DE3328994C1

DE3328994C1 - Method and device for charging accumulators

Info

Publication number: DE3328994C1
Application number: DE3328994A
Authority: DE
Inventors: Frank-W. Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 3422 Bad Lauterberg Bothe
Original assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Current assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Priority date: 1983-08-11
Filing date: 1983-08-11
Publication date: 1984-11-08

Abstract

In a method for charging accumulators, in which the accumulator is charged to a gassing voltage in a first charging phase (L1), and further charging at a reduced current intensity takes place in a second charging phase (L2), the occurrence of acid coating in the accumulator or of excessive gassing is prevented in that charging takes place in the second charging phase (L2) at a current which is continuously switched over between a higher and a lower value, in such a way that the higher current value exceeds the gassing voltage and the lower current value is less than the gassing voltage. <IMAGE>

Description

0,16. Kg fließt. Durch das Ansteigen der Batteriespannung während der Ladung verändert sich aufgrund der Gesetzmäßigkeiten im elektrischen Schaltkreis der Strom, so daß bei richtiger Dimensionierung der Lade- strom gegen Ende der Ladung ca. 0,04. Ks beträgt.0.16. Kg flows. By increasing the battery voltage during the charge changes due to the laws in the electrical circuit the current, so that with correct dimensioning of the charging current towards the end of the charge approx. 0.04. Ks is.

Während der Ladung wird die Gasungsspannung von 2,4V pro Zelle (bei einem Blei-Akkumulator) überschritten. In der zweiten Ladephase wird daher ein relativ großer Anteil der Energie in Wärme und in Wasserzersetzung verbraucht Folglich kommt es zu Überladungen, die eine große Erwärmung der Batterie und einen übermäßigen Wasserverbrauch nach sich ziehen.During charging, the gassing voltage of 2.4V per cell (with a lead accumulator). In the second charging phase, a relative large proportion of the energy consumed in heat and in water decomposition consequently comes it leads to overcharges, which cause a great warming of the battery and an excessive Entail water consumption.

Die erhöhte Gasungsrate führt oft zu weiteren Schädigungen der Batterie, wie erhöhte Abschlammung, mossing usw.The increased gassing rate often leads to further damage to the battery, such as increased sludging, mossing, etc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnten Aufladungen von Akkumulatoren so zu verbessern, daß sowohl eine Säureschichtung als auch eine übermäßige Gasung des Akkumulators beim Ladevorgang vermieden wird. The invention is based on the object mentioned at the beginning To improve the charging of accumulators so that both an acid stratification and excessive gassing of the battery during the charging process is avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß in der zweiten Ladephase eine Aufladung mit einem ständig zwischen einem höheren und einem niedrigeren Wert umgeschalteten Strom so erfolgt, daß durch den höheren Stromwert die Gasungsspannung deutlich überschritten wird. According to the invention, this object is achieved in a method as described at the outset mentioned type solved in that in the second charging phase a charge with a constantly switched between a higher and a lower value current like this occurs that the gassing voltage is clearly exceeded due to the higher current value will.

Das erfindungsgemäße Verfahren vereint die Vorteile der bisherigen Ladeverfahren, ohne deren Nachteile mit in Kauf zu nehmen. Durch die deutliche Überschreitung der Gasungsspannung in der zweiten Ladephase wird eine Säureschichtung wirksam verhindert, da die Gasung eine gute Durchmischung des Elektrolyten bewirkt. Andererseits wird durch die ständige anschließende Unterschreitung der Gasungsspannung eine übermäßige Erwärmung und Wasserzersetzung vermieden. The method according to the invention combines the advantages of the previous ones Charging method without taking their disadvantages into account. By clearly exceeding it the gassing voltage in the second charging phase effectively prevents acid stratification, because the gassing causes good mixing of the electrolyte. On the other hand will due to the constant subsequent undershooting of the gassing voltage, an excessive Avoid heating and water decomposition.

Selbstverständlich wird einige Zeit benötigt, damit sich die gewünschten Zustände während der zweiten Ladephase jeweils einstellen. Vorzugsweise ist daher der jeweilige Stromwert für mindestens etwa eine Minute eingeschaltet.Of course, it will take some time for the desired Set the states during the second charging phase. It is therefore preferable the respective current value is switched on for at least about one minute.

Durch den niedrigeren Stromwert wird vorzugsweise die Gasungsspannung unterschritten, weil hierdurch ein hoher Wirkungsgrad der Ladung erzielt wird. Weist der Akkumulator sehr enge Zellen auf, kann es zweckmäßig sein, auch durch den niedrigeren Stromwert die Gasungsspannung, allerdings nur wenig, zu überschreiten, um eine kontinuierliche Gasung zur Vermeidung der Säureschichtung zu erzielen, ohne daß dabei eine starke Wasserzersetzung auftritt. Due to the lower current value, the gassing voltage is preferred fallen below, because this achieves a high degree of charging efficiency. Knows If the accumulator has very narrow cells, it may be useful to use the lower one as well Current value to exceed the gassing voltage, however only slightly, in order to be continuous To achieve gassing to avoid the acid stratification without creating a strong one Water decomposition occurs.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der niedrigere Stromwert wesentlich länger, etwa viermal so lange, eingeschaltet als der höhere Stromwert. Die Einschaltdauer des niedrigeren Stromwertes liegt vorzugsweise zwischen vier und sechzehn Minuten und die des höheren Stromwertes zwischen einer und vier Minuten. In a preferred embodiment of the method according to the invention the lower current value is switched on for much longer, around four times as long than the higher current value. The duty cycle of the lower current value is preferably between four and sixteen minutes and that of the higher current value between one and four minutes.

Bei der Durchführung des IU-Ladeverfahrens ist es vorteilhaft, wenn der niedrigere Stromwert dem üblichen Stromwert der IU-Ladung entspricht und dieser niedrige Stromwert durch den höheren Stromwert impulsartig erhöht wird. Bei diesem Ladeverfahren kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Ladung in der ersten Ladephase mit einer Stromstärke von 0,2. Kg bis 0,25. Ks durchgeführt werden, ohne daß es zu einer Verlängerung der Ladung gegenüber der herkömmlichen Ladung mit den Anfangsströmen 0,5. Kg kommt Hierdurch werden die Risiken der Überladung einzelner Akkumulatoren in einer größeren Ladeanlage für Parallelladung wesentlich vermindert Bei der Durchführung des W-Ladeverfahrens entspricht erfindungsgemäß der erste Stromwert der üblichen Stromstärke der W-Ladung in der zweiten Ladephase. Diese übliche Stromstärke wird durch den zweiten Stromwert impulsartig vermindert Vorzugsweise wird die Stromstärke so dimensioniert, daß der erste Stromwert bei ca. 0,04 bis 0,06. Kr, der zweite Stromwert bei 0,01 bis 0,02. Ks bei Ladeende liegt. When carrying out the IU charging process, it is advantageous if the lower current value corresponds to the usual current value of the IU charge and this low current value is increased impulsively by the higher current value. With this one Charging method can use the method according to the invention to charge in the first Charging phase with a current of 0.2. Kg to 0.25. Ks can be done without that it leads to an extension of the charge compared to the conventional charge with the Initial currents 0.5. Kg comes This reduces the risks of overloading individual Accumulators in a larger charging system for parallel charging are significantly reduced When the W charging method is carried out, according to the invention, the first current value corresponds the usual amperage of the W charge in the second charge phase. This usual amperage is reduced in a pulse-like manner by the second current value. The current intensity is preferably dimensioned so that the first current value at approx. 0.04 to 0.06. Kr, the second Current value at 0.01 to 0.02. Ks is at the end of loading.

Selbstverständlich ist es bei der Durchführung der W-Ladung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, wie bei der W-Ladung in herkömmlicher Weise eine automatische Abschaltung vorzunehmen. It goes without saying that this is the case when carrying out the W-charge possible with the method according to the invention, as is the case with W-charging in a conventional manner to perform an automatic shutdown.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Laden von Akkumulatoren gelöst, mit der der Akkumulator bis zur Gasungsspannung aufgeladen wird und in einer zweiten Ladephase eine weitere Aufladung mit einer verringerten Stromstärke erfährt, wenn eine Schaltung zur impulsartigen Erhöhung oder Absenkung der Stromstärke während der zweiten Ladephase vorhanden ist. Dadurch läßt sich mit der Vorrichtung das obenerwähnte Verfahren durchführen. The object on which the invention is based is furthermore achieved by a device for charging accumulators solved, with which the accumulator to is charged to the gassing voltage and in a second charging phase another Charging with a reduced amperage is experienced when a circuit is pulsed Increase or decrease in current intensity during the second charging phase is. As a result, the above-mentioned method can be carried out with the device.

Bei einem Ladegerät für eine IU-Ladung kann vorzugsweise ein interner Regler zur impulsartigen Aufhebung der Spannungsbegrenzung in der zweiten Ladephase vorhanden sein. In the case of a charger for an IU charge, an internal Regulator for the impulse-like cancellation of the voltage limitation in the second charging phase to be available.

Für größere Ladeanlagen kann es vorteilhaft sein, wenn ein Hilfsgerät jeweils die impulsartige Zuführung des dem ersten Stromwert entsprechenden Stroms während der zweiten Ladephase besorgt. For larger charging systems, it can be advantageous if an auxiliary device in each case the pulse-like supply of the current corresponding to the first current value worried during the second charge phase.

Bei einem Gerät zur W-Ladung, das einen Transformator mit einem nachgeschalteten Gleichrichter aufweist, ist erfindungsgemäß eine elektrische Umschaltrichtung zwischen verschiedenen Primärwicklungen des Transformators vorgesehen. Alternativ kann aber auch eine Thyristor-Regelschaltung auf der Primärseite des Transformators angeordnet werden. In the case of a device for W charging that has a transformer with a downstream Having rectifier is, according to the invention, an electrical switching between different primary windings of the transformer are provided. Alternatively, however a thyristor control circuit is also placed on the primary side of the transformer will.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ladungsdiagrammen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 eine Ladekennlinie für eine IU-Ladung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 2 eine Ladekennlinie für eine W-Ladung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. The invention is to be shown in the following with reference to in the drawing Charge diagrams are explained in more detail. 1 shows a charging curve for an IU charge according to the method according to the invention; Fig. 2 shows a charging curve for a W charge according to the method according to the invention.

In Fig. 1 ist der Ladestrom in Abhängigkeit von der Ladezeit für eine IU-Ladung aufgetragen. Der Ladestrom beträgt erfindungsgemäß in der ersten Ladephase L 1 25% der Kapazität K5. In der zweiten Ladephase L 2 sinkt der Strom sehr schnell ab und unterschreitet schnell einen Wert, der die Zellenspannung unter die Gasungsspannung sinken läßt Erfindungsgemäß wird nunmehr impulsartig der Stromwert angehoben, so daß die Gasungsspannung wieder für kurze Zeit überschritten wird. Danach wird der Stromwert auf den normalen Wert der IU-Ladung abgesenkt. Regelmäßig findet danach eine impulsartige Erhöhung des Stroms statt, wobei das Tastverhältnis für die erhöhten Stromimpulse 1:4 beträgt Die Einschaltdauer für die erhöhten Stromwerte liegt zwischen einer und vier Minuten, während die Einschaltdauer für den niedrigen Stromwert zwischen vier und sechzehn Minuten liegt. In Fig. 1, the charging current is a function of the charging time for applied an IU charge. According to the invention, the charging current is in the first Charging phase L 1 25% of the capacity K5. In the second charging phase L 2, the current drops drops very quickly and quickly falls below a value that falls below the cell voltage the gassing voltage can drop. According to the invention, the current value is now pulsed raised so that the gassing voltage is exceeded again for a short time. After that, the current value is lowered to the normal value of the IU charge. Regularly there is then a pulse-like increase in the current, whereby the duty cycle for the increased current pulses 1: 4 the duty cycle for the increased current values is is between one and four minutes, while the duty cycle for the low Current value is between four and sixteen minutes.

Fig 2 zeigt die Größe des Stroms in Abhängigkeit von der Ladezeit für eine W-Ladung. Diese beginnt mit einer Stromstärke von ca. 16% von Kg und fällt in der ersten Ladephase L 1 kontinuierlich ab. Bei der herkömmlichen W-Ladung verlangsamt sich der Stromabfall in der zweiten Ladephase. Der Stromverlauf für die herkömmliche W-Ladung ist in F i g. 2 in der zweiten Ladephase gestrichelt dargestellt Erfindungsgemäß wird in der zweiten Ladephase der Strom impulsartig gegenüber der herkömmlichen Stromstärke abgesenkt, so daß der in durchgezogenen Linien dargestellte Stromverlauf entsteht Wiederum gilt auch hier, daß die niedrigere Stromwert etwa viermal so lange eingeschaltet ist wie der höhere Stromwert. F i g. 2 läßt erkennen, daß der höhere Stromwert wie der niedrigere Stromwert nicht konstant sein müssen. Wesentlich ist, daß mit dem höheren Stromwert die Gasungsspannung überschritten und mit dem niedrigeren Stromwert die Gasungsspannung wieder unterschritten wird. 2 shows the magnitude of the current as a function of the charging time for a W charge. This begins with an amperage of approx. 16% of kg and falls in the first charging phase L 1 from continuously. Slowed down with conventional W charging the power drop in the second charging phase. The current flow for the conventional W-charge is in FIG. 2 shown in dashed lines in the second charging phase according to the invention In the second charging phase, the current is pulsed towards the conventional amperage lowered, so that the one shown in solid lines Current curve arises Again applies here that the lower current value approximately is switched on four times as long as the higher current value. F i g. 2 shows that the higher current value as the lower current value need not be constant. It is essential that the gassing voltage is exceeded with the higher current value and with the lower current value the gassing voltage is again undershot.

Der in F i g. 2 dargestellte Stromverlauf läßt sich leicht durch eine Umschaltung der Primärwindungen des Transformators des Ladegerätes in der zweiten Ladephase erreichen. The in F i g. The current curve shown in FIG. 2 can be easily passed through a switchover of the primary windings of the transformer of the charger in the second Reach the loading phase.

Es hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen IU-Ladung das Verhältnis zwischen eingeladener Lademenge und vorher entnommener Kapazität zwischen 1,06 und 1,08 liegt, also gegenüber dem herkömmlichen Ladefaktor von ca. 1,05 nur unwesentlich erhöht ist. Die Volladung der Batterie kann innerhalb von 10 bis 12 Stunden erfolgen. Diese Zeit ist gleich oder liegt etwas niedriger als die für die konventionelle IU-Ladung erforderliche Zeit Diese Ladezeit für das erfindungsgemäße Verfahren ist für den gegenüber dem herkömmlichen Anfangsstrom halbierten Anfangsstrom berechnet. Wird der gleiche Anfangsstrom wie herkömmlich verwendet, läßt sich eine Ladezeit von sieben bis acht Stunden erreichen. It has been shown that the IU charge according to the invention Relationship between the amount charged and the capacity previously withdrawn between 1.06 and 1.08, i.e. only compared to the conventional load factor of approx. 1.05 is insignificantly increased. The battery can be fully charged within 10 to 12 Hours. This time is the same or slightly less than that for the time required for conventional IU charging This charging time for the inventive Process is for the initial stream that is halved compared to the conventional initial stream calculated. If the same initial current is used as is conventional, a Achieve charging time of seven to eight hours.

Bei der W-Ladung führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer 10%gen Einsparung der Lademenge, da bei herkömmlichen W-Ladern der Ladefaktor bei ca. In the case of the W charge, the method according to the invention leads to a 10% gene Saving the amount of charge, as the charge factor for conventional W chargers is approx.

1,18 liegt, während er erfindungsgemäß bei 1,08 liegt.1.18, while according to the invention it is 1.08.

Bei der herkömmlichen W-Ladung erwärmt sich die Batterie von 30°C auf 45°C, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Aufheizung von der gleichen Starttemperatur auf nur ca. 380 C erfolgt. Durch die Erfindung läßt sich hier also nicht nur eine Energieeinsparung, sondern auch eine Erhöhung der Lebensdauer der Batterie durch die verringerte Gasung und Temperaturerhöhung erzielen.With conventional W charging, the battery heats up by 30 ° C to 45 ° C., while in the process according to the invention a heating of the same The starting temperature is only approx. 380 ° C. The invention can be used here not only an energy saving, but also an increase in the service life of the Achieve battery through the reduced gassing and temperature increase.

Claims

Claims: 1. A method for charging accumulators, in which in a first charging phase (L 1, L 1 ') the accumulator is charged up to the gassing voltage is and in a second charging phase (L 2, L 2 ') a further charge with a reduced amperage takes place, characterized in that in the second charging phase (L 2, L 2 ') a charge with a constantly between a higher and a lower The value of the switched current takes place in such a way that the higher current value causes the gassing voltage is clearly exceeded.

2. The method according to claim 1, characterized in that by the lower current value the gassing voltage is undershot.

3. The method according to claim 1, characterized in that by the lower current value, the gassing voltage is only slightly exceeded.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the higher and lower current values are turned on for at least about one minute will.

5. The method according to claim 4, characterized in that the duty cycle the lower current value four to sixteen minutes and that of the higher current value is one to four minutes.

6. The method according to any one of claims 1 to 5 for performing a IU charge, characterized in that the lower current value is the usual current value corresponds to the IU charge, which is increased in pulses by the higher current value.

7. The method according to claim 6, characterized in that the charge in the first charging phase (L 1) with an amperage of 0.2. Kg to 0.25. K5 carried out will.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the higher current value at the end of the second charging phase between 0.04 and 0.06. Ks lies.

9. The method according to any one of claims 1 to 8 for performing a W-charge, characterized in that the higher current value of the usual current strength corresponds to the W-charge in the second charge phase (L 2 ') and that this by the lower current value is reduced in a pulsed manner.

10. The method according to claim 9, characterized in that the higher Current value at approx. 0.04 to 0.06. Ks and the lower current value at 0.01 to 0.02. Kg at the end of loading

11. Device for charging accumulators according to the method according to one of claims 1 to 10, characterized by a circuit for pulse-like Increase or decrease the current intensity during the second charging phase (L 2, L 2 ').

12. The device according to claim 11 for performing the method according to one of claims 4 to 6, characterized by an internal controller for pulse-like cancellation of the voltage limitation.

13. The device according to claim 11 for performing the method according to one of claims 6 to 8, characterized by an auxiliary device for pulse-like Supply of the current corresponding to the higher current value during the second charging phase (L2).

14. The apparatus of claim 11 with a transformer with a downstream Rectifier for carrying out the method according to claim 9 or 10, characterized by an electrical switching device between different primary windings of the transformer.

15. The apparatus of claim 11 with a transformer with a downstream Rectifier for carrying out the method according to claim 9 or 10, characterized by a thyristor control circuit on the primary side of the transformer.

The invention relates to a method for charging accumulators, in which the accumulator is charged up to the gassing voltage in a first charging phase and in a second charging phase a further charge with a reduced Amperage occurs. The invention also relates to an implementation device of the procedure.

Such charging methods are particularly useful for traction batteries of great importance, as these are discharged to a lower limit value during operation, in order to be recharged as completely as possible.

In practice, different charging methods are used, of which the IU charge and the W charge are the most significant. During the IU loading takes place an initial charge with a current limitation, i.e. with a constant current. Achieved If the charged cell has its gassing voltage (2.4 V), it will be charged with a constant voltage continued, whereby the current strongly fills up. In the second Charging phase (voltage U constant), the battery does not enter the gassing phase. This achieves a high degree of efficiency and low battery heating, However, there is the disadvantage of the so-called acid layers, which reduce the effectiveness of the accumulator both in the charging and in the discharging phase.

The current flowing in the first charging phase is proportional to the Capacity of the accumulator selected.

In the case of larger charging stations, it is common to have several batteries in parallel charge, so that the initial current because of the now effective larger capacity must be increased. To achieve a reasonable loading time, it is common to use the Initial current with an amperage of 0.5. Choose Kg, where Ks is the five hour Nominal capacity is. Is such a charging station for charging several accumulators designed, it comes to inadmissibly high initial currents when this charging station with only one or a few batteries is fitted, which makes it possible through the internal resistance the accumulators already in the initial phase to an impermissible heating and this can damage the battery. A lowering of the initial current but leads to a significantly longer charging time, so that this measure in the Practice is out of the question.

The W charging process only requires a very simple charger, the consists essentially of a transformer and a bridge rectifier. The device is designed so that an initial charging current of approx.