DE3308524A1

DE3308524A1 - Verfahren und anordnung zum laden eines einen elektrolyten enthaltenden akkumulators

Info

Publication number: DE3308524A1
Application number: DE3308524A
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Josefowitz; Adolf Dipl.-Phys. Dr. Kalberlah
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1984-09-13

Description

3180 Wolfsburg

- 3 K 3399/1702pt-hu-sa

Verfahren und Anordnung zum Laden eines einen Elektrolyten enthaltenden Akkumulators

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich zum Laden eines dem Antriebsmotor eines Elektrofahrzeugs zugeordneten Fahrzeug-Akkumulators, so können Schwierigkeiten hinsichtlich der Erzielung einer hinreichenden Nachladephase auftreten. Bekanntlich kann man die gesamte Nachladung in eine Hauptladephase, an deren Ende die dem Akkumulator zugeführte Ladungsmenge etwa gleich der ihm zuvor entnommenen Ladungsmenge ist, und eine Nachladephase unterteilen, deren Ladungsmenge von derjenigen der Hauptladephase abhängt, ihr zumindest ungefähr proportional ist, und die zum Egalisieren (Durchmischen) des Elektrolyten durch Gasentwicklung dient. Die Nachladungsmenge darf jedoch nicht kleiner als ein vorgegebener Mindestwert sein, da nur nach Erreichen des Mindestwerts der Zweck der Nachladephase erreicht wird.

Das Laden von Fahrzeug-Akkumulatoren beispielsweise aus ortsfesten Steckdosen erfolgt häufig aber schon nach relativ kurzen Betriebszeiten des Fahrzeugs, d.h. bereits dann, wenn nur eine Teilentladung des Akkumulators erfolgt ist. Infolge der dadurch gegebenen Begrenzung der Hauptladephase kann dann häufig die Nach·

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ladungsmenge so klein sein, daß sie unterhalb des erforderlichen Mindestwerts liegt. Bei einer Vielzahl aufeinanderfolgender Teilentladungen dieser Art kommt es dann zwangsläufig nie zu einer Nachladephase, die das erforderliche Durchmischen des Elektrolyten, d.h. das Egalisieren der Elektrolytdichte, sicherstellt, das zum vollständigen Aufladen erforderlich ist.

Würde man an jede Hauptladephase eine den Mindestwert überschreitende Nachladephase anschließen, ergäbe sich ein nutzloser Energieverbrauch.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die auch bei häufiger Teilentladung des Akkumulators, also im bevorzugten Einsatzfall der Erfindung bei häufigem Kurzstreckenbetrieb des mit dem Akkumulator ausgerüsteten Elektrofahrzeugs, einerseits ein einwandfreies Egalisieren des Elektrolyten sicherstellen, andererseits einen nutzlosen Energieaufwand vermeiden.

Das diese Aufgabe lösende erfindungsgemäße Verfahren besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1; eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beschreiben die Unteransprüche.

Bei der Erfindung erfolgt also bei jedem Ladevorgang gleichsam eine Prüfung der durch die Hauptladephase bestimmten jeweiligen Nachladephase darauf, ob die Nachladungsmenge unterhalb oder oberhalb des Mindestwerts liegt, der im Hinblick auf die Egalisierung des Elektrolyten eingehalten werden muß. Liegt die jeweilige Nachiadungsmenge unterhalb dieses Mindestwerts, wird sie gespeichert, andernfalls wird der Ladevorgang um die erforderliche Nachladephase verlängert. Bei mehreren aufeinanderfolgenden kurzen Ladevorgängen werden die gespeicherten Nachladephasen gleichsam summiert; eine Nachladephase wird dann eingeleitet, wenn der Summenwert den vorgegebenen Mindestwert übersteigt. Damit wird sichergestellt, daß einerseits an sich erforderliche Nachladevorgänge nicht unbeachtet bleiben und andererseits nur Nachladevorgänge solcher Größe erfolgen, daß der Zweck der Nachladephasen, nämlich das Egalisieren des Elektrolyten, eintritt.

Damit eine sinnlos lange Nachladephase, wie sie theoretisch durch die angedeutete Summierung von Nachladephasen auftreten kann, mit einer nachteiligen Überladung ausgeschlossen ist, wird auf jeden Fall die Nachladungsmenge, d.h. beispielsweise die Dauer der tatsächlichen Nachladephase, auf einen Höchstwert begrenzt.

Bei der Erfindung erfolgt also eine Nachladephase beispielsweise nur dann, wenn die durch die Hauptladephasen gegebene "theoretische" Nachladedauer so groß geworden ist, daß sie -bei gegebenem Ladestrom- zum Egalisieren des Elektrolyten ausreicht. Man könnte daran denken, beispielsweise nur nach einer vorgegebenen Zahl von Hauptladephasen eine Nachladephase zuzulassen. Demgegenüber besitzt die Erfindung den Vorteil, daß sie sich gleichsam an dem praktischen Bedarf nach einer Nachladephase orientiert, während das erwähnte Abzählen die Dauer der vorangegangenen Hauptladephasen nicht berücksichtigen würde.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbilds erläutert.

Am Eingang 1 des Verstärkers 2 liegt eine an einem von dem jeweiligen Ladestrom des nicht dargestellten Akkumulators durchflossenen Shuntwiderstand abgegriffene und demgemäß dem Ladestrom proportionale Spannung, die nach Verstärkung und Glättung in der Einreichung 3 dem Analog-Digital-Wandler 4 zugeführt wird, der diese Spannung in eine ihrem Wert entsprechende Impulsfrequenz umsetzt. Der Ausgang des Umsetzers 4 steht sowohl über den Teiler 5 als auch direkt über die Leitung 6 mit Klemmen 7 und 8 des Umschalters 9 in Verbindung, der seinerseits mit dem Eingang des Zählers 10 verbunden ist. Der Zähler 10 ist als Vorwärts- und Rückwärtszähler ausgebildet; die Entscheidung über die jeweilige Zählrichtung trifft, wie durch die Wirkungslinien 11 und 12 angedeutet, der Komparator 13. Er steht eingangsseitig entweder mit der Einrichtung 14, dessen Eingang 15 die jeweilige Ladespannung zugeführt wird, oder mit dem Block 16 in Verbindung, dessen Eingang 17 mit einem an sich bekannten Gasmengenindikator verbunden ist. Die beiden Blöcke 14 und 16 liefern an den Komparator ein Signal zum Charakterisieren des Endes der Hauptladephase bzw. des Beginns der Nach-

ladephase, so daß der Komparator 13 beim Eingang dieser Signale den Zähler von Vorwärtszählung auf Rückwärtszählung umschaltet.

Die Anordnung wird vervollständigt durch den eingangsseitig sowohl mit dem Impulszähler als auch mit dem Komparator 13 in Verbindung stehenden Vergleicher 18, der darüber entscheidet, ob die jeweils durch Rückwärtszählung ermittelte, der jeweiligen Hauptladephase entsprechenden Dauer der Nachladephase unterhalb oder oberhalb eines vorgegebenen Mindestwerts liegt, der die durch die Nachladung angestrebte Egalisierung des Elektrolyten im Akkumultor sicherstellt.

Im einzelnen arbeitet die Anordnung wie folgt:

Während der Hauptladephase liegt der Umschalter 9 in seiner gezeichneten Stellung, so daß die im Spannungs-Frequenz-Wandler 4 erzeugten Impulse über den Teiler 5 zum Zähler 10 gelangen. Der Teiler 5 bestimmt den Ladefaktor. Bei einem Teilerverhältnis von 1:5 wird nur jedes fünfte digitale Signal zum Zähler 10 weitergeleitet; dies entspricht einem Ladefaktor von 1,20. Bei einem Teilerverhältnis von 1:4 ergibt sich ein Ladefaktor von 1,25. Diese Zahlenwerte sind verständlicherweise nur Beispiele. Infolge des vorausgesetzten Zusammenhangs zwischen Hauptladungsmenge bzw. Dauer der Hauptladephase und erforderlicher Nachlademenge bzw. Dauer der Nachladephase ist die im Zähler 10 bei Beendigung der Hauptladephase durch Vorwärtszählung gespeicherte Impulszahl ein Maß für die zugehörige Nachladungsmenge bzw. Dauer der Nachladephase. Der Hauptladevorgang wird beendet, sobald der Komparator 13 von einem der Blöcke 14 und 16 ein entsprechendes Signal erhält. Er schaltet dann den Zähler auf Rückwärtszählung um. Über den nunmehr umgelegten Umschalter 9 gelangen über den Komparator 13 nunmehr die frequenzmäßig nicht untersetzten Impulse des Wandlers 4 zum Zähler 10 und der Vergleicher 18 ermittelt, ob die im Zähler 10 gespeicherte Nachladungsmenge bzw. Dauer der Nachladephase unterhalb oder oberhalb des für den Durchmischungsvorgang erforderlichen Mindestwerts liegt. Liegt sie darüber, gibt der Vergleicher 18 über seinen Ausgang 19 ein Startsignal für die Nachladephase, in anderem Fall gibt er über seinen Ausgang

ein Signal zur Beendigung des Ladevorgangs. Zugleich veranlaßt der Komparator 18 im letztgenannten Fall, daß die an sich im Hinblick auf die Hauptladephase erforderliche Nachladungsmenge bzw. Dauer der Nachladephase im Zähler 10 gespeichert wird.

Erfolgt nunmehr ein weiterer Ladevorgang, der so kurz ist, daß die ihm zugeordnete Nachladephase zusammen mit der im Zähler 10 bereits gespeicherten Nachladephase unterhalb des Mindestwerts liegt, so wird auch die zweite Nachladephase gespeichert. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis die Summe der gespeicherten Nachladephasen den besagten Mindestwert überschreitet.

Der Zähler 10 ist ferner so ausgelegt, daß er nur eine vorgegebene maximale Impulszahl und damit eine maximal vorgegebene Nachlademenge bzw. Dauer der Nachladephase speichert, so daß eine sinnlos lange resultierende Nachladephase und damit eine Überladung vermieden sind.

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Claims

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg
K 3399/1702pt-hu-sa 09. März 1983

PATENTANSPRÜCHE

j Y.J- Verfahren; zum Laden eines einen Elektrolyten enthaltenden Akkumulators, ;;.-_;insbesondere fü| den Antriebsmotor eines Elektrofahrzeugs, der kurzzeitigen, nur zur Teilentladung führenden Belastungen ausgesetzt ist, mit einer Haup'tiadephase, an deren Ende die dem Akkumulator zugeführte Ladungs- - menge (Hauptladungsmenge) etwa gleich der ihm zuvor entnommenen Ladungsmenge ist, und einer im wesentlichen zum Egalisieren des Elektrolyten durch Gasentwicklung dienenden Nachladephase, abhängig von der Hauptladungsmenge ist, dadurch gekennzeichnet, daß Nachladephasen mit Nachladungsmengen, die wegen geringer Hauptladungsmengen der zugehörigen Haupt-. ladephasen unterhalb eines für die Egalisierung des Elektrolyten erforderlichen Mindestwertes liegen, unterdrückt und gespeichert werden, daß eine Nachladung erst dann erfolgt, wenn die gespeicherten Nachladephasen eine resultierende Nachladungsmenge ergeben, die zumindest gleich dem Mindestwert ist, und daß die Ladungsmenge der dann'erfolgenden Nachladung auf einen eine Überladung ausschließenden Höchstwert begrenzt wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Analog-Frequenz-Wandler (A) digitale Ladestromsignale gebildet und über einen Teiler (5) zur Festlegung des Ladefaktors sowie unter Umgehung des Teilers (5) einem Umschalter (9) zugeführt werden,

Vorsitzender Vorstand: Dr. rer pol CjM h wann, Vorsitzender . Horst Munzner. iiellv. Vorsitzender Clius Borgward · Karl Η··ιηζ 3"am

des Aufsichtsra's- ".-· <v ;,.._nn. E'n:t F-ola ■ Di p.r Pol=' f'e·* ■ Or jur. Wol'gjnr) R Habbel · Guni«r Harlwirji · Or. re' pol. Warne' ° I'Jimnii

der, angesteuert von einem Komparator (13), dem Signale für das Ende der Hauptladephase zugeführt werden, während der Hauptladephase den Teiler (5), dagegen während der Nachladephase den Ausgang des Analog-Frequenz-Wandlers (A) mit einem Impulszähler (10) zur Erfassung der jeweils erforderlichen Nachladungsmenge verbindet, dem ein Vergleicher (18) nachgeschaltet ist, der unter Beendigung des Ladevorgangs eine Speicherung der erforderlichen Nachlademenge veranlaßt, wenn sie kleiner als der Mindestwert ist, dagegen sonst den Ladevorgang höchstens bis zum Erreichen des Höchstwertes fortsetzt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (10) als Vorwärts- und Rückwärtszähler ausgebildet ist und der Komparator (13) beim Eintreffen der Signale für das Ende der Hauptladephase die Umschaltung von Vorwärts- auf Rückwärtszählung veranlaßt.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung auf eine Impulszahl begrenzt ist, die dem Höchstwert der Nachladungsmenge entspricht.