DE3902368A1

DE3902368A1 - Super-schnell-ladegeraet fuer gasdichte ni-cd akkus, genannt ss-20 (20 min. ladezeit)

Info

Publication number: DE3902368A1
Application number: DE3902368A
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Bech
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1990-08-02

Description

Gasdichte Ni-Cd Batterien werden immer häufiger als Energiequelle zum Antrieb von elektrischen Motoren angewandt, sei es im Garten-, oder Modellbau, sei es im Haushalt, oder in der Industrie, aber ganz speziell zum Antrieb von Elektrowerkzeugen.

Hier gibt es zu diesen Akkus keine Alternative. Kein anderes System bietet bei einer Belastung in der Größenordnung von ca. 100 I₁₀ eine vergleichbare entnehmbare Kapazität und Zyklenfestigkeit.

Problematisch ist allerdings das Wiederaufladen dieser gasdichten Batterie, insbesondere wenn das in kurzer Zeit erfolgen soll, was bei der erwähnten Anwendung absolut notwendig ist.

Die allgemein angewandte Lademethode ist Schnelladen. Unter Schnelladen versteht man das Wiederaufladen der Batterie in ca. 1 Stunde. Die Batterie ist mit einem Thermosensor versehen, der das Aufladen bzw. das Erwärmen der Batterie bekannt gibt. Dies führt zum Unterbrechen der Ladung, oder zum Umschalten auf einen kleineren Dauerladestrom. Bei dieser Lademethode muß man einige Nachteile, die sich negativ auf die Lebensdauer der Batterie auswirken und nicht ganz ungefährlich sind, in Kauf nehmen.

Es gibt keine brauchbare Meßmethode, die eine Aussage über den Ladezustand der gasdichten Batterie geben könnte, vor allem in dem Bereich über 40% der eingeladenen Kapazität. So ist es sehr problematisch das Laden rechtzeitig, d.h. wenn die Batterie "voll" ist, zu beenden.

Es wird eine schädliche Erwärmung der Batterie bewußt "angestrebt" und eine ebenfalls schädliche Dauerüberladung mit kleinerem Strom akzeptiert. Eine starke Sauerstoffentwicklung ist in der End- und Überladephase nicht zu vermeiden. Bei häufigen Versuchen eine bereits volle Batterie aufzuladen - sie wird so lange überladen bis die Temperatur ansteigt - ist auch eine Wasserstoffentwicklung nicht auszuschließen. Auf diese Weise ist es in der Vergangenheit zu einigen Explosionen gekommen.

Die beschriebene Lademethode ist infolgedessen nicht unumstritten und die Ladezeit auf diese Art nicht weiter zu reduzieren.

Die neue Super-Schnellademethode macht sich zu Nutzen, daß der Ladezustand unter 25% der Kapazität mit sehr großer und die völlige Leere der Batterie mit absoluter Sicherheit festzustellen sind und daß die neuen für diese Anwendung entwickelten Akkus (wie z.B. die Type RSQ der Fa. VARTA) über einen sehr guten Sauerstoffverzehr verfügen, so daß eine garantiert entladene Batterie auch mit höheren Strömen als 30 I₁₀ wiederaufzuladen ist, ohne daß die Spannung einen Wert erreicht, bei dem Wasserstoffentwicklung zu befürchten wäre. Die Akkus werden auf diese Weise nie überladen und auch nicht übermäßig warm, was zu einer erheblichen Verlängerung ihrer Lebensdauer führt.

Eine Batterie die mehr als 25% der Restkapazität aufweist wird nicht geladen, bevor sie zweckmäßig entladen wurde, was auch die effektive Lebensdauer erhöht.

Die Aufgabe des SS-20 ist es nicht die Batterie zu entladen (auch wenn dies möglich ist), sondern eine nicht entladene Batterie zu erkennen und eine sehr kurze Aufladezeit zu ermöglichen.

Claims

1. Super-Schnell-Ladegerät für gasdichte Ni-Cd Akkus, genannt SS-20 (20 Minuten Ladezeit), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die zum wiederaufladen mit dem SS-20 Ladegerät kontaktierte Batterie wird zuerst mit einer Last von 20 I₁₀ 10 Sekunden lang belastet (bei Sub C - Type mit 2,6 A); wenn in dieser Zeit die Batteriespannung unter 1,0 V/Zelle absinkt, wird die Batterie mit einem Konstantstrom von ca. 30 I₁₀ (bei Sub C - Type 4,0/A) 20 Minuten lang zeitabhängig geladen (s. Anl. 1, Ladekennlinie B).
b) wenn dagegen in der 10 sek Test-Phase die Batteriespannung nicht unter 1,2 V/Zelle absinkt, wird die Batterie weitere 50 sek mit 20 I₁₀ entladen.
c) falls erst danach die Spannung von 1,2 V/Zelle unterschritten wird, wird der Ladevorgang gestartet, allerdings bereits nach 18-19 Minuten beendet (s. Anl. 1, Ladekennlinie A), genauso wenn bereits nach 10 sec Belastung die Spannung zwischen 1,0 V und 1,2 V/Zelle lag (s. Anl. 2).
d) wenn aber nach 10 sek +50 sek Belastung der Batterie mit 20 I₁₀ die Spannung immer noch über 1,2 V/Zelle liegt, wird der Ladevorgang nicht gestartet (s. Anl. 2), und ein rotes Licht fängt zu blinken an;
e) das SS-20 Ladegerät gibt damit die Anzeige, daß die Batterie noch über mindestens 20% der Restkapazität verfügt (s. Anl. 1 - Entladekennlinie C) und daß sie sinnvoll entladen werden soll;
f) das Laden wird auch dann unterbrochen, wenn die Spannung den Wert von 1,65 V/Zelle überschreiten würde, was bei tiefen Temperaturen auftreten könnte; außerdem dient diese Spannungsüberwachung als zusätzliche Sicherheit;
g) als weitere Sicherheit wird die Batterietemperatur überwacht; sie würde allerdings den Abschaltwert (50°C) nur dann erreichen, wenn sowohl der Timer als auch die Spannungsüberwachung versagen sollten; das Vermeiden der Überladung, bzw. der Erwärmung beeinflußt positiv die Lebensdauer der Batterie; beim Überladen kommt es nämlich zur erheblichen Batterieerwärmung, welche die Gasverzehrreaktion begleitet und eine Verminderung des Ladewirkungsgrades und der Lebensdauer verursacht; während der Überladephase einer gasdichten Batterie wird die gesamte zugeführte Energie (Ladestrom) in die Verlustwärme überführt; so entsteht in 1 h des Überladens einer 8/RSQ-1,2 mit 1,5 A eine Verlustwärme von 18,6 wh Q = 3,6 _* U _* I _* t
  = 3,6 _* 12,4 V _* 1,5 A _* 1 h
  = 67 kJ/h = 18,6 wh,oder beim Dauerladen mit 100 mA in 24 h eine schädliche Verlustwärme von 28,8 whQ = 3,6 _* 12,0 V _* 0,1 A _* 24
  = 103,68 kJ/Tag = 28,8 wh
h) diese Lademethode führt zur Verbesserung des Ladewirkungsgrades und dadurch zu einer ca. 10%igen Erhöhung der entnehmbaren Kapazität (s. Anl. 3).

2. Super-Schnell-Ladegerät für gasdichte Ni-Cd Akkus, genannt SS-20 (20 Minuten Ladezeit) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

a) SS-20 mit einem Entladegerät kombiniert wird, welches das Entladen der Batterie aus jedem Ladezustand heraus ermöglicht.