DE3736069C2 - - Google Patents

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.