HU209972B - Method for charging peroxide-zinck accumulators and charger circuit for implementing said method - Google Patents

Method for charging peroxide-zinck accumulators and charger circuit for implementing said method Download PDF

Info

Publication number
HU209972B
HU209972B HU896076A HU607689A HU209972B HU 209972 B HU209972 B HU 209972B HU 896076 A HU896076 A HU 896076A HU 607689 A HU607689 A HU 607689A HU 209972 B HU209972 B HU 209972B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
charging
current
voltage
discharge
battery
Prior art date
Application number
HU896076A
Other languages
Hungarian (hu)
Other versions
HUT61424A (en
HU896076D0 (en
Inventor
Mihaly Lantos
Karl Kordesch
Gabor Szorady
Oster Gabriella Szoradyne
Original Assignee
Lantos
Kordesch
Szorady
Szoradyne Oster
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lantos, Kordesch, Szorady, Szoradyne Oster filed Critical Lantos
Priority to HU896076A priority Critical patent/HU209972B/en
Publication of HU896076D0 publication Critical patent/HU896076D0/en
Publication of HUT61424A publication Critical patent/HUT61424A/en
Publication of HU209972B publication Critical patent/HU209972B/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Each period of charging current (Ich) consists of a charging and discharging portion. The charging portion comprises a constant bias current onto which is superimposed a number of steep narrow current pulses. The ressistance-free battery voltage is measured each period and the time delay between charging pulses is decreased as the voltage increases. - The shorter discharge portion comprises a discharge bias current with discharging pulses displaced by a delay followed by a time when the battery is unloaded so that its voltage may be sensed.

Description

Az alkáli mangán-dioxid-cink akkumulátorok töltésére alkalmas töltő áramkör egy bináris vezérlő jelre adott válaszul első és második meghatározott kimeneti töltő áramot (Ich) előállító vezérelhető töltőáram generátort (CHG) és egy másik bináris jelre adott válaszul első és második adott kisütő áramot (Idch) létesítő vezérelhető kisütőáram generátort (DCHG) tartalmaz, a generátorok (CHG és DCHG) kimenete a töltendő akkumulátorra van kapcsolva, tartalmaz első időzítőt (TI), amelynek kimenete az említett generátorok (CHG és DCHG) engedélyező és invertált engedélyező bemenetéhez (ΕΝ, EN) van kapcsolva és azok áramát váltakozva engedélyezi, és a töltőáram generátor (CHG) engedélyezési ideje legalább ötszörös a kisütőáram generátor (DCHG) engedélyezési idejéhez viszonyítva, tartalmaz továbbá az első időzítő (TI) által vezérelt második időzítőt (T2), melynek időzítése annak az időnek felel meg amelynek eltelte után az akkumulátor ellenállásmentes feszültsége már függetlenné vált a környezeti hőmérséklettől, ez az idő rövidebb a kisütőáram generátor (DCHG) engedélyezési idejénél és legalább 3-5 másodperc tartamú, az említett generátorok (CHG és DCHG) impulzusbemenetéhez (tp) harmadik időzítő (T3) csatlakozik, amelynek feszültségérzékelő bemeneté az akkumulátorhoz csatlakozik, a töltő, áramkör tartalmaz bistabil kimeneti tulajdonságú komparátort (CP), amelynek engedélyező bemenete (EN) a második időzítő (T2) kimenetével van összekapcsolva, feszültség érzékelő bemenete az akkumulátorhoz csatlakozik, a komparátornak (CP) van két referencia bemenete (refl, ref2), amelyek egy-egy feszültségforrással vannak összekötve, amelyek a minimális és maximális küszöbfeszültségnek felelnek meg, és a komparátor (CP) kimenete a generátorok (CHG, DCHG) leállító bemenetéhez (st) csatlakozik.A charging circuit for charging alkaline manganese-zinc batteries is a controllable charge current generator (CHG) generating first and second specific output charging currents (ICH) in response to a binary control signal and a first and second specific discharge current in response to another binary signal. ) includes a controllable discharge current generator (DCHG), the outputs of the generators (CHG and DCHG) are connected to a rechargeable battery, includes a first timer (TI) output to the enable and inverse enable input of said generators (CHG and DCHG) ((, EN ) is switched on and alternately enables its current, and the charge current generator (CHG) has an enable time of at least five times that of the discharge current generator (DCHG), and includes a second timer (T2) controlled by the first timer (TI). time after which time the resistor voltage of the battery has become independent of the ambient temperature, this time is shorter than the enable time of the discharge current generator (DCHG) and the third timer for pulse input (tp) of said generators (CHG and DCHG) is at least 3-5 seconds (T3) is connected with a voltage sensor input connected to the battery, the charger circuit includes a bistable output comparator (CP), whose enable input (EN) is connected to the second timer (T2) output, the voltage sensor input is connected to the battery, (CP) has two reference inputs (refl, ref2) connected to each voltage source corresponding to the minimum and maximum threshold voltage, and the comparator (CP) output is connected to the stopping input (st) of the generators (CHG, DCHG) .

A találmány tárgya eljárás és töltőáramkor alkáli-mangán-dioxid-cink akkumulátorok töltésére.The present invention relates to a process for charging alkaline manganese dioxide zinc batteries during charging current.

Ismert tény, hogy az akkumulátorok töltésére alkalmazott megoldások egymástól számos szempontból különböznek és függenek az akkumulátorok típusától, szerkezeti felépítésüktől és felhasználási módjától. Az összes töltési eljárás esetében azonban szükség van a teljesen feltöltött állapot felismerésére. A katód korlátozott nikkel-kadmium és nikkel-cink cellák esetében ismert már megbízható töltésvég érzékelési eljárás, amelynél az állandó áramú üzemmódban megoldott töltés végén kialakuló feszültségnövekedést használják fel a töltés befejezettségének jelzésére. Ilyen töltési eljárást ismertet a HU 196.863 lsz. szabadalom.It is known that the solutions used to charge the batteries differ in many ways and depend on the type, design and use of the batteries. However, all charging procedures require recognition of the fully charged state. A cathode-limited nickel-cadmium and nickel-zinc cell is known to have a reliable charge end detection method, which uses a voltage increase at the end of a charge in a steady state mode to indicate the completion of the charge. Such a filling procedure is described in U.S. Pat. patent.

Az újratölthető mangán-dioxid-cink cellákat, azok sajátos tulajdonságaiból adódóan másképpen kell tölteni, mint ahogy az egyéb akkumulátorok töltése történik.Rechargeable manganese-zinc cells, due to their specific properties, need to be charged differently from other batteries.

Az ilyen akkumulátorok különböző tulajdonságait az 1988. február 14-19. között tartott Hetedik Ausztráliai Elektrokémiai Konferencia során elhangzott „Az újratölthető alkáli cink-mangán-dioxid akkumulátorok technológiája” című előadás foglalja össze, amelynek szerzői K. Kordesch, D. Freeman és K. Tomantschger voltak. Az ilyen akkumulátorok újratöltésével kapcsolatban az előadás kihangsúlyozta, hogy az ellenállásmentes csökkenő áramú töltőt lehet optimális megoldásnak tekinteni. Azt is megjegyezték, hogy a kutatás és a fejlesztés ezen a területen az újratöltési folyamat során a gázképződés kiküszöbölésére kell hogy irányuljon, továbbá csökkentenie kell a cink elektródon a dendrit képződést.The various properties of such batteries are disclosed in the " 14-19 " Summary of the Lecture on "The Technology of Rechargeable Alkaline Zinc Manganese Dioxide Batteries" at the Seventh Australian Conference on Electrochemistry, authored by K. Kordesch, D. Freeman and K. Tomantschger. With regard to the recharging of such batteries, the presentation emphasized that a non-resistive low-current charger could be considered an optimal solution. It was also noted that research and development in this area should be aimed at eliminating gas formation during the refill process and at reducing dendritic formation on the zinc electrode.

A találmány elsődleges célja olyan töltési eljárás és töltő áramkör létrehozása, amely képes ezen igényeket kielégíteni.It is a primary object of the present invention to provide a charging method and charging circuit capable of meeting these needs.

A találmány szerint eljárást hoztunk létre alkáli mangán-dioxid-cink újratölthető cellák töltésére, amelynek során meghatározott töltő és kisütő áramokat periodikusan az akkumulátorhoz küldünk, ez a folyamat töltési és kisütési szakaszok egymást felváltó sorozata során zajlik, ahol a töltési szakaszok lényegesen hosszabb ideig tartanak, mint a kisütési szakaszok és az egyes töltési szakaszokban egy adott előfeszítő áramot és adott szélességű és intenzitású, meredeken változó, az előfeszítő áramra szuperponált töltő impulzusokat továbbítunk az akkumulátorhoz, ahol az impulzusok egymást adott késleltetéssel követik, továbbá minden kisütési szakasz során az akkumulátort adott mértékű terhelő árammal és erre szuperponált meghatározott Időtartamú és intenzitású meredek kisütő áramimpulzusokkal terheljük. A kisütési szakaszok mindegyikében a kisütési folyamatot egy legalább 3 másodperces, előnyösen 5 másodperces idő eltelte után egy meghatározott időre leállítjuk, a leállítás alatt akkumulátor feszültségét érzékeljük, és a töltési, valamint a kisütési folyamatot abbahagyjuk, ha az érzékelt feszültség egy adott maximális értéket elér, és a lüktető töltőáram energiáját az érzékelt akkumulátorfeszültségtől függően úgy változtatjuk, hogy az energia növekvő feszültséggel csökken.In accordance with the present invention, there is provided a process for charging alkaline manganese zinc rechargeable cells by periodically sending specified charging and discharging currents to the battery during a successive series of charging and discharging steps, the charging stages being of substantially longer duration, as in the discharge stages and in each charge stage, a specific bias current and a varying width and intensity of pulses superimposed superimposed on the bias current are transmitted to the battery, whereby the pulses follow each other with a certain delay, and current and steep discharge current pulses of a specified duration and intensity superimposed on it. In each of the discharge phases, the discharge process is stopped after a specified time of at least 3 seconds, preferably 5 seconds, during which the battery voltage is detected and the charging and discharging process is stopped when the detected voltage reaches a certain maximum value, and varying the pulsating charge current depending on the detected battery voltage so that the energy decreases with increasing voltage.

Egy előnyös foganatosítási módnál a töltőáram csökkentését úgy oldjuk meg, hogy a töltőimpulzusok időközét az érzékelt feszültség függvényében növeljük.In a preferred embodiment, the reduction of the charging current is solved by increasing the interval of the charging pulses as a function of the detected voltage.

HU 209 972 ΒHU 209,972 Β

Egy másik foganatosítási módnál a kisütőimpulzusok időközét is növeljük érzékelt feszültség függvényében.In another embodiment, the interval of discharge pulses is also increased as a function of the detected voltage.

A cella élettartama szempontjából az az optimális, ha a periodikus sorozatot akkor állítjuk le, amikor az érzékelt feszültség meghatározott első küszöbszintje 1,68 V és 1,78 V közé esik.The optimum for cell life is to stop the periodic sequence when the defined first threshold level of the detected voltage is between 1.68 V and 1.78 V.

Automatikus töltést tudunk biztosítani, ha a periodikus sorozatot ismét megindítjuk, ha a cellafeszültség egy második meghatározott küszöbszint, például 1,5 V-1,65 V alá csökken.Automatic recharging can be provided by restarting the periodic sequence when the cell voltage drops below a second predetermined threshold level, e.g., 1.5V-1.65V.

Az alkáli mangán-dioxid-cink cellák különböző típusainál a ciklus élettartam növekszik, ha a töltőimpulzusok intenzitása legfeljebb háromszor akkora, mint az akkumulátor amperóra kapacitása tizedének megfelelő I10 áram. Ilyen esetekben előnyös, hogyha a töltéskori előfeszítő áram a töltőimpulzusokhoz képest legfeljebb fele értékű.The alkaline manganese dioxide-zinc cells with several types of life cycle is increased, when the charge pulse intensity is maximum three times the ampere-hours capacity of the battery corresponding to one tenth of current I10. In such cases, it is advantageous if the prestressing current at the charge is less than or equal to the charge pulses.

Előnyös továbbá, ha a kisütő impulzusok az I10 áramhoz képest legfeljebb másfélszeres értékűek, továbbá ha a kisütési előfeszítő áram legfeljebb fele értékű a kisütő impulzusokhoz képest.Further preferably, the discharge pulses of at most a half times the I values from circuit 10, and if not more than half of the discharging bias current value with respect to the discharge pulses.

A találmány szerint töltő áramkört is létrehoztunk alkáli mangán-dioxid-cink újratölthető akkumulátorok töltésére, amelyre jellemző, hogy az áramkörben szabályozható töltőáram generátor van, amely egy bináris vezérlőjelre adott válaszul képes egy első és egy második meghatározott kimenő töltőáramot előállítani, és az áramkörben található egy vezérelhető kisütő áram generátor, amely egy további bináris vezérlőjelre adott válaszul képes meghatározott értékű első és második kimenő kisütőáram előállítására, ahol a generátorok kimenetei a feltöltendő akkumulátor kapcsaihoz csátlakoznak, az áramkör tartalmaz első időzítő egységet, amely felváltva engedélyezi az említett generátorokat, és ezen belül a töltőgenerátor engedélyezési ideje legalább ötször olyan hosszú, mint a kisütő generátoré, és az áramkör tartalmaz az első időzítő egység által aktivált második időzítő egységet, amely olyan időzítést biztosít, melynek eltelte után az ellenállásmentes cellafeszültség már függetlenné vált a környezeti hőmérséklettől, és ez az időzítés rövidebb, mint a kisütő generátor bekapcsolási ideje és legalább 3-5 másodperc tartamú, tartalmaz harmadik időzítő egységet, amely a generátorok bináris impulzusvezérlő bemenetelhez csatlakozik és periodikus impulzusokat képező bináris jeleket állít elő, melyek impulzustartama lényegesen kisebb a kisütő generátor bekapcsolási idejénél, feszültségérzékelő bemenete pedig az akkumulátorhoz csatlakozik, továbbá bistabil kimeneti tulajdonságú, komparátort, melynek engedélyező bemenete a második időzítő egység kimenetéhez csatlakozik és az akkumulátorral összekötött feszültségérzékelő bemenete van, a komparátor rendelkezik ezenkívül két referencia bemenettel, melyek a legkisebb és a legnagyobb küszöbfeszültség értékeket meghatározó referencia feszültségforrásokhoz csatlakoznak, a komparátor kimenete mindkét generátor leállító bemenetéhez csatlakozik, és ezáltal lehetővé teszi az egymást felváltva követő töltési és kisütési folyamatokat, ha a cella feszültsége a kisütési periódusokban a második időzítés letelte után a két referenciaérték között van.The present invention also provides a charging circuit for charging alkaline manganese zinc rechargeable batteries, characterized in that the circuit comprises a controllable charge current generator capable of generating a first and a second defined output current in response to a binary control signal. a controllable discharge current generator capable of generating a first and second output current of defined value in response to an additional binary control signal, wherein the outputs of the generators are connected to the rechargeable battery terminals, the circuit comprising a first timing unit which alternately enables said generators; the charge generator has an enabling time of at least five times as long as the discharge generator and the circuit includes a second timer unit activated by the first timer unit t, which provides a timer after which the resistance-free cell voltage has become independent of ambient temperature and is shorter than the start-up time of the discharge generator and has a third timing unit which is a binary pulse control of the generators for at least 3-5 seconds. connected to an input and generates binary signals that produce periodic pulses, the pulse duration of which is significantly less than the start-up time of the discharge generator, the voltage sensor input is connected to the battery, and a bistable output yes, the comparator also has two reference inputs, which refer to the minimum and maximum threshold voltage values connected to the voltage sources, the comparator output is connected to the stopping inputs of both generators, thereby allowing alternate charging and discharging processes if the cell voltage in the discharge periods after the second timer expires between the two reference values.

Egy előnyös kiviteli alak a második időzítő egység kimenete által engedélyezett negyedik időzítő egységet tartalmaz, amely a kisütési periódusokon belül olyan időzítés biztosít, amely legalább annyi ideig tart, mint amennyi időre az akkumulátoron belül lezajló tranziens folyamatoknak szüksége van a kisütési szakaszban a második időzítő egység által létesített időzítés letelte után, a negyedik időzítő egység kimenete a kisütő generátor leállító bemenetéhez csatlakozik, hogy a kisütési folyamatot a negyedik időzítésen belül leállítsa, s ezáltal az akkumulátort terhelésmentes állapotba vigye arra az időre, amikor a komparátor engedélyezett állapotba kerül.A preferred embodiment comprises a fourth timer unit enabled by the output of the second timer unit which provides a timer within the discharge periods that is at least as long as the transient processes within the battery required by the second timer unit during the discharge phase After the timer has been set, the output of the fourth timer unit is connected to the stop generator input of the discharge generator to stop the discharge process within the fourth timer, thereby bringing the battery to a no-load condition for the time the comparator is enabled.

A találmányt a továbbiakban kiviteli példák kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon azThe invention will now be described in more detail with reference to the drawings, in which: In the drawing it is

1. ábra előnyös áramjel alakokat szemléltet, aFigure 1 illustrates preferred current waveforms, a

2. ábra a 8. ábra szerinti elrendezés fontosabb jelalakját mutatja, aFig. 2 shows a major waveform of the arrangement of Fig. 8, a

3. ábra az akkumulátor feszültségének alakulását szemlélteti egy teljes töltési periódus során kismértékben torzított időléptékben, aFigure 3 illustrates the evolution of battery voltage over a full charge period with slightly distorted time scales;

4. ábra az akkumulátor feszültségét szemlélteti egy töltési és kisütési periódus alatt, nagyított időléptékben, azFigure 4 illustrates the battery voltage during a charging and discharging period in an enlarged time scale,

5. ábra az áramjel alakok második előnyös változatát szemlélteti, aFigure 5 illustrates a second preferred embodiment of the current waveforms, a

6. ábra jellegzetes kisütési idődiagram, aFigure 6 is a typical discharge time diagram, a

7. ábra a töltési kapacitást szemlélteti a töltési idő függvényében, különböző töltési idők és ciklusszámok mellett, és aFigure 7 illustrates the charge capacity as a function of charge time with different charge times and cycle numbers, and

8. ábra a találmány szerinti töltő áramkör funkcionális tömbvázlata.Fig. 8 is a functional block diagram of a charging circuit according to the invention.

Az 1. ábrán az újratölthető alkáli mangán-dioxidcink cellákhoz használt találmány szerinti periodikus töltőáram egy periódusának jelalakját tüntettük fel. Minden ilyen periódus egy töltési és egy ezt követő kisütési szakaszból áll. A példakénti esetben a töltési szakasz körülbelül 60 másodperc időtartamú és egy állandó áramú Ib előfeszítésből és erre szuperponált nagyszámú meredek áramimpulzusból áll. A példa esetében a keskeny impulzusokat úgy állítottuk be, , hogy előírt állandó 200 ms-os időtartamuk legyen. Az egymást követő impulzusok között értelmezett td késleltetési idő állítható paraméternek tekintendő és értéke az egyes periódusokon belül meghatározott időpontokban mintavételezett ellenállásmentes URfree cellafeszültség nagyságától függ. A maximális Icb töltőáramot a cella tizedkapacitása 2,4-szeres értékére állítjuk be. A példakénti esetben C-típusú alkáli mangán-dioxid-cink cellákat vizsgáltunk, amelyek névleges kapacitása 2,5 Ah volt, ezért az Icb töltőáram 600 mA-es volt. Az Ib előfeszítés nagyságát az Icbm csúcsáram felére, azaz 300 mA-re állítottuk be.Figure 1 shows the waveform of a periodic charge current of the present invention for rechargeable alkaline manganese dioxide zinc cells. Each such period consists of a charge and a subsequent discharge phase. In the exemplary case, the charging section consists of a duration of about 60 seconds and a constant current bias I b and a plurality of steep current pulses superimposed on it. In the example, the narrow pulses were set to have a prescribed constant duration of 200 ms. The delay time t d , interpreted between successive pulses, is considered an adjustable parameter and depends on the magnitude of the unreinforced U Rfree cell voltage sampled at certain times within each period. The maximum charge current I cb is set to 2.4 times the cell's tenth capacity. In the exemplary case, C-type alkaline manganese dioxide zinc cells with a nominal capacity of 2.5 Ah were tested, so the charge current of I cb was 600 mA. The magnitude of the biasing I b was set to half the peak current I cbm , i.e. 300 mA.

Minden töltési szakasz befejeződésekor egy körülbelül 10 s hosszúságú kisütési szakasz kezdődik. A kisütési szakasz két fő részből áll, és ezek mindegyike körülbelül 5 s hosszúságú. Az első részben kisütési Idb At the end of each charge cycle, a discharge cycle of approximately 10 s will begin. The discharge phase consists of two main parts, each of which is about 5 s long. In the first part discharge I pieces

HU 209 972 Β előfeszítési áramot létesítettünk, amelynek nagysága körülbelül O,2xIlo = 50 mA volt, és erre 200 ms időtartamú kisütő impulzusokat szuperponáltunk. A kisütő impulzusok Idp csúcsárama O,8xIlo, azaz 200 mA értékű volt. Az egyes impulzusok közötti td késleltetési idő megegyezett a töltési szakaszban meghatározott értékkel. Ha a td késleltetési időt az ellenállásmentes mintavételezett URfree cellafeszültség értékétől függően változtatjuk, akkor ez a változás befolyásolja az impulzusok ismétlődési periódusidejét, mind a töltési, mind pedig a kisütési szakaszokban.A bias current of about 0.2 x 10 lo = 50 mA was generated and superimposed on 200 ms discharge pulses. The discharge pulses had peak current I p O d, 8xI lo, i.e. 200 mA. The delay time t d between each pulse was equal to the value determined in the charge phase. If the delay time t d is varied depending on the value of the unreinforced sampled U Rfree cell voltage, this change affects the repetition period of the pulses in both the charge and discharge periods.

Az egyes kisütési szakaszok második részében a cellát egyáltalán nem terheltük. Ezen terheletlen rész kezdeti időpontjában (tehát a cellát terhelő áram megszüntetését követő 1 vagy 2 ms időn belül) a cellafeszültséget megmértük,és ez az érték képezte az ellenállásmentes URfree cellafeszültséget. Az áram megszakítása kiküszöböli azt a feszültségesést, amely a cella soros ellenállása következtében terhelt állapotban keletkezne.In the second part of each discharge phase, the cell was not loaded at all. At the initial time of this unloaded portion (i.e., 1 or 2 ms after the cell current was discontinued), the cell voltage was measured, and this value formed the unreinforced U Rfree cell voltage. The interruption of the current eliminates the voltage drop that would occur due to the series resistance of the cell under load.

Az 1. ábrán az is látható, hogy a kisütési szakasz megkezdése előtt egy 0,5 s időtartamú megszakítást létesítettünk. Ezt a megszakítást a cella ellenállásmentes feszültségének közvetlenül a töltési folyamat befejezése utáni méréséhez használtuk.It is also shown in Figure 1 that an interruption of 0.5 s was initiated before the discharge phase started. This interruption was used to measure the unrestricted voltage of the cell immediately after the charging process was completed.

A 3. ábra szuperponált impulzusok között lévő td késleltetési idő változását szemlélteti, a mért ellenállásmentes URfree cellafeszültség függvényében. A td késleltetési idő egészen addig megtartja eredeti értékét, ameddig a cella feszültsége 0,7 V alatt van (3. ábra A szakasz), majd a periódusidő növekedni kezd (3. ábra B és C szakaszok). A kezdetben nagyobb töltési gyakoriság lecsökken és átlagosan olyan energiát adagol, melynek átlagértéke közel van a hagyományos ellenállásmentes töltők töltési energiájához, mely töltőket az alkáli mangán-dioxid-cink cellákhoz eddig ideálisnak tartottak.Figure 3 illustrates the change in delay time t d between superimposed pulses as a function of the measured unrestricted U Rfree cell voltage. The delay time t d maintains its original value until the cell voltage is below 0.7 V (Figure 3, Section A), and then the period time begins to increase (Figure 3, sections B and C). Initially, the higher charge frequency decreases and, on average, supplies energy with an average value close to that of conventional non-resistive chargers, which have been considered ideal for alkaline manganese-zinc cells.

A 3. ábrán az időlépték az impulzus időtartamok vonatkozásában torzított. A töltési periódusokban az impulzusok csúcsértékeinél az akkumulátorfeszültség maximális értéket vesz fel, minimumot pedig a kisütési periódusokban a terhelés csúcsértékeinél ér el. A két szaggatott vonal ennek a két szélsőséges feszültségnek a burkológörbéjét jelöli. A közöttük lévő pontvonal a mintavételezett ellenállásmentes URfree cellafeszültségnek felel meg. A diagramon a töltőimpulzusok gyakoriságának a feszültség növekedésével bekövetkező csökkenése is megfigyelhető. A mintavételezett ellenállásmentes akkumulátorfeszültség a töltési folyamat során fokozatosan növekszik, és ez a növekedés elegendően határozott mértékű ahhoz, hogy a töltési folyamatot akkor fejezzük be, amikor ez a feszültség eléri a felső határértékét, amelynek 1,72-1,75 V között kell lenni.In Figure 3, the time scale is distorted with respect to pulse duration. During the charging periods, the peak voltage of the pulses reaches its maximum value and at the peak during the discharge periods, it reaches the minimum at the peak of the load. The dashed lines represent the envelope of these two extreme voltages. The dotted line between them corresponds to the sampled resistance URfree cell voltage. The diagram also shows a decrease in the frequency of the charging pulses as the voltage increases. The sampled, unrestricted battery voltage gradually increases during the charging process, and this increase is sufficiently definite to complete the charging process when this voltage reaches the upper limit of 1.72-1.75 V.

Amikor a töltési folyamat már befejeződött, a terheletlen cellafeszültség csökkenni kezd. A találmány szerinti töltőáramkör akkor kezd újra működni, ha a cellafeszültség egy alsó határérték alá csökken, amely előnyösen mintegy 1,55-1,6 V közé esik. A töltési folyamat most rövidebb lesz, és a mintavett feszültség növekedése most gyorsabb, mint a már kisütött akkumulátor töltése esetén volt. A töltő akkor áll le, ha a feszültség eléri a felső határértéket. Ez a folyamat állandóan ismétlődik, jóllehet a töltési szakaszok egyre nagyobb időközökben követik egymást és időtartamuk is egyre csökken.When the charging process is complete, the unloaded cell voltage will begin to decrease. The charging circuit of the present invention resumes when the cell voltage drops below a lower limit, preferably between about 1.55 V and about 1.6 V. The charging process will now be shorter and the increase in sampled voltage will now be faster than when charging a discharged battery. The charger stops when the voltage reaches the upper limit. This process is constantly repeated, although the charging phases follow each other at increasing intervals and their duration decreases.

A 4. ábrán az akkumulátorfeszültség alakulásának nagyított idődiagramja látható, amely egy töltési és egy kisütési szakaszból áll, ahogy az egy többcsatornás feszültségregisztráló készülék kimenetén megjelenik. A töltési szakasz alatt látható feszültségcsúcsok az 1. ábra szerinti áramcsúcsoknak felelnek meg, az alacsony feszültségértékek pedig az impulzusok között kialakuló előfeszítésnek. A kisütési szakaszban hasonló jellegű, de ellentétes értelmű feszültségváltozások láthatók, a mély feszültségcsúcsok és az előfeszítések burkológörbéje azonban a töltési szakasz befejeződése után exponenciálisan csökken. Azt tapasztaltuk, hogy ennek a csökkenő görbének az alakja a hőmérséklettől függ, és ez a függés nagyobb mértékű a kisütési szakaszok kezdeténél, és azt követően mértéke gyorsan csökken. Méréseink azt igazolták, hogy a kisütési szakaszok kezdetét követő 5 másodperc elteltével az akkumulátorfeszültség már gyakorlatilag független a környezeti hőmérséklettől. Ez a tény indokolja az ilyen hosszú várakozási idő választását, amelyre az ellenállásmentes feszültség érzékelése előtt szükség van. Minden adott hőmérsékleten a közvetlenül a töltési szakaszok befejeződése után mintavételezett ellenállásmentes feszültség értéke és az ezen időpontokat 5 másodperccel követően mintavételezett feszültség értéke a teljes töltési folyamat alatt azonos módon változik. Érdemes megjegyezni, hogy az előfeszítéses terhelés időtartama alatt mért akkumulátorfeszültség a teljes töltési folyamat során hasonlóan változik, és ennek következtében a töltés befejeződésének és az impulzusparamétereknek a szabályozása ilyen feszültség értéken is alapulhat, ha ennek mintavételezése az egyes töltési szakaszok befejeződését követő mintegy 5 másodperc eltelte után történik. Az ilyen minták adott mértékű hibát tartalmaznak, amelynek mértéke az akkumulátor belső ellenállásától függ. A különböző belső ellenállású akkumulátorok ilyen mintavételezéssel történő töltése nem olyan egyöntetű, mint az ellenállásmentes mérési elven alapuló szabályozás esetében, hiszen a mért feszültség a pillanatnyi tényleges terhelőáram nagyságától és az eltérő értékű belső ellenállástól függ. Számos felhasználás esetében azonban az ennek következtében adódó pontatlanság jóval az elviselhető tűréshatáron belül van.Figure 4 is an enlarged time diagram of the evolution of battery voltage, consisting of a charging and discharging phase as it appears at the output of a multichannel voltage recorder. The voltage peaks during the charge phase correspond to the current peaks of Fig. 1, and the low voltage values correspond to the bias between the pulses. During the discharge phase, similar but opposite voltage changes can be seen, but the envelope of the deep peaks and biases exponentially decreases after the charging phase is completed. It has been found that the shape of this decreasing curve is temperature dependent, and this dependence is greater than the onset of the discharge stages and then decreases rapidly thereafter. Our measurements confirmed that after 5 seconds after the start of the discharge phase, the battery voltage is practically independent of the ambient temperature. This fact justifies the choice of such a long waiting time that is required before sensing a resistor voltage. At each given temperature, the value of the resistance-free voltage sampled immediately after the completion of the charging cycles and the value of the voltage sampled 5 seconds after these times change in the same way throughout the charging process. It is worth noting that the battery voltage measured during the preload period changes similarly throughout the charging process and, consequently, the control of charge completion and pulse parameters may be based on this voltage value if sampled approximately 5 seconds after the completion of each charge cycle. It happens. Such samples contain a certain amount of error, which depends on the internal resistance of the battery. The charging of batteries with different internal resistances by such sampling is not as uniform as in the case of control based on the resistive measurement principle, since the voltage measured depends on the actual actual load current and the internal resistance of different values. However, for many uses, the resulting inaccuracy is well within the tolerable limits.

Az 1. ábrán bemutatott töltési áram jelalakokon kívül más jelalakokkal is végeztünk kísérleteket. Ezeknek az áram-idő jelleggörbéjét az 5. ábra szemlélteti. Ennél a példánál az ellenállásmentes feszültség változásával csak az előfeszítő áramra szuperponált impulzusok között létesített td késleltetési időt változtattuk. Ennél az áram jelalaknál a töltőimpulzusoknak mind az amplitúdója, mind pedig az időtartama állandó értékű volt. Az impulzusszélesség 400 ms volt, a maximális Ichm töltőáramnak megfelelő impulzusamplitúdó pedigIn addition to the charge current waveforms shown in Figure 1, experiments were also conducted with other waveforms. The current-time curves of these are illustrated in Figure 5. In this example, only the delay time t d between the pulses superimposed on the bias current was changed by the change in the resistance-free voltage. In this current waveform, both the amplitude and the duration of the charge pulses were constant. The pulse width was 400 ms and the pulse amplitude corresponding to a maximum charge current of I chm

HU 209 972 ΒHU 209,972 Β

600 m A volt, amely 2,4xIz0 értéknek felel meg. Az Ib előfeszítés 60 m A volt, azaz O,24xIlo. A kisütési szakaszban az Idb előfeszítési áram 50 mA, tehát O,2xIlo értékű, a kisütő impulzusok amplitúdója pedig 300 mA, tehát l,2xI10 értékű volt, és az impulusok szélessége változatlanul 400 ms volt. Az akkumulátornak ilyen áram jelalakokkal való töltése nyilvánvalóan sokkal intenzívebb folyamat, mint az 1. ábra jelalakjai használatakor. Minden kisütési szakaszban az aktív terhelés körülbelül 5 másodpercig tartott és ezt az 1. ábrán bemutatottakhoz hasonlóan esetenként 5 másodperces terhelés nélküli pihenés követte. Az akkumulátor mintavételezése az előző példával azonos módon történt.600 mA was the equivalent of 2.4xI z0 . The pre-tension I b was 60 mA, i.e., O, 24xI lo . The discharge section 50 mA, ie O, 2xi value lo, the amplitude of the discharging pulses of I ks precharge current is 300 mA, that is l and 2xi value of 10, and the width remained impulusok 400ms. Charging the battery with such current waveforms is obviously a much more intensive process than using the waveforms of Figure 1. In each discharge phase, the active load lasted for about 5 seconds and was followed, as shown in Figure 1, by occasionally 5 seconds of no-load rest. The battery was sampled in the same way as in the previous example.

Az 5. ábrán látható jelalakokkal két sorozat C típusú mangán-dioxid-cink újratölthető akkumulátort töltöttünk. Minden készletben 8-8 sorosan kapcsolt akkumulátor volt. Egy többcsatornás jelírókészülék egy-egy csatornáját az egyes akkumulátorokhoz csatlakoztattuk. A töltést addig folytattuk, ameddig az ellenállásmentes feszültség elérte a cellánkénti 1,72 V értéket. Az első ciklusban a feszültség ezt a küszöbértéket 7,25 óra alatt érte el. Mintegy kétórás pihenés után a készleteket állandó értékű 190 mA-es árammal kisütöttük. A kisütés akkor fejeződött be, amikor a cellafeszültség 0,7 V-ra csökkent. A nyolc akkumulátor soros kapcsolása miatt a kisütési folyamatot valójában akkor állítottuk le, amikor a feszültség 8x0,7 = 5,6 V-ra csökkent. A kisütési idő 8,54 óra volt, és átlagos kapacitásként 1,62 Aó értéket kaptunk. Ezen mérés alatt azt figyeltük meg, hogy az akkumulátorok nem egyformák. A 6. ábrán egy jellegzetes kisütési görbe látható. A második töltési ciklusban a töltési idő 7,5 órára növekedett, a kisütési idő pedig 8,5 órára csökkent, ami 1,61 Aó kapacitásnak felel meg. A harmadik ciklusban a töltési idő 7,8 óra volt. Ebben az esetben az akkumulátorokat az egyes készletekre kapcsolt 60 ohmos ellenállással sütöttük ki. Állandó terhelő ellenállás mellett a kisütési idő 10,1 óra volt. A kapacitást ekkor nem számítottuk ki.With the signal shapes shown in Figure 5, two series of manganese dioxide zinc rechargeable batteries of type C were charged. Each kit had 8-8 serially connected batteries. One channel of a multichannel recorder is connected to each battery. Charging was continued until the resistor-free voltage reached 1.72 V per cell. In the first cycle, the voltage reached this threshold in 7.25 hours. After about two hours of rest, the kits were discharged with a constant current of 190 mA. The discharge was completed when the cell voltage dropped to 0.7 V. Due to the serial connection of the eight batteries, the discharge process was actually stopped when the voltage dropped to 8x0.7 = 5.6V. The discharge time was 8.54 hours and the average capacity was found to be 1.62 Å. During this measurement we observed that the batteries are not the same. Figure 6 shows a typical discharge curve. In the second charge cycle, the charge time increased to 7.5 hours and the discharge time decreased to 8.5 hours, corresponding to a capacity of 1.61 Ah. In the third cycle, the charge time was 7.8 hours. In this case, the batteries were discharged with a 60 ohm resistor connected to each kit. With constant load resistance, the discharge time was 10.1 hours. Capacity was not calculated at this time.

Minden akkumulátor hőmérsékletét figyeltük a töltési folyamat során, de változást nem észleltünk. Ezzel szemben ugyanezeket az akkumulátorokat előzőleg hagyományos kapcsolású csökkenő áramú töltővel is töltöttük, amely az akkumulátorokon 1,72 V-os állandó feszültséget engedett meg és a maximális töltőáramot 1A értékre korlátozta. Itt a töltési folyamat első néhány órájában a környezeti hőmérséklethez képest átlagosan 3 °C növekedést észleltünk. A töltőáramkört 28 órán keresztül az akkumulátorokra kapcsolva hagytuk, és ezt követően az akkumulátorokat kisütve átlagosan 1,84 Aó kapacitást kaptunk.The temperature of each battery was monitored during the charging process, but no change was detected. In contrast, the same batteries were previously charged with a conventional switching current charger, which allowed a constant voltage of 1.72 V and limited the maximum charge current to 1A. Here, during the first few hours of the charging process, an average increase of 3 ° C relative to the ambient temperature was observed. The charging circuit was left connected to the batteries for 28 hours and then discharged to an average capacity of 1.84 Å.

Az 5. ábrán vázolt áram jelalakokkal a kísérleteket ebben a fázisban befejeztük. Most az 1. ábrán vázolt jelalakokat kapcsoltuk a két készletre és töltési folyamatot indítottunk, amely egyébként az impulzustöltéssel végzett negyedik töltési ciklus volt. A töltés befejeződéséhez tartozó küszöbértéket URfree = 1,72 cellafeszültségre állítottuk be. A töltési folyamat 7,5 óráig tartott, amit 2 órás pihenés követett. Állandó 190 mA értékű kisütő árammal ezután kisütést végeztünk, amelynek ideje 8,4 óra volt, és a kapacitásra 1,596 Aó értéket kaptunk.The experiments with the current waveforms shown in Fig. 5 were completed at this stage. Now, the waveforms outlined in Figure 1 are coupled to the two sets and a charging process is initiated, which was otherwise the fourth charge cycle with pulse charging. The charging end threshold was set to U Rfree = 1.72 cell voltage. The charging process took 7.5 hours, followed by a 2 hour rest. A constant discharge current of 190 mA was then discharged for 8.4 hours and a capacity of 1.596 Å was obtained.

Abból a célból, hogy a kapacitásmérést egyöntetűbbé tegyük, a két készletből kiválasztottuk a hasonlóan viselkedőket és egy újabb nyolc egyforma akkumulátorból álló készletet állítottunk össze. Ezzel az új készlettel egy további (ötödik) ciklust kezdtünk. Ebben a ciklusban a töltés 7,5 óra elteltével fejeződött be. A töltőáramkört további 2,5 órán keresztül a készletre kapcsolva tartottuk, és eközben a töltés automatikusan bekapcsolódott, amikor a feszültség a 3. ábrán vázolt két rövid periódusra 1,6 V alá csökkent. A 190 m A-es terheléssel végzett ezt követő kisütés 9,5 óráig tartott és a kapacitás 1,8 Aó volt. A következő (hatodik) ciklusban a töltés 7,5 óra elteltével leállt, ebben a pillanatban a töltőt kikapcsoltuk és pihenés után kisütési periódust indítottunk. A kisütési idő 7,5 óra volt, a kapacitás pedig 1,425 Aó. A következő (hetedik) ciklusban a küszöbértéket 1,74 V-ra növeltük, és ezt 10 órás töltési szakasz végén értük el. Az ezt követő kisütési szakasz ideje 9,58 óra, a kapacitás pedig 1,82 Aó volt. A nyolcadik ciklusban a küszöbértéket 1,76 V-ra növeltük és ennek eléréséig a töltés 11,5 óráig tartott. Kétórás pihenés után a kisütési szakasz 10,26 óráig tartott.In order to make the capacity measurement more uniform, we selected similar behaviors from the two sets and assembled another set of eight identical batteries. With this new set we started an additional (fifth) cycle. Charging was completed after 7.5 hours in this cycle. The charging circuit was kept connected to the kit for an additional 2.5 hours while charging was automatically activated when the voltage dropped below 1.6 V for the two short periods shown in Figure 3. The 190 mA subsequent discharge lasted for 9.5 hours and had a capacity of 1.8 Ah. In the next (sixth) cycle, the charging stopped after 7.5 hours, at which point the charger was switched off and a rest period was started after resting. The discharge time was 7.5 hours and the capacity was 1,425 Ao. In the next (seventh) cycle, the threshold was raised to 1.74 V and was reached at the end of the 10 hour charge period. The subsequent discharge period was 9.58 hours and the capacity was 1.82 Ao. In the eighth cycle, the threshold was raised to 1.76 V and until this was reached, the charge lasted 11.5 hours. After two hours of rest, the discharge period lasted for 10.26 hours.

Az azonos töltőáram jelalakkal, de különböző töltési ideig tartó kísérletek eredményeit a 7. ábrán diagramokkal szemléltettük, amelyek a kapacitás és a vele társított töltési idők alakulását mutatják. Ennél az ábránál 100% a 2,5 Aó értékű névleges kapacitásnak felel meg. A 7,5 órás töltési idővel rendelkező hatodik ciklus a J pontnak, míg a 7. és 8. ciklusok a G és H pontoknak felelnek meg.The results of experiments with the same charge current waveform but with different charge time are illustrated in Fig. 7 with diagrams showing the evolution of capacitance and associated charge times. In this figure, 100% corresponds to a nominal capacity of 2.5 Ah. A sixth cycle with a charge time of 7.5 hours corresponds to point J, while cycles 7 and 8 correspond to points G and H respectively.

Hasonló akkumulátorokon az ellenállásmentes csökkenőáramú töltőáramkörrel végzett mérések során azt kaptuk, hogy a kapacitás első 50%-át 5,5 és 8 óra között végzett töltéssel lehetett megkapni. Ezt a tűrési tartományt az A és B pontok jelölik. Hasonlóképpen a kétharmados kapacitás eléréséhez szükséges töltési idők 9 és 13 óra közé estek, amelyek a C és D pontokhoz tartoznak. Az A-C és B-D pontokat összekötő szaggatott vonalak közé eső terület azokat a töltési időket jelöli, amelyek mellett az akkumulátor töltése a névleges kapacitásnak a függőleges tengelyen meghatározott százalékos értékén történt. Azt is megfigyeltük, hogy ezek az idők a ciklusok számával hosszabbodnak. Az E és F pontok a B és D pontoknak felelnek meg, de értelmezésük a 20. ciklusra vonatkozik. Méréseinket legalább a 7. és 9. ciklus között végeztük (hiszen egy kezdeti ciklust a csökkenő áramú töltővel is végeztünk), és az így kapott J, G és H pontok jóval a várható terület felett voltak még akkor is, ha a legmagasabb értékhez rendelt első ciklus várható értékéhez viszonyítunk. A 7. ábra azt mutatja, hogy a találmány szerinti áram jelalakokkal végzett töltéssel kedvezőbb töltési hatásfokot érünk el.For similar batteries, measurements using a resistive dc charging circuit showed that the first 50% of capacity was obtained by charging between 5.5 and 8 hours. This tolerance range is represented by the points A and B. Similarly, the charging times required to reach the two-thirds capacity ranged from 9 to 13 hours for points C and D. The area between the dashed lines connecting points A-C and B-D indicates the charging times at which the battery was charged at a percentage of the rated capacity on the vertical axis. We also observed that these times increase with the number of cycles. Points E and F correspond to points B and D, but their interpretation applies to cycle 20. We performed measurements at least between Cycle 7 and Cycle 9 (since we also performed an initial cycle with a decreasing current charger), and the resulting J, G, and H points were well above the expected range even if the first value assigned to the highest value was cycle expected value. Figure 7 shows that charging with current waveforms of the present invention achieves a more favorable charge efficiency.

Abból a célból, hogy az akkumulátorok számára enyhébb töltési feltételeket biztosítsunk, a küszöbszintet visszaállítottuk 1,72 V-ra, de a töltőimpulzusok között lévő td késleltetési időt mintegy 40%-kal megnöveltük (a 2. ábra az így növelt késleltetési időkhözIn order to provide the battery with milder charging conditions, the threshold level was reset to 1.72 V, but the delay time t d between the charging pulses was increased by about 40% (Figure 2 for the thus increased delay times).

HU 209 972 Β tartozik). A töltési és a kisütési időket, továbbá a hozzájuk tartozó kapacitás értékeket a következő három (tehát a 9-11.) ciklus esetében az 1. táblázatban foglaltuk össze.EN 209 972 Β). The charging and discharging times and their respective capacity values for the following three (i.e., 9-11) cycles are summarized in Table 1.

ciklus cycle 9. 9th 10. 10th 11. 11th töltési idő (ó) charging time (h) 16,45 16.45 16,25 16.25 16,66 16.66 kisütési idő (ó) discharge time (h) 8,55 8.55 8,46 8.46 8,63 8.63 kapacitás (Aó) capacity (Ah) 1,625 1.625 1,607 1,607 1,64 1.64

A fenti példákból látható, hogy a töltési idő miként változik a különböző jelalakok esetében. Beláthatjuk, hogy az optimális jelalakokat a felhasználó követelményei és igényei, továbbá a használt akkumulátorok tulajdonságai szerint kell és lehet beállítani. Úgy véljük, hogy a töltési szakaszokban az előfeszítő áram értékét kb. 100 mA, előnyösen 150 mA közé kell beállítani, legalábbis a töltési szakasz első néhány órájában, miután a cinkelektród aktív állapotát ezzel kedvezőbben tudjuk biztosítani. Az előfeszítésre szuperponált meredek impulzusok segítenek több energiát az akkumulátorba vinni, a meredek tranziens folyamatok pedig lelassítják a dendritképződési folyamatot, ami a ciklusélettartamot növeli. A környezeti hőmérséklettől nagymértékben függetlenített, ellenállásmentesen meghatározott feszültségmintáknak a töltési szakaszok végének meghatározására, továbbá az impulzusjellemzők beállítására vonatkozó használata fokozottan egyöntetű töltést eredményez. Az automatikus indítást és leállást tartalmazó működés megakadályozza a gázképződést abban az esetben, ha a töltőáramkört tartósan bekapcsolt állapotban hagyjuk, és az ismétlődő ciklusok úgy őrzik meg (néha pedig növelik) a kapacitást, hogy eközben az akkumulátorokat nem károsítják és túlzott energiát sem fogyasztanak.The examples above show how the charge time varies with different waveforms. It will be appreciated that the optimum waveforms should and should be adjusted according to the requirements and requirements of the user and the characteristics of the batteries used. It is believed that the prestressing current in the charging sections is approx. It should be set at 100 mA, preferably 150 mA, at least for the first few hours of the charging period, after which the active state of the zinc electrode can be more advantageously ensured. Bias pulses superimposed on the preload help to draw more energy into the battery, and steep transient processes slow down the dendritic formation process, which increases cycle life. The use of voltage-independent voltage samples, which are highly independent of ambient temperature, for determining the end of charge cycles and for setting pulse characteristics, results in a more uniform charge. Automatic start and stop operation prevents gas formation when the charging circuit is left permanently on and repetitive cycles maintain (sometimes increase) the capacity without damaging the batteries or consuming excessive power.

A 8. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés tömbvázlata, amely elrendezés lehetővé teszi a találmány szerinti töltési folyamathoz szükséges sajátos áram jelalakok előállítását. A megértés könnyítése érdekében a magyarázat során az 1. ábrán vázolt időzítési jeleket használjuk.Fig. 8 is a block diagram of a circuit arrangement according to the invention, which allows generating specific current waveforms for the charging process of the invention. In order to facilitate understanding, the timing symbols shown in Figure 1 are used in the explanation.

A kapcsolás három TI, T2 és T3 időzítőt tartalmaz. ATI időzítő olyan impulzussorozatot állít elő, amelynek 60 s hosszú impulzusideje és 10 s hosszú szünetideje van. Ezek az impulzusok oly módon határozzák meg a váltakozva ismétlődő töltési és kisütési szakaszokat, hogy a TI időzítő kimenete közvetlenül CHG töltőáram generátor engedélyező bemenetéhez és DCHG kisütőáram generátor EN invertált engedélyező bemenetéhez csatlakozik. A CHG és DCHG töltő- és kisütőáram generátoroknak st leállító bemenete van, amelynek aktiválása megszakítja kimenetűket, amely a töltendő akkumulátor egyik kivezetéséhez csatlakozik. A DCHG kisütőáram generátor engedélyezésekor első állandó terhelő áramot kapcsol az akkumulátorra, és egy második állandó terhelést, ha tp impulzusbemenetén második engedélyező feltételt kap. A CHG töltőáram generátor hasonlóan működik, és neki is van tp impulzusbemenete. A CHG töltőáram generátor által a tp impulzusbemenet letiltott állapotában létesített első áram a tp impulzusbemenet engedélyezett állapotában előállított második áram értékétől függ, például annak éppen a fele.The circuit includes three timers T1, T2 and T3. The ATI timer generates a series of pulses that have a pulse time of 60 s and a pause of 10 s. These pulses define alternating recharging and discharging stages by connecting the timer output of TI directly to the enable input of the CHG charge current generator and the inverted enable input of the DCHG discharge current generator. Charging and discharging current generators CHG and DCHG have a stopping input which, when activated, interrupts outputs connected to one of the terminals of the battery to be charged. When the DCHG discharge current generator is enabled, a first constant load current is applied to the battery and a second constant load when a second enable condition is obtained at its pulse input tp. The CHG charge current generator operates in a similar manner and has a tp pulse input. The first current generated by the CHG charge current generator in the disabled state of the pulse input tp depends on the value of the second current generated in the enabled state of the pulse input tp, e.g.

A második T2 időzítő fogadja az első TI időzítő kimenetét, és 5 s hosszúságú alacsony logikai szintű impulzust állít elő, amely az első TI időzítő kimeneti impulzusának azon éle idején kezdődik, amely elválasztja a töltési és a kisütési szakaszokat. A második T2 időzítő kimeneti impulzusa az ablakkomparátorból kialakított CP komparátor EN engedélyező bemenetéhez és, adott esetben negyedik T4 időzítő EN engedélyező bemenetéhez kapcsolódik. A CP komparátor bistabil tulajdonságokkal rendelkezik, tehát addig megtartja azt a kimeneti állapotát, amit az első küszöbszint egyik irányú átlépésekor vett fel, ameddig a jel a másik küszöbszintet a másik irányban át nem lépi.The second timer T2 receives the output of the first TI timer and generates a low logic pulse of 5 s starting at the edge of the output pulse of the first TI timer that separates the charge and discharge stages. The output pulse of the second timer T2 is coupled to the EN enable input of the comparator CP made up of the window comparator and optionally to the EN enable input of the fourth timer T4. The CP comparator has bistable properties, so it retains the output state it took when crossing the first threshold in one direction until the signal crosses the other threshold in the other direction.

Az elrendezés működését a 2. ábra idődiagramjaira való hivatkozással ismertetjük. A 2. ábrán az egyes idődiagramok hivatkozási jelei megegyeznek a 8. ábra azon egységeinek hivatkozási jeleivel, ahol a szemléltetett jelalakok megjelennek.The operation of the arrangement is described with reference to the time diagrams of Figure 2. Referring to FIG. 2, the reference symbols of each time diagram correspond to those of the units in FIG. 8 where the illustrated waveforms are displayed.

Minden kisütési szakasz első 5 másodpercében a második T2 időzítő kimenete logikai nulla (alacsony) állapotban van (2. ábra, T2 görbe). 5 másodpercen belül a második T2 időzítő kimenete magas értékűvé válik, amely engedélyezi a CP komparátort és indítja a negyedik T4 időzítő időzítését (2. ábra CP és T4 görbék). A negyedik T4 időzítő által meghatározott és jellegzetesen 2 másodperces időzítés alatt a DCHG kisütő generátor letiltott állapotban van, mert stop impulzust kap st stop bemenetén, és a CP komparátor állapota eldönti, hogy a cella feszültsége a pl. 1,72 ésDuring the first 5 seconds of each discharge phase, the output of the second T2 timer is in a logic zero (low) state (Fig. 2, T2 curve). Within 5 seconds, the output of the second timer T2 becomes high, enabling the comparator CP and triggering the timing of the fourth timer T4 (Fig. 2, CP and T4 curves). During the fourth T4 timer and typically 2 seconds timing, the DCHG discharge generator is disabled because it receives a stop pulse at its st stop input and the CP comparator state determines that the cell voltage is e.g. 1.72 and

1,6 V-ra állított refl és ref2 referencia feszültségek által meghatározott ablakon belül van-e (2. ábra T4, U Rfree és DCHG görbék). Ezt tekinthetjük a cella ellenállásmentes feszültségének. A CP komparátor engedélyezési ideje alatt a CP komparátor által érzékelt cellafeszültség maximális értéken van, ha nincs terhelő áram, azaz amikor a negyedik T4 időzítő bekapcsolt állapota letiltja a kisütési áramot. Ezt az időszakot a 2. ábrán az URfree görbének a vonalkázott területe mutatja.It is within the window defined by the reference voltages ref and ref2 set to 1.6 V (Fig. 2 T4, U Rfree and DCHG curves). This can be considered as the cell's resistance-free voltage. During the CP comparator enable time, the cell voltage detected by the CP comparator is at maximum when no load current is present, i.e. when the fourth T4 timer on disables the discharge current. This period is shown in Fig. 2 by the shaded area of the U Rfree curve.

A harmadik T3 időzítő 200 ms szélességű impulzusokat állít elő, amelyek ismétlődési ideje a cella feszültségétől függ.The third T3 timer produces pulses of 200 ms width, the repetition time of which depends on the voltage of the cell.

A harmadik T3 időzítő kimenete vezérli mindkét CHG és DCHG generátor második tp engedélyező bemenetét.The output of the third timer T3 controls the second enable input tp of both CHG and DCHG generators.

Ha az akkumulátorkivezetések közé olyan akkumulátort kapcsolunk, amelynek feszültsége 1,6 V alatt van, akkor a CP komparátor bekacsolódik és megszakítja a leállító jelet a generátorok st leállító bemenetelről, és ezzel a töltő és kisütő impulzusok váltakozó folyamata megindul, és az akkumulátor töltődik. Ha az érzékelt feszültség meghaladja az 1,72 V-os küszöbszintet (amely a negyedik T4 időzítő időzítése által meghatározott ellenállásmentes érzékelés alatt következhet be), akkor a CP komparátor állapota megváltozik és mindkét CHG és DCHG töltő- és kisütőáram generátort leállítja azok st leállító bemenetének vezér6If a battery with a voltage of less than 1.6 V is connected between the battery terminals, the CP comparator turns on and interrupts the stop signal from the st stopping input of the generators, thereby initiating the alternating process of charging and discharging pulses and charging the battery. If the detected voltage exceeds the threshold of 1.72 V (which may occur during the non-resistive detection defined by the timing of the fourth T4 timer), the state of the comparator CP changes and stops both the CHG and DCHG charging and discharging current generators at their st stop input vezér6

HU 209 972 Β lésével. A kapcsolási elrendezés ily módon az 1. és 5. ábrákon vázolt áram jelalakok előállításához szükséges összes feltételt megteremti.HU 209 972 Β. The circuit arrangement thus provides all the conditions necessary to produce the current waveforms shown in Figures 1 and 5.

Claims (10)

SZABADALMI IGÉNYPONTOKPATENT CLAIMS 1. Eljárás alkáli mangán-dioxid-cink akkumulátorok töltésére, amelynek során töltési és kisütési szakaszok váltakozó sorozata alatt az akkumulátorhoz előírt töltő, illetve kisütő áramokat vezetünk, ahol a töltési szakaszok időtartama lényegesen meghaladja a kisütési szakaszok időtartamát, azzal jellemezve, hogy a töltési szakaszok mindegyikében az akkumulátorhoz meghatározott előfeszítő áramot, és erre szuperponált, meghatározott szélességű és intenzitású, meredeken változó töltőáram impulzusokat vezetünk, ahol az egymást követő impulzusok között adott késleltetést létesítünk, a kisütési szakaszokban az akkumulátort meghatározott előfeszítő terhelő árammal terheljük és erre adott szélességű és intenzitású meredek kisütő impulzusokat szuperponálunk, a kisütési szakaszok mindegyikében a kisütési folyamatot egy legalább 3, előnyösen 5 másodperces idő eltelte után adott leállási időszakra megszakítjuk, a leállási időszakban az akkumulátor feszültségét érzékeljük, és a töltési és kisütési folyamatot leállítjuk, ha az érzékelt feszültség egy előírt maximális értéket elér, és a lüktető töltőáram energiáját az akkumulátor érzékelt feszültségétől függően úgy változtatjuk, hogy az energia növekvő feszültség mellett csökken.CLAIMS 1. A method for charging alkaline manganese-zinc batteries, wherein a series of charging and discharging steps are provided with a specified charge or discharge currents for the battery, wherein the duration of the charging stages substantially exceeds the duration of the discharging steps. each driving a predetermined bias current to the battery and superimposed steeply varying charge current pulses of defined width and intensity, providing a delay between successive pulses, loading the battery with a predetermined bias current at a given biasing current and pulses are superimposed, each of the discharging periods having a discharge period of at least 3 seconds, preferably 5 seconds, interrupting, detecting battery voltage during the shutdown period, and stopping the charging and discharging process when the detected voltage reaches a specified maximum value and varying the pulsating charge current depending on the sensed voltage of the battery so that the energy decreases with increasing voltage. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az energia mennyiségét a töltőimpulzusok közötti késleltetési időnek az érzékelt feszültségtől függő növelésével csökkentjük.Method according to claim 1, characterized in that the amount of energy is reduced by increasing the delay time between the charging pulses in dependence on the detected voltage. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kisütő impulzusok közötti késleltetést az érzékelt feszültségtől függően növeljük.3. The method of claim 1, wherein the delay between discharge pulses is increased depending on the detected voltage. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltési és kisütési folyamatot akkor állítjuk le, amikor az akkumulátor érzékelt feszültsége cellánként 1,68 V és 1,78 V közé esik.The method of claim 1, wherein the charging and discharging process is stopped when the detected voltage of the battery is between 1.68 V and 1.78 V per cell. 5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy amikor az akkumulátor érzékelt feszültsége cellánként egy 1,5 V és 1,65 V között lévő második meghatározott küszöbszintre csökken, akkor a töltésből és kisütésből álló periodikus sorozatot ismét megindítjuk.The method of claim 4, wherein when the sensed battery voltage drops to a second defined threshold level per cell between 1.5 V and 1.65 V, the charging and discharging periodic sequence is restarted. 6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltő impulzusok intenzitását az akkumulátor kapacitása amperórában kifejezett számértéke tizedének megfelelő áram (I10) legfeljebb háromszorosára választjuk.The method of claim 1, wherein the intensity of the charging pulses is selected to be up to three times the current ( 10 ) corresponding to one tenth of the numerical value of the battery capacity. 7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a töltéskor az előfeszítő áram értéke a töltési impulzusok értékének legfeljebb a felét éri el.Method according to claim 6, characterized in that during charging the prestressing current reaches at most half the value of the charging pulses. 8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kisütési impulzusok intenzitását az akkumulátor kapacitása amperórában kifejezett számértéke tizedének megfelelő áram (I10) legfeljebb másfélszeresére állítjuk be, és a kisütéskor az előfeszítési áram a kisütési impulzusok értékének legfeljebb a felével azonos.The method of claim 1, wherein the intensity of the discharge pulses is set to a maximum of one and a half times the current (I 10 ) corresponding to one-tenth of the numerical value of the battery capacity and the discharge current is equal to at most half the discharge pulse. 9. Töltő áramkör alkáli mangán-dioxid-cink akkumulátorok töltésére, azzal jellemezve, hogy impulzusbemenetéhez (tp) vezetett bináris vezérlő jelre adott válaszul első és második meg határozott kimeneti töltő áramot (Ich) előállító vezérelhető töltőáram generátort (CHG) és egy másik bináris jelre adott válaszul első és második adott kisütő áramot (Idch) létesítő vezérelhető kisütőáram generátort (DCHG) tartalmaz, a generátorok (CHG és DCHG) kimenete a töltendő akkumulátorra van kapcsolva, tartalmaz első időzítőt (TI), amelynek kimenete az említett generátorok (CHG és DCHG) engedélyező és invertált engedélyező bemenetéhez (ΕΝ, EN) van kapcsolva és azok áramát váltakozva engedélyezi, és a töltőáram generátor (CHG) engedélyezési ideje legalább ötszörös a kisütőáram generátor (DCHG) engedélyezési idejéhez viszonyítva, tartalmaz továbbá időzítő (TI) által vezérelt második időzítőt (T2), melynek időzítése annak az időnek felel meg, amelynek eltelte után az akkumulátor ellenállásmentes feszültsége már függetlenné vált a környezeti hőmérséklettől, ez az idő rövidebb a kisütőáram generátor (DCHG) engedélyezési idejénél és legalább 3-5 másodperc tartamú, az említett generátorok, (CHG és DCHG) impulzusbemenetéhez (tp) harmadik időzítő (T3) csatlakozik, amelynek feszültségérzékelő bemenete az akkumulátorhoz csatlakozik, a töltő áramkör tartalmaz bistabil kimeneti tulajdonságú komparátort (CP), amelynek engedélyező bemenete (EN) a második időzítő (T2) kimenetével van összekapcsolva, feszültség érzékelő bemenete az akkumulátorhoz csatlakozik, a komparátomak (CP) van két referencia bemenete (refl, ref2), amelyek egy-egy feszültségforrással vannak Összekötve, amelyek a minimális és maximális küszöbfeszültségnek felelnek meg, és a komparátor (CP) kimenete a generátorok (CHG, DCHG) leállító bemenetéhez (st) csatlakozik.Charging circuit for charging alkaline manganese-zinc batteries, characterized in that, in response to a binary control signal to its pulse input (tp), a controllable charge current generator (CHG) generating first and second defined output charging currents (Ich) and another binary signal. in response, comprises a controllable discharge current generator (DCHG) for generating first and second specific discharge currents (Idch), the outputs of the generators (CHG and DCHG) being connected to a rechargeable battery, comprising a first timer (TI) output from said generators (CHG and DCHG ) is connected to its enabling and inverted enable input (ΕΝ, EN) and alternates its current, and the charging current generator (CHG) has an enable time of at least five times that of the discharge current generator (DCHG) and includes a second timer (TI) controlled (T2) the timing of which corresponds to the time after which the resistor voltage of the battery has become independent of the ambient temperature, which is shorter than the discharge time of the discharge current generator (DCHG) and lasts at least 3-5 seconds for said generators (CHG and DCHG). ) is connected to a pulse input (tp) of a third timer (T3) having a voltage sensor input connected to the battery, the charging circuit includes a bistable output comparator (CP) whose enabling input (EN) is connected to the output of the second timer (T2) connected to the battery, the comparator atoms (CP) have two reference inputs (refl, ref2) connected to each voltage source, which correspond to the minimum and maximum threshold voltage, and the comparator (CP) output to the generators (CHG, DCHG) stop bem is connected to his diet (st). 10. A 9. igénypont szerinti áramkör, azzal jellemezve, hogy tartalmaz negyedik időzítő áramkört (T4), amelynek engedélyező bemenete (EN) a második időzítő (T2) kimenetével van összekötve, és kimenete a kisütőáram generátor (DCHG) leállító bemenetéhez (st) csatlakozik.The circuit of claim 9, further comprising a fourth timing circuit (T4) having its enable input (EN) connected to the output of the second timer (T2) and its output to the stop current (st) of the discharge current generator (DCHG). join.
HU896076A 1989-10-26 1989-10-26 Method for charging peroxide-zinck accumulators and charger circuit for implementing said method HU209972B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU896076A HU209972B (en) 1989-10-26 1989-10-26 Method for charging peroxide-zinck accumulators and charger circuit for implementing said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU896076A HU209972B (en) 1989-10-26 1989-10-26 Method for charging peroxide-zinck accumulators and charger circuit for implementing said method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
HU896076D0 HU896076D0 (en) 1991-11-28
HUT61424A HUT61424A (en) 1992-12-28
HU209972B true HU209972B (en) 1995-01-30

Family

ID=10971174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU896076A HU209972B (en) 1989-10-26 1989-10-26 Method for charging peroxide-zinck accumulators and charger circuit for implementing said method

Country Status (1)

Country Link
HU (1) HU209972B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
HUT61424A (en) 1992-12-28
HU896076D0 (en) 1991-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5160880A (en) Method and apparatus for charging and testing batteries
US5049803A (en) Method and apparatus for charging and testing batteries
US4745349A (en) Apparatus and method for charging and testing batteries
US4876495A (en) Apparatus and method for charging and testing batteries
US5905364A (en) Rapid battery charger with charge controlling capability depending on overvoltage of the battery
US6954051B2 (en) Battery charger and charging method
KR100378099B1 (en) Intelligent battery system
US5352969A (en) Battery charging system having logarithmic analog-to-digital converter with automatic scaling of analog signal
US4829225A (en) Rapid battery charger, discharger and conditioner
JP3043808B2 (en) Method for charging rechargeable batteries particularly quickly
US7446509B2 (en) Intelligent battery charging system
US7221125B2 (en) System and method for charging a battery
HU196863B (en) Method for charging ni-cd accumulators and circuit arrangement for carrying out the said method
EP0425044A1 (en) Device for charging a battery
WO2002041466A2 (en) Adaptive battery charging based on battery condition
JP4727562B2 (en) Charging method and charging circuit
US6459243B1 (en) Multiple plateau battery charging method and system to fully charge the first plateau
JPH049021B2 (en)
US6094051A (en) Apparatus and method for detecting memory effect in nickel cadmium batteries
WO1991007000A1 (en) A method and a charger circuit for the charging of alkaline manganese dioxide-zinc rechargeable batteries
JPH07336908A (en) Charger of nonaqueous secondary battery
JP4090713B2 (en) Nickel metal hydride battery capacity estimation method
HU209972B (en) Method for charging peroxide-zinck accumulators and charger circuit for implementing said method
JPH0630530A (en) Charger and charging method for enclosed lead battery
JPH08149709A (en) Charger for secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee