NO874987L - Fremgangsmaate og apparat for lading av nicd-akkumulatorer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for lading av nikkel-kadmium-akkumulatorer hvorved ladingen skjer i samsvar med en repetert syklus som omfatter en første ladeperiode og en påfølgende utladeperiode. Oppfinnelsen omfatter også et apparat med en egnet oppkobling for å kunne utføre ladingen ifølge denne fremgangsmåte.

Problemene i forbindelse med lading av NiCd-akkumulatorer er inngående behandlet i HU-PS 189 832, og som det fremgår av dette er det en relativt dårlig korrelasjon mellom en slik akkumulators tomgangsspenning og dens ladetilstand slik at avslutningen av ladeforløpet først kan fast-legges etter at det er oppnådd et gitt spenningsnivå i av-tastingsmålinger utført med en viss forsinkelse i en påfølg-ende utladeperiode. En slik avpassende spenningsprøving av ladetilstanden er gunstig, siden det etter en viss utlading opptrer mindre spenningsvariasjoner over tid etter som ladetilstanden endrer seg enn de variasjoner som observeres i akkumulatorens tomgangsspenning.

Ifølge dette patentskrift utføres både lading og utlading med konstant strøm med en strømstyrke som ved lading er omkring 1/10 av akkumulatorens energikapasitet (i Ah) og ved utlading ligger enda lavere.

Som antydet på fig. 2 i dette patentskrift stiger spenningen over akkumulatoren ved lading kun ganske lite, og av denne grunn kan lengden av ladeperioden kun bestemmes med en relativt stor usikkerhet.

Når NiCd-akkumulatorer benyttes må det også kunne anses som en ulempe at utover noe problematiske ladeforhold skjer det ofte at enkelte celler i en slik akkumulator selv når den har blitt behandlet forskriftsmessig og i normale an-vendelsesforhold kan ha kortslutnings feil. Kortsluttede akkumulatorceller kan vanligvis ikke repareres eller aktiveres på

ny, og på grunn av den høye kostnad som er knyttet til NlCd-batterier medfører kortsluttede enkeltceller betydelige ulem-per.. NiCd-akkumulatorers energikapasitet avtar under bruk først temmelig langsomt og deretter raskere. Kapasitetsreduk-sjonen er større dersom akkumulatoren ikke har vært brukt på lang tid. Da det i mange anvendelser ikke kan benyttes akkumulatorer med redusert kapasitet må disse da avskrives.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å kunne tilby en ladefremgangsmåte hvor kortslutningsfaren eller risikoen for utillatelig kapasitetsreduksjon er langt lavere enn ved de hittil kjente fremgangsmåter, og ved hjelp av hvilken til og med kortsluttede og/eller kapasitetssvekkede ...NiCd-akkumulatorceller kan reaktiveres og hvor videre lade-forløpet er gjort mer effektivt og mindre avhengig av enkelt-fluktuasjoner.

Oppfinnelsen bygger på erkjennelsen og utnyttelsen av sammenhengen mellom de fenomener og parametre som er knyttet til Nicd-akkumulatorer og endringen av disse som følge av et lade- og utladeforløp. Ved ladingen danner det seg på elektrodeoverflåtene ioneansamlinger som er ujevnt fordelt og konsentrert der hvor metallatomene adsorberes maksimalt. På. elektrodene dannes således grove metallavleiringer med en grov krystallstruktur og med andre materialegenskaper enn metallionenes. I driftstilstand endrer den relative strøm-tetthet^i^området ved avleiringene, hvorved først akkumulatorens lagringskapasitet avtar og deretter ved fortsatt av-leiring risikerer å kunne forårsake kortslutning mellom elektrodene .

Det er kjent at når . NiCd-akkumulatorer lades og utlades i en kombinert lade/utlade-syklus hvor den konstante lade- henholdsvis utladestrøm i de respektive perioder i syklusen holdes konstant og er overlagret kraftige strøm-pulser med steile flanker og hvis spissverdi overstiger en bestemt strømterskelverdi vil overflatefordelingen på elektrodene etter et visst antall sykluser takket være de stadig gjentatte strømpulser endres slik at størrelsen av metall-avleiringene avtar slik at elektrodeoverflåtene etterhvert får en homogen struktur.

Denne beskrevne virkning skyldes sannsynligvis at det i avleiringsområdene (dette er også gjerne områdene for kortslutningene) oppstår strømtettheter som nærmer seg diffu-sjonsgrensestrømmen, og denne grenseverdi tilsvarer et diffu-sjonspotensial som går mot uendelig. De steile overlagrede strømpulser forårsaker en kraftig agitering av elektrolytten i området nær krystallene og bevirker at disse løses opp i denne. Selv en delvis oppløsning medfører at kortslutnings- tendensene reduseres og akkumulatoren på ny kan tas i drift. Det er videre kjent at for lading av akkumulatorer har det vist seg meget gunstig med slike periodisk gjentatte strømpulser med steil flanke, også ved den regelmessige lading av nye akkumulatorer. Dette later til å skyldes at den ionefront som dannes i elektrolytten ved strømstøtene også bringer med seg slike ioner som ellers ville ha vært inaktive på grunn av den delpotensiallikevekt som ellers ville dannes ved lading med ren likestrøm, og disse ioner bringes aktivt inn i den kje-miske syklus og besørger .ladingsforflytning. Ved at ionene beveges på denne måte og representerer en større ioneaktivitet ved elektrodeoverflaten, i den såkalte Helmholz-sonen, for-bedres akkumulatorens ladevirkningsgrad,den nødvendige lade-tid reduseres, og en reell energisparing oppnås.

Den kraftige indre bevegelse i elektrolytten for-hindrer dannelsen av de tidligere uunngåelige ioneansamlinger og den derav følgende kapasitetssenkning og kortslutningsrisiko, slik at en betydelig økning av levetiden og påliteligheten oppnås. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen danner det seg på overflaten av elektrodene i en regelmessig ladet akkumulator tallrike mikroskopiske krystallegemer med en findelt struktur og som fremviser likeartet elektrokjemisk aktivitet. Dette fenomen arter seg som en utvidelse av den aktive overflate og gir en økning av akkumulatorens energikapasitet med mellom 8 og 13%.

I samsvar med den foreliggende fremgangsmåte er

det hensiktsmessig å avstemme pulsene som overlagres likestrøm-men i forhold til starten av lade- og utladeperioden slik at den totale momentane strømendring minst utgjør 7 - 7,5 ganger den nominelle ladestrøm som gjerne velges til å være en tiendedel av akkumulatorens amperetimetall. I tillegg til startpulsene kan også anvendelse av ytterligere pulser heller ikke utelukkes.

For at tilsvarende forløp skal kunne foregå på

begge akkumulatorcellens elektroder bør det hensiktsmessig velges slike pulsamplituder at den totale strømendring (strøm-spranget) er den samme i begge strømretninger. Energiinnholdet i hver enkelt puls kan passende være mellom 3 og 5 mWs, og ut fra denne energi bestemmes pulslengden for de aktuelle strøm-

styrker. I ladeperioden bør den stasjonære eller gjennomsnittlige likestrøm være under tre ganger den nominelle gjennomsnittlige ladestrøm (tiendedelsstrømmen) nevnt ovenfor, men gjerne så stor som mulig innenfor denne grense. For bestemte akkumulatortyper kan imidlertid en kontinuerlig lading med en strøm som overstiger denne grenseverdi være uheldig. Den utladings- eller belastningsstrøm som trekkes under lade/utlade-syklusens utladeperiode kan velges til å være mellom en tredje-del og halvparten av ladestrømmen.

Også når den foreliggende fremgangsmåte benyttes

er det hensiktsmessig å bestemme ladingens opphør ut fra spenningsmålinger foretatt i utladeperioden og som f.eks. kan utføres en bestemt tid etter utladingens start, f.eks. etter en periode på 5 sekunder. Ladingen kan f.eks. avsluttes når denne spenningsmåling gir verdien 1,41 V. En merkverdig følge av benyttelsen av den foreliggende fremgangsmåte er at denne spenningsverdi som således opptas etter en bestemt kort utladeperiode i en lade/utlade-syklus til å begynne med stiger ganske langsomt etterhvert som akkumulatoren lades, men så fremviser en rask stigning noe før akkumulatoren er fulladet. Denne stigning i spenningskarakteristikken under ladingen bedrer vesentlig nøyaktigheten av fremgangsmåtens sammenlignende spenningsmåling og uten fare for overlading kan meget likeartede akkumulatorladeforløp utføres.

De elementer som inngår i apparatet for å kunne ut-føre et slikt ladeforløp som er i samsvar med oppfinnelsen er: - En ladekrets med en strømgenerator tilkoblet den akkumulator som skal lades,og parallellkoblet til den første strømgenerator finnes en andre generator som genererer steile strømpulser. I tillegg omfatter apparatet en tilsvarende opp-bygget utladekrets hvis tilsvarende generatorer har respektive innganger eller styrelinjer for omkobling og utkobling, og utladekretsen kan også være utført med kun én styrt strøm-generator. - En tidsstyrekrets som bestemmer lade- og utladeperioden innenfor lade/utlade-syklusen, og denne tidsstyrekrets omfatter fortrinnsvis også en pulsgenerator. - Styrte omkoblingselementer som er tilkoblet utgangene på tidsstyrekretsen og styrelinjene for lade- og

utladekretsen.

- Måleinnretninger som utfører sammenlignende spenningsmåling mellom akkumulatorspenningen og en referansespen-ning under utladeperioden, og denne spenningsmåling er til-knyttet en tidsforsinkelse i forhold til utladeperiodens begynnelse. - Omkoblbar inngrepsgruppe for lade/utlade-syklusen og aktivert av det sammenligningssignal som spenningsmålingen tilveiebringer. - Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og det apparat som egner seg for å utføre denne fremgangsmåte skal nå beskri-ves med henvisning til de ledsagende tegninger, hvor fig. 1 viser et tidsdiagram for lade- og utladestrømmen over to fulle lade/utlade-sykluser i samsvar med den foreliggende fremgangsmåte, fig. 2 viser en del av en elektrodeoverflate i en akkumulator som er ladet med et vanlig likestrømsladefor-løp, på figuren forstørret 600 ganger og etter 22 driftsperi-oder, fig. 3 viser et tilsvarende utsnitt av en elektrodeoverflate i en akkumulator som er ladet med ladeforløpet ifølge den foreliggende fremgangsmåte, også her etter 22 drifts-perioder, fig. 4 viser et tidsdiagram over klemspenningen på

to akkumulatorer med kortslutning under reetableringsproses-sen, fig. 5 viser et tidsdiagram over akkumulatorspenningen for en akkumulator som har vært ute av drift i mer enn 9 år og har tapt sin energikapasitet, også her vist under reetable-ring for å gjenvinne sin opprinnelige kapasitet, fig. 6 viser et ladediagram for to utladeakkumulatorer hvor den ene lades på tradisjonell måte, mens den andre ifølge den foreliggende oppfinnelses fremgangsmåte, fig. 7 viser ladediagrammet for tre forskjellige akkumulatorer i hver sin ladetilstand, og fig. 8 viser prinsipielt koblingsskjemaet for det apparat som er funnet å være egnet til å utføre den foreliggende fremgangsmåte .

Ifølge fremgangsmåten lades en NiCd-akkumulator

i en syklus som omfatter påfølgende lade- og utladeperioder.

I det diagram som på fig. 1 er vist som et eksempel varer

hver ladeperiode 10 ett minutt og hver påfølgende utladeperiode 11 ti sekunder. Mens lade- og utladeperiodene ifølge fremgangsmåten omtalt i det nevnte patentskrift bygger på

enkeltstående, konstante, men ikke innbyrdes tilpassede lade-og belastningsstrømmer, fremgår av diagrammet på fig. 1 at hver ladeperiode 10 starter med en kraftig, kortvarig lade-strømpuls 12 og tilsvarende hver utladeperiode 11 med en motsatt rettet tilsvarende utlade- eller belastningsstrømpuls 13 og at strømmen deretter holdes konstant til utløpet av den respektive periode i lade/utlade-syklusen.

I den skisserte fremstilling på fig. 1 er de enkelte strømverdier indikert i forhold til en gitt brøkdel av akkumulatorens energikapasitet, og i ladeperioden 10 er således den stasjonære ladestrøm 1^2,5-110 og i utladeperioden 11 er den stasjonære utlade- eller belastningsstrøm 1^lik 110, idet 110 er den nominelle ladestrøm og forutsatt å til-svare en tiendedel av akkumulatorens amperetimetall. Lade-strømpulsen 12 ses å ha den positive amplitude 7,5-110, dvs. pulsen opptrer som et strømsprang på 5*110 overlagret den stasjonære ladestrøm 1^. I utladeperioden 11 er den tilsvarende belastningsstrømpuls 13 = 6-110 og ved avslutningen av denne puls skjer det på ny et strømsprang på + 5-110 for å komme tilbake til den stasjonære utladestrøm 1^= 110.

Det fremgår videre av diagrammet at absoluttverdien for strømendringen ved starten av en lade- eller belastnings-strømpuls 12 eller 13, dvs. det maksimale strømsprang blir lik 8,5-110. Energien i den overlagrede strømpuls ligger mellom 3 og 5 mWs og derav finnes at når det gjelder en akkumulator med energikapasitet på 500 mAh blir pulsbredden for lade- og belastningsstrømpulsen 12 og 13 ca. 1,5 ms hvilket er betydelig kortere enn den tilsvarende lade- eller utladeperiode. Også ved midten av utladeperioden 11 er valgt et tidspunkt for spenningsmåling, og reguleringen av ladeforløpet skjer i samsvar med den spenningsverdi som måles ved dette tidspunkt ts i hver av utladeperiodene. Den målte spenning ved dette tidspunkt kan kalles belastningsspenningen Um.

Eksempel 1

Den foreliggende fremgangsmåte for lading med bi-behold av elektrodeoverflatefordeling ble prøvet på akkumulatorer av typen 10/600RSE fra VARTA. I forsøket inngikk fire fabrikknye akkumulatorer og to av disse ble ladet med like-strøm i samsvar med fabrikkforskriftene, mens de øvrige to ble ladet med pulsladning ifølge skjemaet på fig. 1. Lade-forløpet ble avsluttet når cellespenningen hadde nådd 1,41 V. Etter hver fullading ble akkumulatorene satt til side og deretter fulgte en utlading med en belastningstrøm lik 110 helt til cellespenningen hadde falt til 0,9 V. Etter 22 lade/utlade-sykluser ble akkumulatorene åpnet og undersøkt. På fig. 2 er vist et utsnitt på 1 mm av elektroden i en av de akkumulatorer som ble ladet på forskriftsmessig tradisjonell måte med ren likestrøm, og figuren viser utsnittet i 600 gangers forstør-relse. På fig. 3 er et tilsvarende utsnitt vist for en av de akkumulatorer som ble ladet ifølge den foreliggende fremgangsmåte, og fra figurene går tydelig frem at elektrodeoverflaten er svært forskjellig i de to tilfeller. Mens det på fig. 2 er vist at elektrodeoverflaten har en rekke fremstik-kende materialansamlinger, gjerne kalt "skjegg" hvor materia-let opptrer i ujevne, grove og taggete ,utvekster, fremgår det fra fig. 3 at elektrodeoverflaten er finkornet og jevn.

Eksempel 2

Dette eksempel går ut på et regenererings forsøk av følgende kortsluttede og således avskrevne NiCd-akkumulatorer: 4 stk. akkumulatorer av typen BU 806-225 mAh fra STORNO, 2 stk. BU-807-450 mAh, STORNO, 2 st. type 8/500RS-500 mAh fra VARTA, og 1 stk. type 10/6 00RSE-600 mAh , likeledes fra VARTA. Akkumulatorene var tidligere benyttet til strømforsyning av bærbare radiotelefoner og var'blitt ladet etter fabrikkenes forskrifter med ren likestrøm. Ved ladingen ifølge den foreliggende fremgangsmåte ble klemmespenningen på hver av de tidligere kortsluttede celler innenfor 0,3 - 4 timer etter ladingens start og med et forholdsvis raskt spenningssprang bragt opp til mellom 1,22 og 1,25 V.

Ladeforløpet ble fortsatt helt til hver celles spenning nådde 1,41 V. Deretter ble akkumulatorene lagt til side og senere ble kapasiteten målt med en .belastningsstrøm lik den nominelle ladestrøm 110. Det ble funnet at kapasiteten da lå i området mellom 7 og 33% av den nominelle verdi. Regenereringen ble fortsatt med nye lade/utlade-sykluser og den utnyttbare energikapasitet steg da i sprang helt til den ved slutten av den femte fulle syklus hadde nådd mellom 64 og 72% av akkumulatorenes respektive nominelle verdi, hvilket

forsvarte en gjeninnsetting for fortsatt drift.

På fig. 4 er vist spennings/tidsdiagrammet for det første ladeforløp for to slike akkumulatorer. På grunn av spesielle forhold ved den anvendte utskriftsinnretning løper tidsabscissen fra høyre mot venstre på figuren og i skalaen 90 mm/h. For at de to forløp, angitt med I og II skal kunne holdes fra hverandre er den venstre (U-^) og den høyre spen-ningsordinat (t^) forskjøvet 1 V i forhold til hverandre. Skalaen er her 25 mm/V.

I den valgte tidsmålestokk sammenfaller lade- og belastningsstrømpulsene og de er heller ikke vist proporsjo-nale på figuren. I hver av akkumulatorene finnes ti serie-koblede celler, og den ene av disse celler er kortsluttet. På forløpet I fremgår at spenningen først stiger langsomt i ca. 1 time etter ladingens start, og akkumulatorens klemmespenning tilsvarer da de ni aktive celler i serie, mens den tiende celle fortsatt er kortsluttet. Ved det tidspunkt som er angitt ved 14 regenereres imidlertid også den tiende celle og akkumulatorens klemmespenning stiger da brått ca. 1,2 V og stiger videre ved et høyere nivå. Tilsvarende forløp foregikk også for den andre akkumulator, bare med den forskjell at her skjedde regenereringen av den defekte celle i løpet av under et kvarter (henvisningstallet 15).

Eksempel 3

I samsvar med den foreliggende ladefremgangsmåte ble så ti VARTA RS4 NiCd-akkumulatorceller med nominell energikapasitet på 4 Ah ladet etter å ha vært tatt ut av drift over en periode på mer enn 9 år. En tradisjonell lading med likestrøm ble forsøkt, men den nominelle cellespenning ble ikke oppnådd for fem av disse akkumulatorceller. De øvrige fem celler nådde sin nominelle spenning, men utladekapasite-ten ble liggende under 2-5% av den nominelle verdi, selv etter fem lade/utlade-sykluser med ren likes-trøm.

Deretter ble cellene ladet i samsvar med den foreliggende fremgangsmåte, og det ble observert at klemmespenningen på samtlige celler nådde sin nominelle verdi allerede etter 45 minutter, og etter at den første fulle syklus ble avsluttet hadde kapasiteten nådd mellom 35 og 41% av den nominelle verdi. Etter ti avsluttede sykluser var kapasiteten oppe i mellom 46 og 53% av nominell verdi, og da kunne akku-mulatorcellene tas i bruk. På fig. 5 er ladediagrammet for en akkumulator med ti slike celler fremstilt, og kurven Ual viser hvor lite vellykket likestrømsladingen var, mens kurven Ua2 viser regenereringsforløpet under lading med bruk av den fremgangsmåte som oppfinnelsen lanserer. Tidsskalaen er nå

hundre ganger større enn på fig. 4, dvs. 9000 mm/h. Kurven Ua2 kan deles opp i tre noenlunde adskilte områder a, b og c, og i det første område a er spenningen fremdeles temmelig lav, idet to akkumulatorceller er kortsluttet eller ikke har nådd sin driftsspenning. Ved slutten av området a regenereres imidlertid den ene defekte celle og dette vises som en relativt steil spenningsstigning. I området b fortsetter lade-forløpet og hever gradvis spenningen til også den andre defekte celle regenereres ved slutten av dette omrade. Etter denne andre spenningsstigning fortsetter ladeforløpet i området c innenfor akkumulatorens normalnivå.

Eksempel 4

For å finne ut av de enkelte sammenhenger innenfor oppfinnelsens fremgangsmåte ble fabrikknye ticellers akkumulatorer av typen VARTA 10/600RSE utprøvet, og en gruppe slike nye akkumulatorer ble da ladet ifølge fabrikkens like-strømsladeforskrift. En annen gruppe av disse akkumulatorer ble så ladet ifølge det skjema som er vist på fig. 1, og det viste seg at ladingen ifølge foreliggende oppfinnelse ga akkumulatorene mellom 8 og 13% høyere kapasitet enn det som ble oppnådd med akkumulatorene i den første gruppe.

På fig. 6 er vist to kurver med de oppnådde karak-teristikker, og også her er de to spenningsordinater vist for-skjøvet 1 V for oversiktens skyld. Kurven Ual viser ladingen med en likestrøm, og spenningen stiger ifølge denne kurve jevnt og langsomt til etter 14 timer å ha nådd 14,1 V hvilket tilsa ladingens opphør. I kurve Ua2 angir den nedre omhyllings-linje belastningsspenningen Um for de akkumulatorer som ble ladet ifølge den foreliggende oppfinnelse, og kurven stiger også her til å begynne med relativt langsomt, men ved et tidspunkt ta stiger belastningsspenningen Um raskt og når den endelige terskelspenning på 14,1 V ved en steilere del av kurven enn ved den tradisjonelle ladning (kurven Ual), slik at tidspunktet for ladingens opphør kan bestemmes langt sik-rere, hvorved enhver fare for eventuell overlading i praksis er utelukket.

Fra fig. 6 fremgår at en akkumulator hvis cellespenning har falt til 0,9 V kan lades opp vesentlig raskere og med lavere energiforbruk enn på tradisjonell måte.

Under disse ladeforsøk viste det seg at det tidspunkt ta som angir når ladingen på det nærmeste er fullført og som på fig. 6 tilsvarer begynnelsen av det steilere slutt-område på ladekurven, angir et generelt karakteristisk trekk for ladeforløpet ifølge oppfinnelsens fremgangsmåte, og dette tidspunkt ta vil ikke være avhengig av akkumulatorens ladetilstand eller dens tidligere driftsforhold (historie).

Denne observasjon kan illustreres av de tre kurver som er vist

på fig. 7 og henholdsvis er angitt som Ual, Ua2 og Ua3. De tre respektive spenninger er angitt som ordinat langs tre forskjellige akser hvis spenningsverdier er forskjøvet med 1 V

fra den ene til den neste, og tidsmålestokken langs abscissen er her 18 mm/h. Kurven Ual viser ladeforløpet for en fullsten-dig utladet akkumulator, dvs. en hvis cellespenning ligger rundt 0,9 V, kurve Ua2 viser ladeforløpet for en akkumulator med ukjent ladetilstand, og kurve Ua3 viser ladeforløpet for en fulladet akkumulator som etter ladingen er satt til side 2 timer og på ny tilkoblet et ladeaggregat som benytter oppfinnelsens fremgangsmåte. Samtlige tre akkumulatorer er av den type som er angitt i Eksempel 4. Selv om de tre akkumulatorer med forskjellig ladetilstand trenger forskjellig lade-

tid i avhengighet av hver akkumulators starttilstand vil det kunne fastslås fra diagrammet at spennings/tids-karakteristik-ken ved tidspunktene tal, ta2 og ta3 får en stadig steilere del og når kriteriet for fullført lading ved en markert kurve-stigning.

Et ladeaggregat eller -apparat som er egnet til å kunne utføre lading i samsvar med oppfinnelsens fremgangsmåte er vist med et skjematisk koblingsskjerna på fig. 8. Mellom de to polklemmer 16 og 17 på den akkumulator 15 som skal lades finnes en styrbar første strømgenerator 18 og en tilsvarende styrbar første pulsgenerator 19 tilkoblet. Den første strøm-generator 18 har en styrelinje 20 for dens omkobling eller aktiver', og samme styrelinje 20 er ogsa ført til styring av den parallellkoblede første pulsgenerator 19. Styrelinjen er koblet til en utgang 22 på en styrt omkobler 21, og denne utgang 22 er dessuten ført via en forsinkelseskrets 23 som en akseptlinje 25 til en styreinngang på et voltmeter 24 som er koblet over akkumulatoren 15.

Ladeapparatets tilkoblingsklemmer 26 og 27 for til-kobling til en spenninngskilde er henholdsvis direkte koblet til en av akkumulatorens polklemmer, i dette tilfelle den andre 17, og til inngangen på en andre strømgenerator 28 og til inngangen av en med denne parallellkoblet andre pulsgenerator 29, og den sammenkoblede utgang fra disse generatorer 28 og 29 er da direkte koblet til akkumulatorens 15 polklemme med motsatt polaritet, dvs. den første polklemme 16. Den andre strømgenerator 28 tilføres styresignaler til en inngang over en styrelinje 30, og denne linje føres også til en inngang på den andre pulsgenerator 29. Styrelinjen 30 aktiveres fra den styrte omkoblers 21 utkoblingsutgang 31, og denne omkoblers inngang aktiveres fra en forsinkelsesenhet 32 som i avhengighet av signalene på sine to innganger tilkoblet henholdsvis en frakoblingslinje 33 og en innkoblingslinje 34 styrer omkobleren 21 til å følge en fastlagt lade/utlade-syklus. Fra-koblings- og innkoblingslinjen 33 henholdsvis 34 får logiske signaler med innbyrdes motsatt polaritet fra en hysterese-koblet komparator 35, innrettet for å koble om i avhengighet av den tilførte spenning fra voltmeteret 24 i forhold til spenningen fra en referansespenningskilde 38.

Den første og den andre strømgenerator 18 og 28

er henholdsvis tilkoblet en styrelinje 36 for utkobling og en tilsvarende styrelinje 37 for omkobling eller aktivering,

og disse styrelinjer er respektive koblet til den styrte omkoblers 21 utkoblingsutgang 31 og dens utgang 22.

Virkemåten for et slikt ladeapparat skal nå gjen-nomgås i tilknytning til skjemaet på fig. 1. Dersom akkumulatorens 15 klemmespenning ligger under en fastlagt terskelspenning for aktivering via voltmeteret 24 og komparatoren 35 vil forsinkelsesenheten 32 aktivere den styrte omkobler 21

via passende forsinkelsessignaler som står i forhold til inn-koblingstidspunktet for lade- og utladeperioden i syklusen.

I ladeperioden 10 aktiverer utkoblingsutgangen 31 styrelinjene

30 og 36, mens under utladeperioden 11 aktiverer omkoblerens

21 utgang 22 styrelinjene 20 og 37 for omkobling.

Ved ladeforløpets start igangsettes både den andre strømgenerator 28 og den andre pulsgenerator 29 slik at det i ladeperioden 10 tilføres strøm til akkumulatoren 15. I

denne periode hindrer aktiveringen av styrelinjen 36 for utkobling start av utlade- eller belastningsdelen i apparatet. Utladeperioden 11 starter ved at omkobleren 21 slår om, ladekretsen kobler ut og aktiveringen av styrelinjen 20 for omkobling starter den første strømgenerator 18 og den første pulsgenerator 19 hvorved det etableres en belastningsstrøm i den utladeperiode 11 som følger etter ladeperioden 10. Ved dette tidspunkt aktiveres også forsinkelseskretsen 23 hvor-

etter det ved tidspunktet ts utføres en spenningsmåling ved hjelp av voltmeteret 24, og det er da spenningens momentan-

verdi ved belastning, belastningsspenningen Um som måles. Signalnivået på utgangen av forsinkelseskretsen 23 opprett-

holdes fortsatt.

Denne prosess gjentas så lenge belastningsspennin-

gen Um er under spenningen fra referansespenningskilden 38,

men når disse spenninger er like kipper komparatoren om og sperrer forsinkelsesenheten 32 og lade- og utladekretsen. Ved hjelp av en kobling som ikke er vist på tegningen endres da kompåratorens nominelle spenning slik at ladeforløpet først starter etter at akkumulatorens tomgangsspenning har falt under en ny, lavere verdi, og først da kipper komparatoren tilbake og aktiverer en ny lading.

I stedet for å anvende to strømgeneratorer og to

med disse parallellkoblede pulsgeneratorer kan naturligvis

tenkes

ogsa andre ekvivalente koblinger, f.eks. kan det benyttes en eneste strømgenerator med en regulert strømstyrke og til hvis styreinnganger det da må tilføres signaler som tilsvarer det strømdiagram som er vist på fig. 1.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for lading av NiCd-akkumulatorer hvorved det under en ladeperiode (10) med en gitt første varighet tilføres en akkumulator (15) en ladestrøm med en gitt verdi, hvoretter det under en utladeperiode (11) med en gitt, kortere andre varighet tappes en strøm med en andre gitt verdi fra akkumulatoren, og hvor den lade/utladesyklus som omfatter lade-(10) og utladeperioden (11) gjentas periodisk, KARAKTERISERT VED at det under ladeperioden (10) og i det minste ved dennes begynnelse på ladestrø mmen overlagres en ladestrømpuls (12) med samme strømretning som ladestrømmen, at det under utladeperioden (11) og i det minste ved dennes start i tillegg til den etablerte utladestrøm overlagres en belastningsstrømpuls (13), og at det ved starten av hver av disse perioder (10, 11) tilføres eller tappes en startstrøm som står i forhold til en nominell ladestrøm (110) hvis strøm-verdi fortrinnsvis er tiendedelen av akkumulatorens energikapasitet i amperetimer og som medfører en strømendring på minst syv ganger den nominelle ladestrøm.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den foreskrevne gjennomsnittlige ladestrøm høyst er tre ganger den nominelle ladestrøm (110).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at den foreskrevne utladestrøm høyst er halvparten, men minst er en fjerdedel av den foreskrevne gjennomsnittlige ladestrøm.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at energien i belastningsstrømpulsen (13) i utladeperioden (11) ligger mellom 3 og 5 mWs.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, KARAKTERISERT VED at det ved starten av lade- og utladeperioden (10, 11) opptrer en like stor, men motsatt rettet total strømendring.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-5, KARAKTERISERT VED at den foreskrevne gjennomsnittlige lade-og/eller belastningsstrøm i sin respektive periode er overlagret flere strømpulser hvis amplitude og energiinnhold høyst er så stor henholdsvis stort som den tilsvarende amplitude av eller energiinnhold i den første strømpuls i perioden.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-6, KARAKTERISERT VED at belastningsspenningen (Um) mellom akkumulatorens (15) polklemmer (16, 17) i hver utladeperiode (11) måles etter en viss tidsforsinkelse etter periodens begynnelse ved et tidspunkt (ts), og at ladeforløpet avsluttes når denne belastningsspenning (Um) overskrider en bestemt terskelspenning.

8. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge ett av kravene 1-7, hvor det til en akkumulators (15) polklemmer (16, 17) er tilkoblet en ladekrets og en utladekrets med henholdsvis en første (18) og en andre strømgenerator (28) hvis styrelinjer (20, 30; 36, 37) for henholdsvis aktivering eller omkobling og utkobling er koblet til utgangene (22, 31) på en styrt omkobler (21), idet dennes inngang er tilkoblet en forsinkelsesenhet (32) som bestemmer lade- og utladeperioden i lade/utlade-syklusen, KARAKTERISERT VED at lade- og utladekretsen omfatter en første (19) og en andre pulsgenerator (29) som styres parallelt med strømgeneratorene (18, 28) og er innrettet for å generere henholdsvis lade- (12) og belastnings-strømpulser (13) som overlagres strømgeneratorenes (18, 28) likestrøm.

9. Apparat ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at den første og den andre strømgenerator (18, 28) samt pulsgenera-torene (19, 29) er slik koblet i forhold til hverandre at de respektive likestrømsverdier som strømgeneratorene tilveiebringer via styrelinjene får signaler i henholdsvis lade- (10) og utladeperioden (11) i den totale lade/utladesyklus i samsvar med et bestemt tidsdiagram.

10. Apparat ifølge krav 8 eller 9, KARAKTERISERT VED at utgangen (22) som utfører aktivering eller omkobling i utladeperioden (11) fra den styrte omkobler (21) er ført via en forsinkelseskrets (23) over en akseptlinje (25) til en styreinngang på et voltmeter (24) som måler spenningen mellom akkumulatorens (15) polklemmer (16, 17), og at en utgang fra voltmeteret (24) er ført til en signal-inngang på en komparator (35) som på sin side, via en fra-koblings- (33) og en innkoblingslinje (34) styrer forsinkelsesenheten (32) i avhengighet av forskjellen mellom voltmete- rets(24) målte akkumulatorspenning og spenningen fra en referansespenningskilde (38).