DE3737545A1 - Vorrichtung zum ueberpruefen des saeurestandes in akkumulatorenbatterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung des Säurestandes in Zellen von Akkumulatorenbatterien.

Akkumulatorenbatterien werden in Notrufanlagen, Notbeleuch­ tungsanlagen, als Starterbatterien für Notstromgeneratoren und vieles mehr eingesetzt, um bei Netzausfall umgehend über elektrische Leistung verfügen zu können. Derartige Akkumula­ torenbatterien werden im Pufferbetrieb ständig geladen, um im Notfall geladen die volle Leistung abgeben zu können. Da die Zellen derartiger Akkumulatorenbatterien in Reihe ge­ schaltet sind, kann schon beim Defekt einer Zelle der gesam­ ten Akkumulatorenbatterie kaum noch Leistung entnommen werden.

Die Akkumulatorenbatterien für die oben genannten Anlagen müssen spannungsmäßig ständig überprüft werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß selbst defekte Zellen im Leerlauf, in dem die ständigen Messungen vorgenommen werden, noch über eine ausreichende Spannung verfügen. Erst wenn der defekten Zelle Strom entnommen werden soll bricht die Spannung zusam­ men, erst jetzt erfolgt die Defektmeldung.

Eine Hauptursache dafür, daß einzelne Zellen kaum Strom liefern können liegt darin begründet, daß der Säurestand in den betreffenden Zellen zu niedrig ist. Da die Akkumulato­ renbatterien meist in abgelegenen Kellern untergebracht sind wird ein zu niedriger Säurestand in den einzelnen Zellen kaum bemerkt, so daß im Notfall, z.B. die Notbeleuchtung oder der Notstromgenerator nicht anspringen.

Um derartigen Ausfällen vorzubeugen, mußten die Akkumulato­ renbatterien bisher turnusmäßig vor Ort auf ihren Säurestand überprüft werden, während die spannungsmäßige Überprüfung zentral erfolgen konnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neben der Spannung auch den Säurestand von Akkumulatorenbatterien zentral anzu­ zeigen, so daß die Überprüfung vor Ort entfallen kann bzw. nur noch in sehr großen Zeitabständen vorgenommen werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Detektor, ob als Elektrode wie in den Unteransprüchen beansprucht oder z.B. als Lichtschranke ausgeführt, ermittelt sicher, wenn der Säurestand der Zelle ein Minimum unterschreitet. Darauf spricht das Kontrollgerät an und kann z.B. in einer ständig bewachten Zentrale Alarm auslösen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den weiterbildenden Erfindungs­ merkmalen. Dabei werden in den Ansprüchen 2 bis 10 zweck­ mäßige Ausgestaltungen des Detektors und seiner Halterung beschrieben. Nach Anspruch 11 soll auch Alarm ausgelöst wer­ den, wenn der Säurestand in den Zellen, z.B. durch Kochen der Säurefüllung höher als ein Maximum ansteigt. Nach den Ansprüchen 12 bis 17 werden zweckmäßige Beschaltungen der Elektroden unter Schutz gesucht.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt einer Akkumulatorenzelle mit eingeschraubter Verschlußkappe, und

Fig. 2 bis 4 in schematischer Darstellung verschiedene Arten der Beschaltung der Elektroden zur Messung des Säurestandes.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt des oberen Teils einer Akkumu­ latorenzelle 1 dargestellt. Die Zelle 1 ist mit Säure 2 gefüllt. In eine mit einem Gewinde 3 versehene Öffnung 4 der Zelle 1 ist eine Verschlußkappe 5 über ein Gewinde 6 einge­ schraubt. Die Verschlußkappe 5 weist einen Deckel 7 auf, der über ein Scharnier 8 mit der Verschlußkappe 5 verbunden ist. Im Deckel 7 ist eine Entlüftungsbohrung 9 vorgesehen, über die ein Druckausgleich zwischen der Umgebung und dem Inneren der Zelle 1 erfolgen kann. Weiterhin ist in den Deckel 7 eine Elektrode 10 eingebracht, die aus säurebeständigem Stahl besteht. Ein Elektrodenende 11 ist in die Säurefüllung eingetaucht. Am anderen Ende der Elektrode ist ein Steckkon­ takt 12 vorgesehen, über den Meßleitungen an die Elektrode 10 anschließbar sind.

Die Elektrode 10 ist im Deckel 7 fest verankert und biegsam ausgeführt, so daß beim Aufklappen des Deckels 7, z.B. um destilliertes Wasser nachzufüllen, die Elektroden 10 den Aufklappvorgang nicht behindert.

Die Verschlußkappe 5 ist so tief in das Gewinde 3 einge­ schraubt, daß das Elektrodenende 11 genau auf ein minimalen Säurestand justiert ist. Über eine Kontermutter 13 ist die Verschlußkappe 5 gegen ungewolltes Verdrehen, welches eine Höhenverstellung der Elektrode 10 zur Folge hätte, gesi­ chert.

Fig. 2 zeigt eine aus drei Zellen 1 bestehende Akkumulato­ renbatterie. Die Zellen 1 sind über Brücken 14 in Reihe geschaltet. An die Pole 15, 15′ der Akkumulatorenzellen kann ein nicht dargestellter Notstromkreis angeschlossen werden. Jede Verschlußkappe 5 weist ein Elektrodenpaar 10, 10′ auf. Meßleitungen 16, 16′ sind über Stecker 17 mit den Steckkon­ takten 12 der Elektroden 10, 10′ verbunden. Die Meßleitungen 16, 16′ sind auf ein Kontrollgerät 18 geführt, in das eine von der Akkumulatorenbatterie unabhängige Spannungsquelle 18′ integriert ist.

Für jede Zelle 1 ist ein Meßkreis vorgesehen. Jeder Meßkreis besteht aus der Spannungsquelle 18′, einer Meßleitung 16′, einer Elektrode 10′ und einer Elektrode 10, der Säure 2, die als Schalter zwischen den Elektroden 10 und 10′ wirkt, einer Meßleitung 16 sowie dem Kontrollgerät 18, welches den Alarm auszulösen vermag, sobald der Stromkreis durch Absinken der Säure 2 unter ein Minimum unterbrochen ist. Da für jede Zelle 1 ein Meßkreis vorgesehen ist, kann auch für jede Zelle 1 das Absinken der Säure 2 unter ein Minimum getrennt angezeigt werden.

Aus Fig. 3 ist eine Akkumulatorenbatterie zu entnehmen, bei der ein Meßkreis für alle Zellen 1 vorgesehen ist. Entspre­ chend ist dem Kontrollgerät 18 auch nur eine Anzeige für das Absinken der Säure unter einen Minimalstand zugeordnet. Sollte in der mittleren Zelle 1 z.B. der Säurestand unter ein Minimum absinken, so würde der Meßkreis zwischen den Elektroden 10 und 10′ der mittleren Zelle 1 unterbrochen. Es könne dennoch ein Strom in den Meßleitungen 16, 16′ fließen, und zwar ausgehend von der Spannungsquelle 18′′, über die Meßleitung 16′, über die Elektrode 10′ der ersten Zelle 1, über die Säure 2 der ersten Zelle 1 über die Brücke 14 zwi­ schen der ersten und der zweiten Zelle, über die Säure der zweiten Zelle, über die Brücke 14 zwischen der zweiten und dritten Zelle, über die Säure der dritten Zelle zur Elektro­ de 10 der dritten Zelle und über die Meßleitung 16 zum Kon­ trollgerät. Dabei wird die Meßspannung von der Spannung der Akkumulatorenbatterie überlagert, so daß das Kontrollgerät 18 einen sehr empfindlichen Eingang haben muß, um die Span­ nungsänderung zu ermitteln, wenn der Meßstrom nicht mehr über den gesamten Meßkreis sondern über die einzelnen Zellen 1 fließt. Um ein weniger empfindliches Kontrollgerät ein­ setzen zu können, ist eine pulsierende Spannungsquelle 18′′ vorgesehen, so daß nur noch der tatsächlich im Meßkreis fließende pulsierende Strom überwacht werden muß.

Bei einem Absinken des Säurestandes unter ein Minimum in der ersten bzw. letzten Zelle 1 wird der Meßkreis vollständig unterbrochen.

Fig. 4 zeigt eine Akkumulatorenbatterie, die aus drei Zellen 1 besteht. In jeder Zelle 1 ist lediglich eine Elektrode 10 eingesetzt. Das Kontrollgerät 18 überwacht, ob in jeder Zelle 1 zwischen dem Pol 15 und der jeweiligen Elektrode 10 aufgrund der elektro-chemischen Spannungsreihe eine Spannung ansteht. Ein Absinken der Säure 2 unter einen Minimalstand in einer Zelle bewirkt, daß an der Elektrode 10 der entspre­ chenden Zelle 1 keine Spannung mehr ansteht; das Kontrollge­ rät 18 schaltet auf Alarm. Auch hier kann für jede Zelle das Absinken des Säurestandes unter einen Minimalstand angezeigt werden. Eine externe Spannungsquelle wird in dieser Schal­ tung nicht benötigt.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Überprüfung des Säurestandes in Zellen von Akkumulatorenbatterien, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Zellen (1) mindestens ein Detektor zugeord­ net ist,
daß jeder Detektor über eine Meßleitung (16, 16′) mit einem Kontrollgerät (18) verbunden, das vorzugsweise bei einem Säure-Mindeststand in der Zelle (1) auf diesen anspricht,
und daß das Kontrollgerät (18) auf ein solches Ansprechen hin Alarmsignale abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor durch mindestens eine aus säurebestän­ digem Stahl gefertigte Elektrode (10, 10′) gebildet ist, die in einer aus säurefestem Kunststoff bestehenden Ver­ schlußkappe (5) gehaltert ist, und daß die Elektrode (10, 10′) bei in die Zelle (1) eingesetzter Verschlußkappe (5) in deren Säurefüllung (2) vorzugsweise bis zu deren Min­ destpegel eintaucht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (5) ein Gewinde (6) aufweist, das in ein entsprechendes Gegengewinde (3) an der Zelle (1) einzugreifen vermag.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (5) über einen Bajonettverschluß mit der Zelle (1) kuppelbar ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (10, 10′) an der Verschlußkappe (5) in der Höhe justierbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (10, 10′) fest in der Verschlußkappe (5) angeordnet ist und die Höhenjustage der Elektrode (10, 10′) über die Einschraubtiefe der Verschlußkappe (5) einstellbar ist, wobei der Verschlußkappe (5) eine Di­ stanzscheibe oder eine Kontermutter (3) zugeordnet ist, die ein Festsetzen der Verschlußkappe (5) an der Zelle (1) in der gewünschten Höhe erlaubt.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (10, 10′) vorzugsweise mittig in den Verschlußkappen (5) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (5) einen Deckel (7), vorzugsweise einen Klappedeckel, aufweist, der über ein Scharnier (8) mit der Verschlußkappe (5) verbunden ist, daß die Elek­ trode (10, 10′) im Deckel (7) angeordnet ist und daß im Deckel (7) weiterhin mindestens eine Entlüftungsbohrung (9) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor durch mindestens einen aus säurebe­ ständigem Stahl gefertigte Elektrode gebildet ist, die fest in die Zelle (1) eingebaut ist, und daß die Elektro­ de vorzugsweise bis zu einem Mindestpegel in die Säure­ füllung (2) der Zelle (1) eintaucht.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßleitungen (16, 16′) über Stecker (17) mit den Elektroden (10, 10′) verbindbar sind.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zelle (1) zwei Elektroden (10) vorgesehen sind, und daß eine der Elektroden auf ein Säureminimum und die andere Elektrode auf ein Säuremaximum justiert sind.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer Zelle (1) ein Paar voneinander getrennt ange­ ordneter, auf den Säure-Mindeststand justierter Elektro­ den (10, 10′) zugeordnet ist, die an eine externe Span­ nungsquelle (18′) angeschlossen sind und daß das Kon­ trollgerät (18) einen in diesen Stromkreis eingeschal­ teten Meßkreis aufweist, der auf die Unterbrechung des durch die Säurefüllung (2) bewirkten elektrischen Über­ brückung der Elektroden (10, 10′) beim Absinken des Säu­ restandes unter ein festgesetztes Minimum anspricht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in Reihe geschalteten Zellen (1) für jede der Zellen (1) ein Elektrodenpaar (10, 10′) vorgese­ hen ist, und daß das Kontrollgerät (18) für jedes Elek­ trodenpaar (10, 10′) einen Meßkreis aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei in Reihe geschalteten Zellen (1) ein Meß­ kreis vorgesehen ist, in dem die Elektrodenpaare (10, 10′) in Reihe liegen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in Reihe geschalteten Zellen (1) ein Meßkreis vorgesehen ist, in den die Elektrodenpaare (10, 10′) in Reihe geschaltet sind, wobei die Spannungsquelle (18′′) eine pulsierende Spannung abgibt und daß das Kon­ trollgerät (18) auf ein Ausbleiben bzw. eine Abschwächung der pulsierenden Spannung anspricht.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollgerät (18) an einen Pol (15) einer Zelle (1) und an eine auf den Säure-Mindeststand justierten Elektrode (10) angeschlossen ist und daß das Kontrollge­ rät (18) anspricht und Alarmsignale abgibt, sobald zwi­ schen dem Pol (15) und der Elektrode (10) keine Spannung mehr ansteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in Reihe geschalteten Zellen (1) die Spannung zwischen einem Pol (15) der Akkumulatorenbatte­ rie einerseits und jeweils zwischen den Elektroden (10) jeder Zelle (1) andererseits überwacht werden, und daß jeder Zelle (1) ein getrennter Meßkreis des Kontrollgerä­ tes (18) zugeordnet ist.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollgerät (18) und notfalls die externe Span­ nungsquelle (18′, 18′′) bei Spannungsausfall von Akkumu­ latoren gespeist werden.