DE3736069C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE3736069C2 DE3736069C2 DE3736069A DE3736069A DE3736069C2 DE 3736069 C2 DE3736069 C2 DE 3736069C2 DE 3736069 A DE3736069 A DE 3736069A DE 3736069 A DE3736069 A DE 3736069A DE 3736069 C2 DE3736069 C2 DE 3736069C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- current
- temperature
- battery
- value
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
- H01M4/16—Processes of manufacture
- H01M4/22—Forming of electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
- H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
- H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formieren
elektrischer Batterien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Batterien müssen nach ihrer Herstellung formiert werden,
um die zunächst gleichen Batterieplatten zu polarisieren.
Bei der Formierung, die sich über mehrere
Stunden oder Tage erstreckt, wird durch die Batterie
ein Strom geschickt, der u. a. eine erhebliche Erwärmung
und Gasentwicklung zur Folge hat. Üblicherweise wird
der Strom nach einem bestimmten zeitlichen Programm
dosiert, d. h. der Formierungsstrom hat in Abhängigkeit
von der Zeit einen vorbestimmten Verlauf. Zur Vermeidung
von Schäden an der Batterie und aus Sicherheitsgründen
muß der Formierungsstrom so gewählt werden, daß
die maximal zulässige Temperatur nicht überschritten
wird. Da die Temperatur der Batterie nicht nur vom Formierungsprozeß
selbst, sondern auch von der Umgebungstemperatur
und von anderen Einflüssen abhängt, bemißt
man das Stromprogramm so, daß die zulässige Batterietemperatur
in keinem Fall überschritten wird. Bei Überschreiten
der zulässigen Temperatur können Explosionen
auftreten, weil sich während des Formierungsprozesses
Knallgas bildet. Die Gasentwicklung und die Temperaturentwicklung
der Batterie sind bei der Formierung nur
schwer zu beherrschen, so daß man den Formierungsstrom
so einstellt, daß eine Gefährdung in jedem Fall vermieden
wird. Dies hat zur Folge, daß der Formierungsprozeß
sehr lange dauert, was die Herstellungskosten der Batterien
vergrößert.
Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geht aus von
einem Verfahren wie es generell aus US-34 21 067 bekannt
ist. Dieses bekannte Verfahren dient zum Laden
einer Batterie, aus der von einem Verbraucher Strom
entnommen wird, also nicht zum Formieren. Das ständig
an die Batterie angeschlossene Ladegerät enthält ein
Coulometer, über das ein geringer Anteil des Ladestroms
und des Entladestroms fließt und dessen Zustand somit
die in der Batterie enthaltene Ladungsmenge angibt.
Wenn die Batterie teilweise entladen ist, bewirkt das
Coulometer, daß die Batterie mit dem vollen verfügbaren
Strom aufgeladen wird, bis derselbe Ladezustand erreicht
ist, der vor dem Entladen vorhanden war. Danach
wird ein geringer Aufrechterhaltungsstrom durch die
Batterie geschickt. Eine derartige ausschließlich
ladungsabhängige Steuerung würde bei der Formierung
einer Batterie dazu führen, daß in der Anfangsphase
eine starke Gas- und Temperaturentwicklung entstehen
würde, die auch nachfolgend nicht mehr beherrschbar
wäre.
US 39 06 329 beschreibt ein Ladeverfahren für
Batterien, bei dem der Entladestrom mit einem Faktor
multipliziert wird, der von der jeweiligen Batterietemperatur
abhängt. Das erhaltene Produkt wird anschließend
in einer Integrationsschaltung integriert.
Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung gibt die
noch verfügbare Aufladungskapazität der Batterie an.
Beim Aufladen wird der Ladestrom zunächst mit einem
Ladefaktor von "1" multipliziert, so daß auch hier zunächst
mit vollem Ladestrom gearbeitet wird. Beim Überschreiten
einer Temperaturschwelle wird der Ladefaktor
mit einer der thermischen Trägheit der Batterie entsprechenden
Verzögerung kontinuierlich verringert. Auch
dieses Verfahren ist für die Batterieinformation nicht
anwendbar, weil in der Anfangsphase ein viel zu hoher
Batteriestrom eingestellt würde.
DE 37 05 222 A1 beschreibt ein Batterieladegerät, bei
dem die Temperatur der zu ladenden Batterie gemessen
wird. Die Regelung des Ladestroms erfolgt in Abhängigkeit
von dem Temperaturgradienten der Batterie. Wenn
dieser Temperaturgradient einen Schwellenwert übersteigt,
wird der Batterie nur noch ein geringer Aufrechterhaltungsstrom
zugeführt. Eine ausschließlich vom
Temperaturgradienten abhängige Steuerung des Ladestroms
würde bei Formationsprozessen zu einer vorzeitigen Beendigung
des Ladevorgangs führen, weil hier in der Anfangsphase
bei vollem Ladestrom ein starker Temperaturanstieg
erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen
Art zu schaffen, das bei der Formation von Batterien
eine erhebliche Einsparung von Zeit und Stromkosten
ermöglicht und bei dem sichergestellt ist, daß insbesondere
in der Anfangsphase keine zu starke Gasbildung
und Temperaturentwicklung eintritt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen
Merkmalen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bestimmte
Formationsstromstärken in Abhängigkeit von dem jeweils
bisher erreichten Formationsgrad der Batterie vorgegeben.
Zur Ermittlung des Formationszustands wird das
Zeitintegral über den Formationsstrom gebildet. Wenn
dieses Zeitintervall, d. h. die Ladungsmenge, bestimmte
Grenzwerte erreicht, wird jeweils ein neuer Stromwert
eingestellt. Auf diese Weise wird der Formationsprozeß
in Intervalle aufgeteilt, in denen unterschiedliche
Ladeströme fließen. Die Dauer dieser Intervalle ist
jedoch nicht festgelegt, sondern sie ändert sich in
Abhängigkeit von der der Batterie vom Beginn des Formationsprozesses
an zugeführten Ladungsmenge. Bei einem
typischen Stromverlauf beginnt die Formation zunächst
mit dem halben Wert des vollen Batteriestroms. Nach
Beendigung eines Anfangsintervalls und Erreichen einer
bestimmten Ladungsmenge wird auf den vollen Batteriestrom
umgeschaltet, der über einen wesentlichen Anteil
des Formationsprozesses beibehalten wird. Wenn etwa 90%
der insgesamt zuzuführenden Ladungsmenge erreicht sind,
wird der Strom auf einen Bruchteil des vollen Ladestroms
umgeschaltet, z. B. auf ein Viertel, bis nach
Erreichen der vollen Ladungsmenge der Strom abgeschaltet
wird.
Dadurch, daß für bestimmte Ladungsmengenintervalle bestimmte
Stromstärken vorgegeben werden, kann die
Batterietemperatur durch geeignete Wahl der jeweiligen
Stromstärken jeweils unter einer oberen Grenze gehalten
werden. Die für die Ladungsmengenintervalle geeigneten
Temperaturwerte werden zuvor durch Versuche ermittelt.
Es wird ein guter Wirkungsgrad des Batteriestroms ohne
unnötige Wärmeverluste erreicht, und der Formierungsprozeß
kann in relativ kurzer Zeit beendet werden.
Der ladungsmengenabhängigen Steuerung ist eine Temperatursteuerung
überlagert, wobei die ladungsmengenabhängige
Steuerung die Intervalle der verschiedenen
Soll-Stromstärken bestimmt und die temperaturabhängige
Steuerung eine Art Wächterfunktion hat, durch die
sichergestellt wird, daß der Soll-Strom derart reduziert
wird, daß eine bestimmte Batterietemperatur nicht
überschritten wird. Bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen
würde beispielsweise der Stromverlauf ausschließlich
in Abhängigkeit von der Ladungsmenge gesteuert
werden, weil die obere Grenztemperatur nicht
erreicht würde. Bei höheren Temperaturen - und dies
gilt auch bereits für Raumtemperatur - beeinflußt jedoch
die temperaturabhängige Strombegrenzung den Formationsstrom.
Dadurch wird erreicht, daß die Ladung mit
maximal zulässiger Stromstärke und somit in kürzester
Zeit durchgeführt werden kann.
Der Formierungsprozeß einer Batterie ist regelungstechnisch
schwer zu beherrschen, weil Zeitkonstanten in
ganz unterschiedlichen Größenordnungen zu berücksichtigen
sind. Die thermische Zeitkonstante der Batterie ist
ein sehr großer Wert, so daß die thermische Regelung
mit den üblichen Reglern, die wesentlich kleinere Regelzeitkonstanten
haben, nicht ohne weiteres durchführbar
ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 4 wird einerseits die
Temperatur-Regelabweichung und andererseits der Gradient
des zeitlichen Verlaufs der Temperatur bestimmt,
um daraus den Wert des neu einzustellenden Stroms zu
ermitteln. Da sowohl die Regelabweichung als auch der
Gradient ausgewertet werden, erhält man eine gute Anpassung
des Temperaturverlaufs an den Soll-Temperaturverlauf
bei nur geringfügigem Überschwingen, also ein
gutes Folgeverhalten des Regelprozesses unter Berücksichtigung
der thermischen Zeitkonstante der Batterie.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Darstellung des Temperaturverlaufs der
Batterie bei ladungsmengenabhängiger Intervallsteuerung
und temperaturgeregelter Stromeinstellung,
Fig. 2 eine Darstellung des Stromverlaufs bei der
Schrittsteuerung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Darstellung des Stromverlaufs über der
Zeit bei der Stromsteuerung bzw. -regelung
nach Fig. 1 und 2,
Fig. 4 die Ladungsmenge als Funktion der Zeit,
Fig. 5 den Temperaturverlauf als Funktion der Zeit,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Formierungs-Steuergerätes,
Fig. 7 eine graphische Darstellung des Proportional-
Regelfaktors in Abhängigkeit von der
Temperatur-Regelabweichung,
Fig. 8 eine graphische Darstellung des Gradienten-
Regelfaktors in Abhängigkeit von dem
Temperaturgradienten,
Fig. 9 in vergrößertem Maßstab den Block zur Erzeugung
des einzustellenden Stromwertes mit
graphischer Erläuterung der Funktion,
Fig. 10 den Block zur Speicherung und Rückkopplung des
vorherigen Stromwertes zur anschließenden Berechnung
des neuen Stromwertes mit graphischer
Darstellung der Funktion und
Fig. 11 einen Block zur Selektion zwischen Stromsteuerung
und Spannungssteuerung unter graphischer
Verdeutlichung der Funktion.
Zunächst wird anhand der Fig. 1 bis 5 der grundsätzliche
Ablauf des Temperatursteuer- und -regelverfahrens
beschrieben.
In Fig. 1 ist die Batterietemperatur T in Abhängigkeit
von der Ladungsmenge L (in Ah = Amperestunden) dargestellt,
während Fig. 2 den zugehörigen Verlauf des
Stroms I darstellt. Zu Beginn des Formationsprozesses
wird der Strom I₁ eingestellt, der etwa die Hälfte des
vollen Formationsstroms I₂ beträgt. Während des
gesamten Formationsprozesses wird die der Batterie
zugeführte Ladungsmenge durch Bildung des Zeitintegrals
des Ladestroms gemessen. Wenn die Ladungsmenge L den
Wert L₁ erreicht, ist das Anfahrintervall beendet, und
der Strom wird auf den vollen Formationsstrom I₂ umgeschaltet.
Dieser wird so lange beibehalten, bis die
Soll-Temperatur TS der Batterie erreicht ist (Fig. 1).
Um die Soll-Temperatur TS herum liegt ein schraffiert
dargestelltes Toleranzband, dessen obere Temperatur TO
in konstantem Abstand TD über der Soll-Temperatur TS
und dessen untere Temperatur TU im Abstand TD unterhalb
der Soll-Temperatur TS verläuft. Über der oberen
Temperatur TO verläuft in konstantem Abstand die
Maximaltemperatur TM, die keinesfalls überschritten
werden darf, und bei deren Überschreiten das Formierungssteuergerät
abgeschaltet wird. In Fig. 1 ist
der Verlauf einer Ist-Temperatur TI dargestellt. Die
Regelabweichung, d. h. die Differenz zwischen Ist-
Temperatur TI und Soll-Temperatur TS ist in Fig. 1 mit
Δ T bezeichnet. Die Stromregelung erfolgt in der Weise,
daß ein der Regelabweichung Δ T entsprechender Proportional-
Regelfaktor und ein dem zeitlichen Gradienten
(d. h. der Steigung) der Ist-Temperaturkurve entsprechender
Gradienten-Regelfaktor gebildet werden.
Beide Regelfaktoren werden zur Bildung eines Gesamt-
Regelfaktors miteinander kombiniert. Der Gesamt-
Regelfaktor verändert den Strom in der Weise, daß die
Ist-Temperatur TI der Soll-Temperatur TS folgt.
Durch die Temperaturregelung ergibt sich anstelle des
in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Stromverlaufs der
in durchgezogenen Linien dargestellte Stromverlauf.
Wenn die Ladungsmenge L₂ erreicht ist, die noch nicht
der endgültigen Ladungsmenge L₃ entspricht, wird ein
geringer Restladestrom I₃ eingestellt, der so lange
fließt, bis die endgültige Ladungsmenge L₃ erreicht
ist.
Fig. 3, 4 und 5 zeigen jeweils die zeitlichen Verläufe
von Strom, Ladungsmenge und Temperatur, bei dem in den
Fig. 1 und 2 dargestellten Formierungsprozeß. In
Fig. 3 bezeichnet die gestrichelte Linie den Verlauf
des Batteriestroms I(L), der sich ohne Temperaturregelung
bei ausschließlich ladungsabhängiger Steuerung
einstellen würde. Zum Zeitpunkt t₁ wird der Strom I vom
Wert I₁ auf den Wert I₂ umgeschaltet. Wenn der Wert I₂
bis zum Erreichen der Ladungsmenge L₂ beibehalten
würde, würde der Nachladevorgang sich vom Zeitpunkt t₂
bis zum Zeitpunkt t₃ erstrecken, und dann wäre die
Formation beendet. Infolge der Temperaturregelung
ergibt sich die Stromkurve I(L, T), bei der der Strom
nicht nur in Abhängigkeit vom Ladezustand, sondern auch
von der Temperatur T gesteuert wird. Durch die
geringere Stromstärke im Intervall von t₁ bis t₂ verlängert
sich dieses Intervall bis zum Zeitpunkt t₂′.
Durch die ladungsabhängige Steuerung wird automatisch
erreicht, daß die Fläche des kreuzschraffierten
Bereichs gleich derjenigen des schraffierten Bereichs
ist. Der Ladevorgang wird entsprechend später, zum
Zeitpunkt t₃′, beendet.
Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ladungsmenge L
ohne Temperaturregelung (gestrichelt) und L(T) mit
Temperaturregelung.
In Fig. 5 ist die Temperatur T in Abhängigkeit von der
Zeit t dargestellt. Punkt 1 der Temperaturkurve TI
bezeichnet den Punkt, an dem die Temperatur durch
Erhöhung des Stroms von I₁ auf I₂ schneller ansteigt,
und Punkt 2 bezeichnet den Punkt, bei dem die temperaturabhängige
Regelung des Stroms einsetzt.
Gemäß Fig. 6 ist die zu formierende Batterie B in Reihe
mit einem Stromsteuergerät SSG an eine Gleichstromquelle
GL angeschlossen. In Reihe mit der Batterie B
ist ferner ein niederohmiger Meßwiderstand R geschaltet.
An der Batterie B ist ein Temperaturmeßfühler TMV
angebracht, der mit einem Verstärker V 1 verbunden ist.
Die Klemmenspannung der Batterie B wird einem Verstärker
V 2 zugeführt, und die Spannung am Meßwiderstand R
wird einem Verstärker V 3 zugeführt. Der Verstärker V 1
liefert einen Wert, der der Ist-Temperatur TI entspricht,
an die Abtast- und Halteschaltung SH, die von
einem Impulstakt CL getaktet ist und beim Eintreffen
eines Taktimpulses den Wert TI ausgibt. Der Verstärker
V 2 liefert einen der Batteriespannung U entsprechenden
Wert, und der Verstärker V 3 liefert einen dem Batteriestrom
I entsprechenden Wert.
Die Ist-Temperatur TI wird von der Abtast- und Halteschaltung
SH dem X-Eingang der Subtrahierschaltung SC
zugeführt. Der Y-Eingang der Subtrahierschaltung SC
empfängt die Soll-Temperatur TS von der Ausleseschaltung
ROT eines Speichers ST, in dem die Soll-Temperatur
TS, die sich in Abhängigkeit von der Ladungsmenge
ändern kann, gespeichert ist. Ein Steuerwerk CS enthält
einen Taktgeber, der die verstrichene Zeit mißt und die
Ausleseschaltung ROT so steuert, daß diese aus dem
Speicher ST jeweils die für die betreffende Ladungsmenge
geltende Soll-Temperatur TS ausliest. Das Steuerwerk
CS liefert ferner den Impulstakt CL und das Rücksetzsignal
RESET für den Integrator INT.
Der Integrator INT empfängt den Stromwert I vom Verstärker
V 3 und bildet das Zeitintegral des der Batterie
B zugeführten Formationsstroms. Zu diesem Zweck wird
ihm der Impulstakt CL als Zeitreferenz zugeführt. Der
Integrator INT wird durch das Rücksetzsignal RESET dann
zurückgesetzt, wenn die End-Ladungsmenge L 3 erreicht
ist. Der Integrator liefert das Ladungsmengensignal L,
das das Auslesen der verschiedenen Parameter durch die
Ausleseschaltungen ROT, ROI und ROU steuert.
Der Subtrahierer SC bildet das Signal Δ T=TI-TS, das
dem Funktionsgeber F 1 zugeführt wird. Der Funktionsgeber
F 1 empfängt außerdem ein Signal, das die halbe
Breite TD des Toleranzbandes angibt (Fig. 1) sowie
einen Grenzwert PRG für den Proportional-Regelfaktor
PR.
Aus der Regelabweichung Δ T erzeugt der Funktionsgeber
F 1 den Proportional-Regelfaktor PR gemäß der in Fig. 7
dargestellten Funktion. PR ist "1", wenn Δ T=0 ist.
Wenn Δ T den Wert TD hat, wenn also der obere Grenzwert
T 0 gemäß Fig. 1 erreicht ist, hat PR den Wert Null.
Wenn die Temperatur TI den Wert T 0 übersteigt, ist der
Proportional-Regelfaktor PR stets Null. Im Bereich
unterhalb des oberen Grenzwerts T 0 vergrößert sich PR
linear mit abnehmender Temperatur. Der Wert von PR ist
auf den Grenzwert PRG begrenzt, der zwischen "1" und
"2" liegt. Dies bedeutet, daß die Linearität des Proportional-
Regelfaktors PR sich nicht über das gesamte
Toleranzband der Breite 2TD erstreckt, sondern über dem
unteren Grenzwert TU endet.
Die Ist-Temperatur TI wird im Takt der Taktimpulse CL
einem Gradientenbildner GB zugeführt, der in Zeitintervallen
von jeweils etwa einer Minute die Differenz
zwischen den beiden Temperaturwerten bildet und den
Temperaturgradienten TG ausgibt. Der Temperaturgradient
TG wird dem Funktionsgeber F 2 zugeführt, welcher außerdem
einen Grenzwert GRG für den Gradienten-Regelfaktor
und einen der thermischen Zeitkonstante der Batterie
entsprechenden Wert TAU empfängt. Der Funktionsgeber F 2
erzeugt entsprechend der in Fig. 8 dargestellten Kurve
den Gradienten-Regelfaktor GR in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten
TG. Der Gradienten-Regelfaktor GR
wird nach der folgenden Formel bestimmt:
GR ist "1", wenn der Temperaturgradient TG Null ist.
Nach oben hin ist GR durch den Grenzwert GRG begrenzt,
der zwischen "1" und "2" liegt. Man erkennt, daß der
Gradienten-Regelfaktor GR um so größer ist, je kleiner
der Temperaturgradient TG ist, wobei nach oben hin jedoch
eine Begrenzung auf den Wert GRG erfolgt, der
größer als "1" ist.
Der Proportional-Regelfaktor PR und der Gradienten-
Regelfaktor GR werden einer Rechenschaltung CC zugeführt,
die den Gesamt-Regelfaktor RF nach der Formel
bildet.
An einem Multiplizierer M wird der Gesamt-Regelfaktor
RF mit dem bei dem vorhergehenden Meßintervall eingestellten
Strom I(n-1) multipliziert. Der so entstandene
Stromwert RF · I(n-1) wird einem Funktionsgeber
F 3 zugeführt, der außerdem einen Wert für den
Soll-Strom ISV und den Wert der Ist-Temperatur TI empfängt.
Außerdem werden dem Funktionsgeber F 3, der obere
Grenzwert TO und der untere Grenzwert TU des Temperatur-
Toleranzbandes (Fig. 1) zugeführt. Die Grenzwerte TO
und TU werden von einer Summier- und Subtrahierschaltung
S 1 erzeugt, welche die Signale TS und TD empfängt
und daraus durch Summierung bzw. Subtrahierung die
Grenzwerte TO und TU bildet.
Die Funktion des Funktionsgebers F 3 ist in Fig. 9 dargestellt.
Bei Empfang eines Taktimpulses CL leitet der
Funktionsgeber F 3 das an einem Eingang empfangene Signal
RF · I(n-1) unverändert zum Ausgang weiter, um den
neuen Stromwert In zu bilden, sofern die Ist-Temperatur
TI der Batterie zwischen TO und TU liegt. Wenn die Ist-
Temperatur TI kleiner als TU ist, gibt der Funktionsgeber
F 3 den Vorgabe-Soll-Stromwert ISV an den Ausgang
weiter, so daß In=ISV ist. Übersteigt dagegen die
Ist-Temperatur den Grenzwert TO, dann wird In=0. In
gibt den jeweils neu einzustellenden Stromwert an, der
in dem n-ten Meßintervall ermittelt wurde. Dieser
Stromwert In wird einem Funktionsgeber F 4 (Fig. 10) zugeführt,
der außerdem den Wert ISV des Soll-Stroms und einen
Nullfaktor NF empfängt. Der Funktionsgeber F 4 leitet
auf einen Taktimpuls CL hin den Wert In unverändert zu
seinem Ausgang, um den Wert I(n-1) zu bilden. Lediglich,
wenn der Wert In Null ist, bildet der Funktionsgeber
F 4 das Produkt I(n-1)=ISV · NF, damit beim Anlaufen
des Gerätes, also wenn der Strom I anfänglich
den Wert Null hat, ein Strom eingestellt werden kann,
der größer als Null ist.
Der Soll-Strom IS ist für die einzelnen Intervalle in
einem Stromwertspeicher SI gespeichert. Von einer Ausleseschaltung
ROI, die von dem Steuerwerk CS getaktet
wird, wird für jedes durch die Ladungsmengen L 1, L 2 und
L 3 bestimmte Intervall der zugehörige Soll-Strom IS
ausgelesen, wobei sich der Sollstrom innerhalb des Intervalls
in Abhängigkeit der Ladungsmenge ändern kann,
und an den Funktionsgeber F 7 abgegeben. Der Funktionsgeber
F 7 empfängt den Leistungsregelfaktor LRF von einem
Maximumwächter MW, der dem Gleichrichter GL vorgeschaltet
ist. Der Maximumwächter MW überwacht die
Leistungsaufnahme des gesamten Werks, in dem die Batterieformation
vorgenommen wird, und somit die Formationsleistung
sämtlicher angeschlossener Formationsgeräte.
Der Maximumwächter gewährleistet, daß eine bestimmte
Gesamt-Spitzenlast nicht überschritten wird. Der
Maximumwächter MW ermittelt innerhalb eines vorgegebenen
Zeitintervalls durch Vergleich der dem Gleichrichter
GL zugeführten Energie mit einem Soll-Wert PS den
Lastreduzierungsfaktor LRF, der erforderlich ist, damit
die Gesamt-Spitzenlast nicht überschritten wird. Der
Funktionsgeber F 7 errechnet aus dem Soll-Wert IS und
dem Lastreduzierungsfaktor LRF den Strom ISV für das
einzelne Formationsgerät nach der Formel ISV=(1-LRF) ·
IS. Der Lastreduzierungsfaktor liegt im Bereich zwischen
0 und 1.
Ferner ist ein Speicher SU vorgesehen, der die Soll-
Spannung in Abhängigkeit von der Ladungsmenge speichert.
Dieser Speicher SU liefert über die von dem Integrator
INT gesteuerte Ausleseschaltung ROU den Wert der Soll-
Spannung US an einen Subtrahierer S 3, der außerdem die
Ist-Spannung U vom Verstärker V 2 empfängt. Der Subtrahierer
S 3 bildet die Spannungsabweichung Δ U=US-U
und liefert diese an den Funktionsgeber F 5.
Ein weiterer Subtrahierer S 2 empfängt den Wert In des
einzustellenden Stroms sowie den vom Verstärker V 3 gelieferten
Wert des Ist-Stroms I und erzeugt ein Stromabweichungssignal
Δ I, das ebenfalls dem Funktionsgeber
F 5 zugeführt wird. Der Funktionsgeber F 5 empfängt außerdem
den Wert der Soll-Spannung US und der IST-Spannung
U.
Der Funktionsgeber F 5 (Fig. 11) ist ein Selektor, der entweder
das Signal Δ U oder das Signal Δ I als Steuergröße SG an
seinen Auslaß durchläßt. Wenn die Ist-Spannung U größer
wird als die Soll-Spannung US, wird als Steuergröße SG
das Spannungssignal Δ U durchgeschaltet. Wird dagegen
die Ist-Spannung U kleiner als ein unterer Grenzwert
UU, dann wird als Steuergröße SG der Stromwert Δ I an
den Ausgang durchgeschaltet. Der untere Grenzwert UU
liegt um ein vorbestimmtes Maß tiefer als die Soll-
Spannung US, um eine Hysterese zu erzeugen, damit im
Grenzbereich nicht ständig eine Umschaltung zwischen
den Werten Δ U und Δ I erfolgt. Der Funktionsgeber F 5
oder Selektor dient dazu, gegen Ende des Formierungsprozesses
die temperaturabhängige Stromsteuerung durch
eine Spannungsregelung zu ersetzen. Während der Formierung
steigt die Batteriespannung ständig an. Wenn
diese Spannung so groß geworden ist, daß die Formierung
vollständig oder nahezu abgeschlossen ist, wird nur
noch eine spannungsabhängige Regelung durchgeführt.
Die von dem Funktionsgeber F 5 ausgegebene Steuergröße
SG wird zwei Impulsweitenmodulatoren M 1 und M 2 zugeführt,
welche die Weite der von einem Impulsgenerator
PG zugeführten Impulse entsprechend der Steuergröße SG
variieren. Die Impulsweitenmodulatoren M 1 und M 2 erzeugen
Impulszüge, die zueinander invers sind, d. h.
während M 1 einen Impuls erzeugt, erzeugt M 2 eine
Impulslücke, und während M 1 eine Impulslücke erzeugt,
erzeugt M 2 einen Impuls. Die Impulse an den Ausgängen
von M 1 und M 2 haben die gleiche Frequenz, wie sie vom
Impulsgenerator PG geliefert wird, jedoch sind die
Dauern der Impulse, die von M 1 geliefert werden, und
der Lücken zwischen den Impulsen, die von M 2 geliefert
werden, der Steuergröße SG proportional.
Das Ausgangssignal des Impulsweitenmodulators M 1 wird
der lichtemittierenden Diode eines Optokopplers OK 1 zugeführt,
und das Ausgangssignal des Impulsweitenmodulators
M 2 wird der lichtemittierenden Diode eines
Optokopplers OK 2 zugeführt. Der Kollektor des Fototransistors
von OK 1 ist mit dem Pluspol der Versorgungsgleichspannung
verbunden, und der Emitter ist über
einen Widerstand R 1 mit dem Potentialabgriff PA verbunden.
Der Emitter des Fototransistors von OK 2 ist mit
dem negativen Pol der Versorgungsgleichspannung verbunden,
und der Kollektor ist über den Widerstand R 2
mit dem Potentialabgriff PA verbunden. Das Potential
des positiven Pols der Versorgungsgleichspannung beträgt
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel +15 V und
dasjenige des negativen Pols beträgt -15 V. Wenn keine
Modulation der Frequenz des Impulsgenerators PG durch
die Steuergröße SG erfolgt, werden die Impulse, deren
Tastverhältnis 1 : 1 beträgt, unmoduliert auf die Optokoppler
OK 1 und OK 2 übertragen, wodurch der Potentialabgriff
PA abwechselnd über gleiche Zeitdauern mit dem
positiven Pol und dem negativen Pol der Versorgungsgleichspannung
verbunden wird.
Der Potentialabgriff PA ist über den Widerstand R 3 mit
dem Eingang eines Integrators F 6 verbunden, der aus dem
Verstärker V 4 und dem Rückkopplungskondensator C besteht.
Der Ausgang des Integrators F 6 steuert den
Steuersignalgenerator SSG, der im Reihenkreis mit der
Batterie B liegt. Wenn die Impulse des Impulsgenerators
PG unmoduliert sind, ist das Ausgangssignal des Integrators
F 6 Null, so daß das Eingangssignal des Steuersignalgenerators
SSG nicht verändert wird und der
Steuersignalgenerator seinen gegenwärtigen Zustand beibehält.
Wird die Impulsdauer dagegen im Modulator M 1
durch die Steuergröße SG verlängert, während die Impulse
des Modulators M 2 durch dieselbe Steuergröße im
gleichen Maße verkürzt werden, dann wird das Ausgangssignal
des Integrators F 6 zunehmend positiv, wodurch
der Batteriestrom vom Steuersignalgenerator SSG vergrößert
wird.
Claims (10)
1. Verfahren zum Formieren elektrischer Batterien,
bei welchem durch die Batterie ein Strom geschickt
wird, der in Abhängigkeit von der der Batterie bisher
zugeführten Ladungsmenge gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Batteriestrom derart gesteuert wird, daß
bei geringer zugeführter Ladungsmenge zunächst ein
konstanter niedriger Batteriestrom eingestellt
wird, bei Erreichen eines Grenzwertes der Ladungsmenge
der Batteriestrom erhöht wird, bei nahezu
voll aufgeladener Batterie eine Reduzierung des
Batteriestroms erfolgt und bei voll aufgeladener
Batterie der Batteriestrom abgeschaltet wird, und
daß der in Abhängigkeit von der Ladungsmenge gesteuerte
Batteriestrom durch Temperatursteuerung
derart begrenzt wird, daß die Batterietemperatur
einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelabweichung ( Δ T) zwischen Ist-Temperatur
(TI) und Soll-Temperatur (TS) und der Gradient
(TG) des zeitlichen Verlaufs der Ist-Temperatur
(TI) bestimmt werden und daß aus der Regelabweichung
( Δ T) und dem Gradienten (TG) der Wert
des einzustellenden Stroms (I) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein der Regelabweichung ( Δ T) mindestens in
einem begrenzten Bereich proportionaler Proportional-Regelfaktor
(PR) gebildet wird, der den Wert
"1" hat, wenn die Regelabweichung ( Δ T) Null ist,
daß ein dem Gradienten entsprechender Gradienten-Regelfaktor
(GR) gebildet wird, der den Wert "1"
hat, wenn der Gradient Null ist, und daß das Produkt
aus Proportional-Regelfaktor (PR) und Gradienten-Regelfaktor
(GR) gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wurzel
aus dem Produkt gebildet
wird, um einen Gesamt-Regelfaktor (RF) zu
erzeugen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß um die Soll-Temperatur (TS) herum ein Toleranzband
gebildet wird, daß, solange die Ist-Temperatur
(TI) den unteren Grenzwert (TU) des
Toleranzbandes unterschreitet, ein konstanter
erster Wert (PRG) des Proportional-Regelfaktors
(PR) eingestellt wird und, solange die Ist-Temperatur
den oberen Grenzwert (TO) des Toleranzbandes
überschreitet, ein konstanter zweiter Wert des
Proportional-Regelfaktors (PR) eingestellt wird
(Fig. 7).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gradient (TG) der
Ist-Temperatur (TI) in Meßintervallen ( Δ t) dadurch
bestimmt wird, daß in jedem Meßintervall mindestens
zwei Temperaturmessungen zeitlich nacheinander
durchgeführt werden, wobei in jedem Meßintervall
ein Wert des Temperaturgradienten (TG)
ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Regelfaktor (RF) mit dem jeweils in dem
vorhergehenden Meßintervall festgelegten Stromwert
(I(n-1)) multipliziert wird, um den neuen Stromwert
(In) zu bilden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß man den Verlauf des Soll-Stroms
(IS) durch die Batterie (B) in Abhängigkeit
von der Ladungsmenge festlegt und daß der Soll-Strom
dann eingestellt wird, wenn die Ist-Temperatur
(TI) einen unter der Soll-Temperatur (TS)
liegenden unteren Grenzwert (TU) unterschreitet
(Fig. 9).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stromwert Null eingestellt
wird, wenn die Ist-Temperatur (TI) einen
über der Soll-Temperatur (TS) liegenden oberen
Grenzwert (TO) übersteigt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der Differenz aus
dem einzustellenden Strom (In) und dem Ist-Strom
(I) die Impulsbreite zweier gegensinniger Impulszüge
verändert werden, daß über beide Impulszüge
das Integral gebildet wird und daß das Integral
zur Steuerung eines Stromsteuergerätes (SSG) benutzt
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873736069 DE3736069A1 (de) | 1987-10-24 | 1987-10-24 | Verfahren zum formieren elektrischer batterien |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873736069 DE3736069A1 (de) | 1987-10-24 | 1987-10-24 | Verfahren zum formieren elektrischer batterien |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3736069A1 DE3736069A1 (de) | 1989-05-11 |
DE3736069C2 true DE3736069C2 (de) | 1990-06-28 |
Family
ID=6339019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873736069 Granted DE3736069A1 (de) | 1987-10-24 | 1987-10-24 | Verfahren zum formieren elektrischer batterien |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3736069A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8040110B2 (en) | 2001-05-14 | 2011-10-18 | Eaton Power Quality Company | Stress management of battery recharge, and method of state of charge estimation |
WO2016008503A1 (en) | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Abertax Research & Development Ltd. | Manufacturing process for gel batteries and apparatus therefor |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4439785C2 (de) * | 1994-11-07 | 1999-05-12 | Mikron Ges Fuer Integrierte Mi | Verfahren zum Laden einer aufladbaren Batterie und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
FR2748160B1 (fr) * | 1996-04-24 | 1998-06-12 | Leroy Somer Moteurs | Systeme de chargement et dechargement d'une batterie |
US5773955A (en) * | 1997-03-11 | 1998-06-30 | Northrop Grumman Corporation | Battery charger apparatus |
CA2276821C (en) * | 1998-07-09 | 2007-11-27 | Daniele C. Brotto | Method for charging batteries |
JP3495637B2 (ja) * | 1999-03-26 | 2004-02-09 | 株式会社マキタ | 充電装置及び充電方式 |
US6476584B2 (en) | 1999-03-25 | 2002-11-05 | Makita Corporation | Battery charger and battery charging method |
DE102009054078A1 (de) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Li-Tec Battery Gmbh | Batterieproduktionseinrichtung |
JP2014519797A (ja) * | 2011-05-19 | 2014-08-14 | リ−テック・バッテリー・ゲーエムベーハー | バッテリー製造装置およびバッテリー製造装置を制御するための方法 |
DE102011105424A1 (de) * | 2011-06-22 | 2012-12-27 | Li-Tec Battery Gmbh | Verfahren zur Behandlung und/oder Reparatur einer elektrochemischen Zelle und Batterie mit einer Anzahl dieser elektrochemischen Zellen |
DE102014220515B4 (de) | 2014-10-09 | 2023-02-02 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Batterie in einem Kraftfahrzeug |
DE102015205228A1 (de) | 2015-03-23 | 2016-09-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum bestimmen eines referenzenergieprofils und vorrichtung zum formieren einer batterie |
CN105428737B (zh) * | 2015-12-30 | 2018-01-19 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 电池组温度获取方法及装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3421067A (en) * | 1966-06-24 | 1969-01-07 | Us Navy | Battery charge controller utilizing coulometer |
GB1437025A (en) * | 1972-08-30 | 1976-05-26 | Deutsche Automobilgesellsch | Method and device for determining the state of charge of galvanic energy sources |
JPH0681427B2 (ja) * | 1986-02-20 | 1994-10-12 | 松下電工株式会社 | 充電器の制御回路 |
-
1987
- 1987-10-24 DE DE19873736069 patent/DE3736069A1/de active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8040110B2 (en) | 2001-05-14 | 2011-10-18 | Eaton Power Quality Company | Stress management of battery recharge, and method of state of charge estimation |
WO2016008503A1 (en) | 2014-07-17 | 2016-01-21 | Abertax Research & Development Ltd. | Manufacturing process for gel batteries and apparatus therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3736069A1 (de) | 1989-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3736069C2 (de) | ||
DE4325436C2 (de) | Schaltungsanordnung zur MPP-Regelung photovoltaischer Solaranlagen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens | |
DE10225406B4 (de) | Verfahren zur Ansteuerung eines Schalters in einem Schaltwandler und Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines Schalters | |
DE3212022A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum selbsttaetigen einstellen des optimalen arbeitspunktes einer gleichspannungsquelle | |
DE2744387A1 (de) | Automatisches batterieladegeraet | |
AT403535B (de) | Sperrwandler | |
DE2541436A1 (de) | Konstantstrom-batterieladeschaltung | |
DE10353965A1 (de) | Verstärker mit endstufen-gesteuerter Regelung | |
WO2014095172A2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur hysterese-regelung der ausgangsspannung eines gleichspannungswandlers | |
EP3281288B1 (de) | Hysterese-regelung eines gleichspannungswandlers | |
DE60300396T2 (de) | Methode und Gerät zum Anpassen des Ladestromes in einem Batterieladegerät | |
DE19716645A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von elektrischer Leistung zwischen einem Stromerzeuger und einem Stromnetz | |
DE10065483A1 (de) | Verfahren zur Steuerung der Aufladung einer Batterie und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
DE2423153A1 (de) | Schaltungsanordnung zur stabilisierung des lichtstromes einer gluehlampe | |
EP0111493B1 (de) | Schaltung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Durchflusswandlers | |
DE3401100A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur steuerung der temperatur innerhalb einer metallhalogen-batterie | |
WO2019174892A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum regeln einer elektrischen spannung | |
DE2639506C2 (de) | Verfahren und Ladegerät zum Aufladen von Akkumulatoren | |
EP0050676B2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Aufrechterhaltung der Eingangssymmetrie eines Gegentakt-Wandlers bei grossen Änderungen der Eingangsspannung | |
DE2023522A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur auto matischen, optimalen Leistungsanpassung einer Gleichstrom Energieerzeugungs einheit | |
DE102005000629B4 (de) | Verfahren zur Erhöhung der Autonomie eines Elektrozaungeräts und eines zugehörigen Elektrogeräts | |
DE2558375C3 (de) | Steuerschaltung für Gleichspannungswandler | |
DE2824300A1 (de) | Verfahren zur kompensation einer sich zufolge von betriebsspannungsschwankungen aendernden leistung und einrichtung zu dessen durchfuehrung | |
DE2717606C2 (de) | Verfahren zum Laden der Batterie einer batteriegepufferten Gleichstromquelle sowie Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
DE1961705C3 (de) | Schaltungsanordnung zur Regelung der Ausgangsspannung eines Gleichspannungsumrichters oder Wechselrichters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8330 | Complete renunciation |