NL1027247C2 - Inrichting en werkwijze voor het laden van een accumulator. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het laden van een accumulator

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het laden van een accumulator van elektrische lading, omvattende een inrichting voor het opwekken van elektrische stroom door 5 omzetting van extern toegevoerde energie in een andere vorm dan elektrische energie en het leveren van stroom bij een uit-gangsspanning, en aansluitingen voor het leveren van een laadstroom aan een op te laden accumulator bij een opgelegd spanningsverschil.

10 De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het laden van een accumulator van elektrische lading, omvattende het opwekken van elektrische stroom door omzetting van extern toegevoerde energie in een andere vorm dan elektrische energie 15 en het leveren van stroom bij een uitgangsspanning, en het leveren van een laadstroom aan een op te laden accumulator bij een opgelegd spanningsverschil,

De uitvinding heeft tevens betrekking op het gebruik van een dergelijke inrichting.

20 Het is bekend om een accu of batterij op te laden door middel van een zonnepaneel. Een probleem daarbij is dat de door een enkele fotovoltaïsche cel geleverde spanning bij ongeveer 0,45 V ligt, hetgeen niet voldoende is om de meest gebruikelijke batterijen en accu's op te laden. Om die reden 25 omvat een zonnepaneel meestal een serieschakeling van fotovoltaïsche cellen. Een nadeel hiervan is dat bij geringe lichtinval zeer weinig vermogen wordt geleverd, zodat het laden zeer lang duurt. Bovendien is dan de som van de spanningen van de in serie geschakelde cellen vaak nog steeds te laag. Een pa-30 rallelschakeling van fotovoltaïsche cellen in combinatie met een spanningsversterker ondervangt dit probleem niet op bevredigende wijze, vanwege de optredende energieverliezen.

De uitvinding beoogt een inrichting van het hierboven omschreven type te verschaffen welke, ook bij externe toe- 1027247 2 voer van energie met een geringe intensiteit in een andere vorm dan elektrische energie, een accumulator relatief snel, efficiënt en op eenvoudige wijze kan opladen.

Dit doel wordt bereikt door de inrichting volgens de 5 uitvinding met het kenmerk dat de inrichting is voorzien van een tweede accumulator van elektrische lading, welke met de inrichting voor het opwekken van elektrische stroom tussen de aansluitingen in serie is geschakeld, zodanig dat een spanningsverschil over de serieschake-10 ling groter is dan de uitgangsspanning van de stroom opwekkende inrichting.

Doordat een tweede accumulator met de inrichting voor het opwekken van elektrische stroom in serie is geschakeld, zodanig dat een spanningsverschil over de serieschake-15 ling groter is dan de uitgangsspanning van de stroom opwekkende inrichting, is gebruik van een spanningsversterker of een stroom opwekkende inrichting die bestaat uit een serieschake-ling van gelijksoortige stroom opwekkende elementen overbodig. De inrichting is veel minder afhankelijk van de externe toe-20 voer van energie voor het leveren van een voldoende hoge laad-spanning.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting voor het opwekken van elektrische stroom ten minste één foto-voltaïsche cel.

25 Deze variant heeft het voordeel onafhankelijk van het lichtnet te zijn.

Bij voorkeur omvat de inrichting voor het opwekken van elektrische stroom een parallelschakeling van ten minste twee stroom opwekkende cellen, bij voorkeur fotovoltaïsche 30 cellen.

In deze uitvoeringsvorm wordt maximaal gebruik gemaakt van een bepaald beschikbaar oppervlak van de fotovoltaïsche inrichting. De door de individuele cellen geleverde stroom sommeert zich, zodat een relatief hoog vermogen wordt 35 geleverd, ook bij geringe lichtinval. Dit heeft tot gevolg dat, ook bij geringe lichtinval, een accumulator snel kan worden opgeladen. De gevoeligheid is zodoende verbeterd, terwijl de laadtijd wordt bekort. Bij zeer sterke lichtinval zal de 1027247 ” 3 maximale laadspanning van de te laden accumulator niet snel worden overschreden, zodat spanningsdelers, met energie dissi-perende weerstanden, overbodig zijn. Dit effect wordt ook bij inrichtingen bereikt die invallende warmtestraling omzetten in 5 elektrische energie. Bij, bijvoorbeeld, brandstofcellen, wordt door parallelschakeling een relatief compacte inrichting verkregen, die toch veel stroom levert.

Bij voorkeur omvat de tweede accumulator van elektrische lading ten minste één elektrochemische cel, meer bij 10 voorkeur ten minste één lood-sulfaataccu.

Deze uitvoeringsvorm heeft het voordeel van de eenvoud. Elektrochemische cellen leveren een welbepaalde spanning, zodat de inrichting gemakkelijk kan worden ontworpen om de voor dé te laden accumulator noodzakelijke laadspanning te 15 leveren.

Bij voorkeur is de stroom opwekkende inrichting ingericht om een uitgangsspanning te leveren in een bereik dat in hoofdzaak is gelegen binnen een bereik begrensd door het verschil tussen de maximaal toelaatbare laadspanning en de 20 spanning in ontladen toestand van de te laden accumulator.

Aldus kunnen verschillen in de externe toevoer van energie niet leiden tot langdurige overschrijding van de maximale laadspanning, of tot een te lage laadspanning. Dit verbetert de efficiëntie van de inrichting.

25 In een voorkeursuitvoeringsvorm vertoont de tweede accumulator een potentiaalverschil gelijk aan of groter dan een klemspanning van een te laden accumulator in ontladen, belaste toestand.

Aldus zijn geen additionele spanningsbronnen of ver-30 sterkers nodig om de vereiste laadspanning te bereiken.

Volgens een ander aspect heeft de werkwijze volgens de uitvinding het kenmerk dat een tweede accumulator van elektrische lading, met een inrichting voor het opwekken van elektrische stroom tussen polen van de te laden accumulator in se-35 rie wordt geschakeld, zodanig dat een spanningsverschil over de serieschakeling groter is dan de opgewekte uitgangsspanning.

1027247'* 4

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt de inrichting volgens de uitvinding gebruikt voor het laden van een lood-sulfaataccu.

De uitvinding zal hieronder worden toegelicht onder 5 verwijzing naar de bijgaande tekening, waarin op zeer schematische wijze een voorbeeld van een inrichting voor het laden van een accu wordt getoond.

De in de figuur getoonde inrichting wordt in het af-gebeelde voorbeeld gebruikt voor het laden van een accu 1.

10 Hiermee wordt in dit verband een apparaat omvattende ten minste één elektrochemische cel bedoeld. In de elektrochemische cel(len) wordt bij het laden elektrische energie in chemische energie omgezet, en bij het ontladen chemische energie in elektrische energie. De accu 1 is bij voorkeur een lood-15 sulfaataccu, bijvoorbeeld een accu voor een voertuig. In de cellen van zo'n accu zijn, zoals bekend, de elektroden van lood en loodoxide (met eventuele toevoegingen) gemaakt, en wordt het elektrolyt in hoofdzaak door zwavelzuur gevormd. De inrichting is ook bruikbaar voor bijvoorbeeld het laden van 20 Nikkel-Cadmiumbatterijen en Natrium-zwavelbatterijen. De toepassing in verband met lood-sulfaataccu's is voordelig, omdat de inrichting grotendeels temperatuuronafhankelijk opereert, zoals zal worden uitgelegd. Lood-sulfaataccu's, in het bijzonder in de vorm van voertuigaccu's, zijn ook aangepast om te 25 opereren binnen een groot temperatuurbereik. Zodoende is het samenstel van de te laden accu en de laadinrichting in het bij zonder geschikt voor gebruik bij het vastleggen van extern toegevoerde energie op afgelegen locaties. Andersoortige batterijen vereisen vaak een verwarmingsinrichting.

30 Hoewel de inrichting bij voorkeur wordt gebruikt voor het laden van zo'n accu 1, is zij ook bruikbaar voor het laden van andere accumulatoren van elektrische lading. Voorbeelden zijn samenstellen van één of meer condensatoren, bijvoorbeeld zogenaamde supercondensatoren, brandstofcellen, en 35 supergeleidende stroomkringen.

Om de accu 1 te laden, wordt een eerste aansluiting 2 aangesloten op een pluspool 4 en een tweede aansluiting 3 op een minpool 5 van de accu 1. De pluspool 4 is de 1027247- i 5 pool met de, in gebruik, hogere spanning van de twee polen 4,5.

Elektrische stroom wordt geleverd door een inrichting voor het opwekken van elektrische stroom door omzetting 5 van extern toegevoerde energie in een andere vorm dan elektrische energie. In dit voorbeeld omvat die inrichting een foto-voltaïsche inrichting 6, welke lichtenergie omzet in elektrische energie. Alternatief is een windmolen of thermo-elektrische inrichting mogelijk. Eerstgenoemde zet bewegings-10 energie om in elektrische energie, terwijl laatstgenoemde warmte omzet in elektrische energie.

De fotovoltaïsche inrichting 6 bezit eveneens een pluspool 7 en een minpool 8. Bij levering van stroom stelt zich een uitgangsspanning in, het potentiaalverschil tussen de 15 pluspool 7 en minpool 8, waarbij de pluspool 7 de hogere potentiaal bezit.

Een verbinding met het lichtnet is in de getoonde inrichting niet nodig, daar de schakeling verder uitsluitend nog een tweede accu 9 omvat. De tweede accu 9 is in serie ge-20 schakeld met de fotovoltaïsche inrichting 6, zodanig dat het spanningsverschil over de serieschakeling groter is dan de uitgangsspanning van de fotovoltaïsche inrichting 6. De twee spanningen sommeren zich dus. Omdat overige actieve componenten afwezig zijn, is de laadspanning gelijk aan de somspan-25 ning, op een eventuele spanningsval in de aansluitingen 2,3 na. De laadinrichting is dus zodanig ingericht dat de somspan-ning in hoofdzaak over de aansluitingen ter beschikking wordt gesteld. De minpool 5 van de te laden accu 1 is rechtstreeks aangesloten op een minpool 10 van de tweede accu 9. Een vari-30 ant waarin een pluspool van de te laden accu rechtstreeks is aangesloten op de pluspool van de tweede accu, en de inrichting voor het leveren van stroom tussen de minpolen is geschakeld, is ook mogelijk. Zo'n variant werkt even goed. Gebleken is dat rechtstreekse aansluiting van polen van gelijke polari-35 teit leidt tot hoge laadstromen, zodat de te laden accu 1 snel wordt opgeladen.

De tweede accu 9 is bij voorkeur een lood-sulfaataccu, meer bij voorkeur een tractiebatterij of semi- 1027-247¾ 6 tractiebatterij. Een dergelijke batterij heeft de eigenschap dat de meerderheid van de energie-inhoud, bij een tractiebatterij bijvoorbeeld ongeveer tachtig procent en bij een semi-tractiebatterij ongeveer vijftig procent, nuttig is te gebrui-5 ken. Dit kan zijn bereikt door een groot aantal dikke loodpla-ten te gebruiken als elektroden, zodat een groter deel van het in het elektrolyt aanwezige sulfaat wordt gebruikt. De opgeslagen energie komt alleen over relatief langere tijd ter beschikking, daar de batterij minder geschikt is om kortstondig 10 een hoge stroomsterkte te leveren, zoals een starterbatterij dat wel kan.

De fotovoltaïsche inrichting 6 omvat een samenstel van (niet nader getoonde) fotovoltaïsche cellen, die ieder een spanning in het bereik van 0,35 V tot 0,65 V, gemiddeld 0,45 V 15 leveren. De fotovoltaïsche inrichting 6 omvat een parallelschakeling van ten minste twee fotovoltaïsche cellen. In iedere tak van de parallelschakeling kunnen een aantal fotovoltaïsche cellen in serie zijn geschakeld, om een uitgangsspanning tussen de plus- en minpool 7,8 te leveren in een gewenst be-20 reik. Dit gewenste bereik is in hoofdzaak gelegen binnen een bereik begrensd door het verschil tussen de maximaal toelaatbare laadspanning en de spanning in ontladen toestand van de accu 1. Bij een conventionele lood-sulfaataccu is bijvoorbeeld de maximale laadspanning een waarde in het bereik van 12,8 V 25 tot 13,8 V. De spanning in ontladen toestand is een waarde in een bereik om 10,8 V. Door minimaal twee, in een bepaalde voorkeursvariant zes, fotovoltaïsche cellen in serie te schakelen in iedere tak van de parallelschakeling kan ervoor worden gezorgd dat de spanningsvariaties bij verschillende lich-30 tintensiteiten zelden onderbreking van het laadproces nodig maken. Als alternatief kan, voor kortstondig continu laden, ook slechts één fotovoltaïsche cel zijn opgenomen in iedere tak van de parallelschakeling. Het resterende spanningsverschil wordt geleverd door de tweede accu 9. In het geval de 35 tweede accu 9 van hetzelfde type is als de te laden accu 1, en in ontladen toestand is opgenomen in de schakeling, is dit automatisch het geval, zonder dat verdere regeling noodzakelijk is. Er wordt op gewezen dat dezelfde principes van het ontwerp 1027247 * 7 op voordelige wijze kunnen worden toegepast indien de fotovol-taïsche inrichting wordt vervangen door een thermovoltaïsche inrichting, omvattende thermovoltaïsche cellen die het See-beck-effect benutten voor het omzetten van warmte in elektri-5 sche stroom.

Doordat slechts een gering aantal fotovoltaïsche cellen in serie is geschakeld, wordt per eenheid van oppervlakte veel meer laadstroom gegenereerd. Het is zelfs mogelijk gebleken een accu bij maanlicht te laden.

10 De getoonde uitvoeringsvorm heeft het voordeel een voudig te zijn. In het voorbeeld is de tweede accu 9 ook een lood-sulfaataccu, in hoofdzaak van hetzelfde type als de te laden accu, zoals hierboven vermeld. Dit heeft het voordeel dat de inrichting eenvoudig is te construeren. In andere uit-15 voeringsvormen omvat de tweede accumulator voor elektrische lading een parallelschakeling van dergelijke accu's, of een serieschakeling van accu's met een geringere nominale spanning. De tweede accu 9 kan ook een gel-accu zijn. Bovendien kunnen in plaats van accumulatoren met elektrochemische cellen 20 ook supercondensatoren of brandstofcellen worden gebruikt.

De uitvinding is niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen welke kunnen worden gewijzigd binnen het kader van de bijgaande conclusies. Relais of andere schakelende elementen kunnen zijn opgenomen in de schakeling, 25 evenals in de fotovoltaïsche inrichting 6. In een bepaalde variant van de werkwijze voor het laden van een accu wordt na het leveren van stroom aan de te laden accu 1 een puls, bij voorkeur een elektrische stroompuls, door de tweede accu 9 gestuurd, geschikt om eventuele kristalvorming, althans gedeel-30 telijk, ongedaan te maken.

1627247*

Claims (11)

1. Inrichting voor het laden van een accumulator (1) van elektrische lading, omvattende een inrichting (6) voor het opwekken van elektrische stroom door omzetting van extern toegevoerde energie in een andere 5 vorm dan elektrische energie en het leveren van stroom bij een uitgangsspanning, en aansluitingen (2,3) voor het leveren van een laadstroom aan een op te laden accumulator (1) bij een opgelegd spanningsverschil , 10 met het kenmerk dat de inrichting is voorzien van een tweede accumulator (9) van elektrische lading, welke met de inrichting (6) voor het opwekken van elektrische stroom tussen de aansluitingen (2,3) in serie is geschakeld, zodanig dat een spanningsverschil over de 15 serieschakeling groter is dan de uitgangsspanning van de stroom opwekkende inrichting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de inrichting (6) voor het opwekken van elektrische stroom ten minste één fotovoltaische cel omvat.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de inrichting (6) voor het opwekken van elektrische stroom een parallelschakeling van ten minste twee stroom opwekkende cellen, bij voorkeur fotovoltaische cellen, omvat.

4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, 25 waarbij de tweede accumulator (9) van elektrische lading ten minste één elektrochemische cel omvat.

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij de tweede accumulator (9) van elektrische lading ten minste één lood-sulfaataccu omvat. 3 0

6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5, waarbij de tweede accumulator (9) van elektrische lading ten minste één tractiebatterij of semi-tractiebatterij omvat.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij één van de aansluitingen (2,3) een negatieve pool (5) 35 van een aangesloten te laden accumulator (1) rechtstreeks ver- 1027247 bindt met een negatieve pool (10) van de tweede accumulator (9) .

8. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de stroom opwekkende inrichting (6) is ingericht om 5 een uitgangsspanning te leveren in een bereik dat in hoofdzaak is gelegen binnen een bereik begrensd door het verschil tussen de maximaal toelaatbare laadspanning en de spanning in ontladen, belaste toestand van de te laden accumulator (1).

9. Inrichting volgens conclusie 8, waarbij de tweede 10 accumulator (9) een potentiaalverschil vertoont gelijk aan of groter dan een klemspanning van een te laden accumulator (1) in ontladen, belaste toestand.

'10. Werkwijze voor het laden van een accumulator (1) van elektrische lading, omvattende 15 het opwekken van elektrische stroom door omzetting van extern toegevoerde energie in een andere vorm dan elektrische energie en het leveren van stroom bij een uitgangsspanning, en het leveren van een laadstroom aan een op te laden accumulator (1) bij een opgelegd spanningsverschil, 20 met het kenmerk dat een tweede accumulator (9) van elektrische lading, met een inrichting voor het opwekken van elektrische stroom tussen polen (4,5) van de te laden accumulator (1) in serie wordt geschakeld, zodanig dat een spanningsverschil over de seriescha-25 keling groter is dan de opgewekte uitgangsspanning.

11. Gebruik van een inrichting volgens één der conclusies 1-9 voor het laden van een lood-sulfaataccu. 10272*7*