeordnet ist, welches durch einen Schalter (7) impulsartig mehrfach betätigbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (7) durch eine Zeitschaltvorrichtung (9) ansteuerbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter durch einen Ladesteuerschalter an­ steuerbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schrittschalter ist, welcher mehrere Ventile nacheinander in vorgegebener Zeitfolge betätigt.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (3) in der Wasserzu­ führungsleitung (2) ein Magnetventil ist.