DE1496344C - Akkumulatorenzelle, die neben positi ven und negativen Hauptelektroden eine Steuerelektrode enthalt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Akkumulatorenzelle, die neben positiven und negativen Hauptelektroden eine Steuerelektrode enthält, die auf den Ladezustand der Akkumulatorenzelle anspricht und zur Steuerung der Ladung oder Entladung der Akkumulatorenzelle dient. Weiterhin wird eine Schaltvorrichtung beschrieben, in der mittels einer derartigen Akkumulatorenzelle mit Steuerelektrode die Ladung und Entladung der Akkumulatorenzelle gesteuert wird.

Bei der Ladung von Akkumulatoren soll im allgemeinen die eingeladene Strommenge in einem bestimmten Verhältnis zur entnommenen Strommenge stehen, d..h., der Ladefaktor soll einen bestimmten Wert nicht übersteigen, wenn auf eine möglichst lange Lebensdauer der Zellen Wert gelegt wird. Auch bei dem sogenannten Pufferbetrieb, bei einem Betrieb in Ladungserhaltung und bei einer Dauerladung, d. h. bei länger andauernden Ladevorgängen, sollen die sich schließlich einstellenden Stromstärken bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten.

Um eine lange Lebensdauer zu erreichen, sucht man auch bei der Entladung von gasdichten und wartungsarmen Akkumulatoren länger dauernde Tiefentladungen, die mit dem Umpolen einer oder mehrerer Zellen im Batterieverband verbunden sein können, zu vermeiden.

Besondere Schwierigkeiten bestehen bei der Aufladung von gasdichten Akkumulatoren. Erfolgt die Ladung mit einem konstanten Strom und strebt man eine vollständige Aufladung in möglichst kurzer Zeit an, so ist man gezwungen, zwecks Vermeidung einer Überladung mit Zeitschaltuhren zu arbeiten, da gasdichte Zellen, z. B. vom Nickel-Cadmium-Typ, bei Gasungsbeginn keine ausgeprägte Änderung der Ladespannung zeigen. Die Einhaltung eines vorgegebenen Ladefaktors bei der Ladung ist oft mit Schwierigkeiten verbunden, da die vor der Ladung entnommene oder durch Selbstentladung während Ruhezeiten verlorengegangene Strommenge nicht immer bekannt ist. Daher ist es nicht möglich, zwecks Vermeidung einer Überladung beim Arbeiten mit Schaltuhren die einzustellende Ladezeit der vorher entnommenen bzw. verlorengegangenen Strommenge anzupassen, so daß die Gefahr besteht, daß entweder zuviel oder zuwenig geladen wird.

Bei der Ladung von Bleiakkumulatoren sowie von offen betriebenen alkalischen Akkumulatoren wird vielfach der Spannungsanstieg am Ende der Ladung infolge Beginn der Gasung an den positiven bzw. negativen Elektroden für Steuer- oder Schaltvorgänge ausgenutzt, welche den Ladevorgang beenden bzw. den Ladestrom so weit herabsetzen, daß eine schädliche Überladung nicht stattfindet. In diesen Fällen erfolgt die Steuerung ohne Zuhilfenahme einer dritten Hilfs- oder Steuerelektrode. Bei der Ladung gasdichter Zellen mit konstanter Ladespannung kann der Entladezustand der Zellen bzw. Batterie annähernd berücksichtigt werden, da sich der Ladestrom infolge ansteigender Gegenspannung der Zellen verringert.

Bei Ladevorgängen unter normalen Temperaturbedingungen treten keine besonderen Schwierigkeiten auf. Die Konstantspannungsiadung gasdichter Zellen bei erhöhter Umgebungs- bzw. Zellentemperatur ist jedoch nicht unbedenklich, da sich die Zelle bei beginnender Gasentwicklung in der Zelle zusätzlich erwärmt. Gleichzeitig wird durch die erhöhte Temperatur bzw. durch die Erwärmung die Gegenspannung der Zelle verringert, wodurch wiederum bei konstanter äußerer Ladespannung der Ladestrom ansteigt, der eine weitere Erwärmung hervorruft. Es kommt so zu dem als »Run-away« bekannten Effekt, und die Zelle kann durch Überhitzung und übermäßige Gasentwicklung zerstört werden.

Es ist praktisch nicht möglich, eine gasdichte Zelle durch Konstantspannungsiadung in ein bis zwei Stunden aufzuladen und den Restladestrom dann so weit

ίο abzusenken, daß er bei zeitlicher weiter ausgedehnter Ladung ungefährlich ist

Bei der Entladung von Akkumulatorenzellen sollen im allgemeinen bestimmte Entladeschlußspannungen nicht unterschritten bzw. länger dauernde Tiefentladungen mit Polumkehr vermieden werden, da sonst bei manchen Systemen, _vz. B. beim Bleiakkumulator, irreversible Prozesse eintreten. Bei offen betriebenen Zellen entsteht durch Gasentwicklung bei Tiefentladung mit Polumkehr außerdem ein zusätzlicher Elekfrolytverlust, während das Gehäuse gasdichter Zellen durch den entstehenden Gasdruck zerstört werden kann. Um dies zu verhindern, wird z. B. der positiven Elektrode gasdichter Zellen eine sogenannte »antipolare Masse« zugesetzt, die das

as Potential der ursprünglich positiven Elektrode nach Erschöpfung der regulären Masse auf einen bestimmten, für die Reduktion des gasförmigen Sauerstoffes besonders günstigen Wert einstellt. Hierbei wird vorausgesetzt, daß der Entladestrom einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Bei höheren Entladeströmen und damit auch erhöhter Gasentwicklung ist der Gasumsatz an der jetzt als Kathode arbeitenden, mit antipolarer Masse versehenen positiven Elektrode ungenügend. Der ansteigende Gasdruck deformiert bzw. zerstört das Zellengehäuse.

Auf Grund der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bei der Ladung ist man bestrebt, Sicherheitsvorkehrungen gegen eine schädliche Überladung zu treffen. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, sogenannte Hilfselektroden in der Akkumulatorenzelle anzubringen. Derartige Hilfselektroden dienen im allgemeinen der Beseitigung von Wasserstoff bzw. Sauerstoff auf elektrochemischem Wege. Zu diesem Zweck sind sie nur teilweise in den Elektrolyten eingetaucht und stehen mit dem Gasraum der Zellen in Verbindung. Um die Hilfselektrode auf einem für diese Funktion günstigen Potential zu halten, sind sie über Widerstände bzw. Dioden mit der Hauptelektrode verbunden, oder es wird von außerhalb eine Gleichspannung zwischen Hilfselektrode und Hauptelektrode angelegt (USA.-Patentschrift 3 080 440).

Weiterhin ist es aus der USA.-Patentschrift 3 0Ö5 943 bekannt, Gasverzehrelektroden, die sich zum größten Teil im Gasraum befinden, mittels Relais mit den negativen Hauptelektroden zu verbinden und den Ladestrom bei Stromfluß durch diese Relais infolge der elektrochemischen Reduktion des bei der Ladung des Akkumulators entstehenden Sauerstoffes mittels der Relais abzuschalten.

Nachteile dieser Anordnung sind die starke Temperaturabhängigkeit des Potentials zwischen Hilfsund Hauptelektrode sowie der Raumbedarf des zusätzlichen Gasraumes. Die bekannten Hilfselektroden benötigen nämlich, um die ausreichende Absorptionswirkung zu erfüllen, eine große Oberfläche und dementsprechend einen erhöhten Raumbedarf, so daß die Zelle bei gleichen Abmessungen geringere Kapazität besitzt.

Eine Steuerung kann mit derartigen bekannten Hilfselektroden auch nur während der Ladung ausgeübt werden, da sie prinzipiell nur als sauerstoffreduzierende Elektrode arbeiten kann. Ebenso wichtig ist jedoch eine Steuerung der Entladung, um die Lebensdauer der Zelle zu erhöhen.

Es wurde auch schon versucht, den Ladevorgang von Akkumulatoren mit Hilfe einer aktive, positive Elektrodenmasse enthaltenden Steuerelektrode zu be- , einflussen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise ίο in der älteren deutschen Offenlegungsschrift 1496 237 beschrieben. Dabei ist die Steuerelektrode eine zusätzliche dritte positive Elektrode, welche sich stets im gleichen Entladezustand wie die positiven Hauptelektroden befindet. Bei einer Entladung erreicht die positive Hauptelektrode zuerst den entladenen Zustand, diese Elektrode setzt dann dem weiteren Stromfluß einen höheren Widerstand entgegen als die über eine Relaiswicklung parallelgeschaltete Hilfselektrode, so daß der Strom auf diese übergeht und über das Relais eine Abschaltung vorgenommen wird. Bei einer Zelle mit einer derartigen Hilfselektrode kann jedoch nur die Entladung gesteuert werden.

Die USA.-Patentschrift 2 988 590 beschreibt ebenfalls eine Steuerelektrode, die elektrochemischen Veränderungen bei Ladung und Entladung unterworfen ist. Die Steuerelektrode besteht dabei aus einem Nickelblech, welches mit einer dünnen Silberschicht überzogen ist. Die Widerstandsänderungen der dünnen Silberschicht dieser Steuerelektrode werden zur Steuerung von Ladung oder Entladung benutzt. Ein wesentlicher Nachteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß eine Widerstandsmessung notwendig ist, wozu eine Hilfsspannung in Form der Zellenspannung oder einer angelegten Fremdspannung erforderlich werden.

Weiterhin sind aus der französischen Patentschrift 1333 521 gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit negativer Ladereserve und einer sauerstoffreduzierenden Hilfselektrode bekannt. Zur Aktivierung der Sauerstoffreduktion enthält eine ,solche Hilfselektrode Katalysatoren, beispielsweise Silber, Thallium, Kupfer oder Quecksilber. Eine solche Hilfselektrode muß eine möglichst große Oberfläche besitzen und mit dem Gasraum in Verbindung stehen. Über ein Meßinstrument oder eine Relaisanordnung ist sie mit der negativen Hauptelektrode verbunden. Auch eine solche Hilfselektrode kann außer zur Sauerstoffreduktion nur zur Steuerung des Ladevorgangs herangezogen werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher eine Akkumulatorenzelle mit bifunktionell arbeitender Steuerelektrode, welche sowohl eine sichere Ladebegrenzung als auch eine Entladebegrenzung bei Akkumulatorenzellen gewährleistet. Zur Erläuterung des neuen Begriffes »bifunktionell« in Verbindung mit einer Steuerelektrode sei ausgeführt, daß darunter eine Hilfselektrode zu verstehen ist, die in elektrischem Kontakt mit einer regulären Elektrode steht und an der sowohl eine elektrochemische Oxidationsreaktion bei anodischer Polarisation wie eine elektrochemische Reduktionsreaktion bei kathodischer Polarisation ablaufen kann.

Da also an der gleichen Elektrode zwei verschiedene elektrochemische Reaktionen ablaufen können, besteht auch in elektrischer Hinsicht eine Bifunktion, indem die Steuerelektrode, wie nachstehend beschrieben ist, sowohl auf Grund der elektrochemischen Oxidationsreaktion wie auf Grund der elektrochemischen Reduktionsreaktion ein elektrisches Signal abgibt, das in einem Fall z. B. zur Steuerung der Ladung, im anderen Fall z. B. zur Steuerung der Entladung ausgenutzt werden kann.

Ein Beispiel einer Bifunktion nach der Erfindung ist:

O₂-Entwicklung als elektrochemische Oxidatiönsreaktion bei anodischer Polarisation,
Reduktion von O₂ als elektrochemische Reduktionsreaktion bei kathodischer Polarisation.

Angewendet auf einen gasdichten alkalischen Akkumulator bedeutet dies, daß an einer Steuerelektrode in Bifunktion entweder eine Sauerstoffentwicklung bei der Ladung des Akkumulators und eine Sauerstoffreduktion bei seiner Entladung oder als zweite Möglichkeit eine Sauerstoffreduktion bei der Ladung des Akkumulators, eine Sauerstoffentwicklung bei der Entladung stattfindet. .

Welche dieser beiden Möglichkeiten im Akkumulator tatsächlich vorliegt, ergibt sich daraus, mit welchen der beiden Hauptelektroden die Steuerelektrode über elektrische Bauelemente verbunden ist. Bei Verbindung mit der positiven Elektrode erfolgt an der Steuerelektrode bei der Ladung eine elektrochemische Oxidationsreaktion (O₂-Entwicklung), bei dei Entladung eine elektrochemische Reduktionsreaktion (Reduktion von O₂).

Bei der Verbindung mit der negativen Elektrode ist es umgekehrt: Bei der Ladung findet an der in Bifunktion arbeitenden Steuerelektrode eine Sauerstoffreduktion, bei erschöpfender Entladung eine Sauerstoffentwicklung statt. Die geschilderte Bifunktion der Steuerelektrode nach der Erfindung ist an die Bedingung gebunden, daß die Kapazität und der Ladezustand der Hauptelektroden der Funktion der Steuerelektrode angepaßt sind. In welcher Weise dies geschieht, wird nachstehend im einzelnen ausgeführt.

Da die Steuerelektrode erfindungsgemäß über elektrische Bauelemente bei Ladung und Entladung mit einer der Hauptelektroden verbunden ist, ist auf Grund der elektrochemischen Bifunktion eine Steuerung sowohl der Ladung (beispielsweise verbunden mit O₂-Entwicklung an der Steuerelektrode) als auch der Entladung (beispielsweise verbunden mit O₂-Reduktion an der Steuerelektrode) als elektrische Bifunktion möglich.

Eine Akkumulatorenzelle mit einer bifunktionell arbeitenden Steuerelektrode gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Steuerelektrode enthält, die eine bifunktionell arbeitende elektrochemisch inerte Elektrode ist, welche keine aktive Masse besitzt und deren Flächenwiderstand unabhängig vom Ladezustand der Hauptelektrode ist und die bei Ladung oder Entladung Gas entwickelt oder Gas verzehrt, daß die Steuerelektrode über elektrische Bauelemente bei Ladung und Entladung mit einer der Hauptelektroden verbunden ist, daß die Kapazität und der Ladezustand der Hauptelektroden der Funktion der Steuerelektrode angepaßt sind und daß die Steuerelektrode, die ein von der Hauptelektrode verschiedenes Potential besitzt, bei Ladung bzw. Entladung durch Gasentwicklung bzw. Gasverzehr elektrochemisch derart polarisiert wird, daß sich am elektrischen Bauelement zwischen Hauptelektrode und zugehöriger Steuerelektrode gegen Ende der Ladung bzw. Entladung ein zur

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Steuerung der Ladung und/oder Entladung der Ak- derstand 6, hervorgerufen durch die jetzt einsetzende

kumulatorenzelle dienender Spannungsabfall einstellt. Sauerstoffentwicklung. Dieser erhöhte Spannungs-

• Die hier verwendeten Hilfselektroden bestehen aus abfall am Widerstand 6 kann zur Steuerung einer

dünnen Folien, Geweben oder Sinterfolien aus elek- Schaltvorrichtung ausgenutzt werden, um den Lade-

trisch leitendem, unter den Bedingungen des Akku- S strom abzuschalten oder herabzusetzen. Der jetzt

mulators jedoch unangreifbarem Material, im Falle ^: infolge Sauerstoffentwicklung zwischen positiver

eines alkalischen Akkumulators, z. B. vorzugsweise Elektrode und Steuerelektrode fließende Strom ist bei

aus Nickel, sind raumsparend zwischen den Haupt- konstant gehaltenem Ladestrom praktisch unabhän-

elektroden angebracht und von einem üblichen Sepa- gig von der Zellentemperatur. Steigt der Ladestrom

rator umgeben. io bei konstant gehaltener Ladespannung infolge Er-

Sie werden über Widerstände oder andere geeignete höhung der Zellentemperatur an, so steigt auch der Schaltelemente elektrisch mit den Hauptelektroden Strom zwischen positiver Elektrode und Steuerelekverbunden, wobei die an diesen Widerständen am trode und damit auch der Spannungsabfall am Wi-Ende der Ladung oder Entladung entstehenden Span- derstand 6 an, was erfindungsgemäß zu einer rechtnungsabfälle über Schaltvorrichtungen, die später be- 15 zeitigen Unterbrechung bzw. Herabsetzung des Ladeschrieben werden, den Lade- bzw. Entladestrom ver- Stromes ausgenutzt wird,
mindern oder abschalten. · Während der Entladung hat die Steuerelektrode

An Hand der Fig. 1 bis 11 soll die Erfindung zunächst praktisch das gleiche Potential wie die posi-

näher erläutert werden: tive Elektrode, da an der Steuerelektrode jetzt keine

In den Fig. 1, la, 3, 3a, 5, 7 und 9 sind jeweils 20 elektrochemischen Umsetzungen erfolgen. Wird die schematisch die Kapazitäten und Ladezustände der Entladung jedoch bis zur Erschöpfung der negativen Hauptelektrode und die Steuerelektrode dargestellt, Elektroden und bis zu der damit verbundenen Umwobei die negative Elektrode mit 1, die positive polung der Zelle weitergeführt, so beginnt an der Elektrode mit 3 und die Steuerelektrode mit 5 be- ursprünglich negativen Elektrode eine Sauerstoffzeichnet ist. 25 entwicklung, während in der ursprünglich positiven

Der in diesen Figuren eingezeichnete Widerstand 6 Elektrode der antipolare Zusatz 4 geladen, d. h. redu-

dient als Beispiel für eine Möglichkeit der elektri- ziert wird. Der von der ursprünglich negativen Elek-

schen Verbindung zwischen Hauptelektroden und trode entwickelte Sauerstoff gelangt wieder an die

Steuerelektrode. Der Potentialverlauf am Wider- Steuerelektrode 5, die jetzt als sauerstoffreduzierende

stand 6 während der Ladung bzw. Entladung ist in 30 Elektrode gegen den das Potential der ursprünglich

den Fig. 2, 4, 6, 8 und 10 dargestellt. positiven Elektrode 3 bestimmenden, teilweise redu-

Die in diesen Diagrammen angegebenen Span- zierten antipolaren Zusatz 4 dieser Elektrode 3 ge-

nungswerte beziehen sich beispielshalber sämtlich auf schaltet ist. Bei der Entladung herrschen also die

alkalische Akkumulatoren. Für Bleiakkumulatoren umgekehrten Verhältnisse wie bei der Ladung, indem

gelten andere Werte. 35 die urprünglich negative Elektrode die Funktion der

Ein Beispiel einer an diesen Widerstand 6 anzu- Sauerstoff entwickelnden Elektrode und die ursprüng-

schließenden Schaltvorrichtung zum Abschalten der lieh positive Elektrode die Funktion der bei Ladung

Ladungbzw.EntladungistinFig.il gezeigt. negativen Elektrode übernimmt, während die Steuer-

Die F i g. 1 zeigt schematisch die Elektroden und elektrode anstatt auf Sauerstoffentwicklung auf

die Kapazitätsverteilung einer an sich bekannten gas- 40 Sauerstoffreduktion anspricht.

dichten Ni-Cd-Zelle mit alkalischem Elektrolyten. Infolge der Sauerstoffreduktion und des Potential-Die negative Elektrode 1 besitzt eine Ladereserve 2, anstiegs zwischen Steuerelektrode und Hauptelektrode um Wasserstoffentwicklung bei der Ladung zu ver- fließt ein Strom im Widerstand 6. Der hierdurch am hindern. Die positive Elektrode 3 enthält einen anti- Widerstand 6 hervorgerufene Spannungsabfall wird polaren Zusatz 4. Zwischen beiden Elektroden be- 45 jetzt unmittelbar zur Abschaltung des während der findet sich die Steuerelektrode 5. Sie besteht beispiels- Entladung bzw. Tiefentladung fließenden Entladeweise aus einem dünnen Ni-Blech, Ni-Drahtgewebe stromes benutzt.

oder auch einem Ni-Sinterkörper. Statt eines metal- In F i g. 1 a enthält die negative Elektrode zusätzlischen Leiters kann auch jeder andere Leiter Ver- lieh noch eine Entladereserve 7, damit bei einer Tiefwendung finden, sofern er gegen den Elektrolyten 50 entladung die Sauerstoffentwicklung erst dann bebeständig ist. In der Zelle ist, in der Abbildung nicht ginnt, wenn bereits ein Teil des antipolaren Zusatzes besonders dargestellt, die Steuerelektrode in einen der positiven Elektrode reduziert ist. Hierdurch wird elektrolytbeständigen Separator einer gebräuchlichen die Zeitspanne von der Sauerstoffentwicklung bis zur Ausführung eingebettet. Abschaltung der Entladung noch weiter verkürzt und

Die Steuerelektrode 5 ist über den Widerstand 6 55 damit der im Inneren der Zelle entstehende Sauer-

mit der positiven Elektrode 3 verbunden. Wird eine stoffdruck vermindert. Diese Maßnahme dient der

derartige Zelle geladen, so fließt über den Wider- höheren Betriebssicherheit einer gasdichten Zelle

stand 6 zunächst kein Strom oder nur ein verschwin- nach der Erfindung.

dend kleiner Strom, hervorgerufen durch eine noch F i g. 2 zeigt für die Ausführungsform gemäß unbedeutende Sauerstoffentwicklung an dieser Elek- 60 Fig. 1 die Richtung sowie den zeitlichen Verlauf des trode. Auch bei später einsetzender, aber noch Potentials zwischen der Steuerelektrode und der posischwacher Sauerstoffentwicklung an der positiven tiven Elektrode während der Ladung b und der EntElektrode ändern sich die Verhältnisse nicht wesent- ladung a am Beispiel eines gasdichten alkalischen lieh. Erst wenn die positive Elektrode so weil Akkumulators. Hierbei ist die Steuerelektrode bei der aufgeladen ist, daß nahezu der gesamte Ladestrom 65 Ladung negativ gegenüber der positiven Elektrode, zur Sauerstoffentwicklung dient, erfolgt ein spontaner bei der Entladung positiv gegen den antipolaren Anstieg des den Widerstand 6 durchfließenden Stro- Zusatz dieser Elektrode. Die in der F i g. 2 angegemes und damit ein erhöhter Spannungsabfall am Wi- benen Potentialwerte gelten für gasdichte alkalische

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Akkumulatoren. Sie sind Richtwerte und im übrigen Die Fig. 6 zeigt am Beispiel eines gasdichten abhängig von der Größe des Widerstandes 6, der alkalischen Akkumulators den zugehörigen Potential-Größe des Entladestromes und Ladestromes sowie verlauf zwischen Steuerelektrode 5 und positiver von der Zellenkonstruktion und Beschaffenheit der Elektrode 3 bei Ladung b und Entladung a. Der zeit-Steuerelektrode. 5 liehe Verlauf ist grundsätzlich der gleiche wie im

Die Fig. 3 und 3a zeigen die gleichen Elektroden- Falle der Fig. 2, jedoch mit dem Unterschied, daß

anordnungen und Kapazitätsverteilungen wie Fig. 1 die Potentialdifferenz bei der Entladung um eine

und la. Die Steuerelektrode 5 ist jedoch über den Größenordnung geringer ist.

Widerstand 6 mit der negativen Elektrode 1 verbun- Bei den bisher beschriebenen Anordnungen ist jeden. Der gegen Ende der Ladung an der positiven io weils nur eine Steuerelektrode verwendet, die mit Elektrode 3 entstehende Sauerstoff gelangt zur Steuer- einer der beiden Elektroden, d.h. entweder mit der elektrode, die dann als sauerstoffreduzierende Elek- positiven oder mit der negativen Elektrode, verbuntrode (Kathode) arbeitet. Der infolge des Stromflusses den ist.

durch den Widerstand 6 entstehende Potentialanstieg Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, die

am Widerstand 6 wird mittels einer Schaltvorrichtung 15 Anordnung so zu treffen, daß eine Steuerelektrode

zur Ladungsbegrenzung, d. h. Unterbrechung oder mittels eines, vorzugsweise automatisch arbeitenden

Herabsetzung des Ladestromes benutzt. Schalters bei Ladung mit der Elektrode der einen

Am Ende der Entladung und bei beginnender Um- Polarität und bei der Entladung mit der Elektrode

polung entwickelt sich an der ursprünglich negativen der anderen Polarität unter Zwischenschaltung des

Elektrode 1 und damit auch an der Steuerelektrode 5 20 Widerstandes 6 verbunden wird.

Sauerstoff. Hierdurch kommt es, wie zu den Fig. 1, Eine derartige Anordnung stellt die Fig. 7 dar.

, . la und 2 erläutert wurde, ebenfalls zu einem Poten- Sie ist im Prinzip eine Kombination der Anordnung

' tialanstieg am Widerstand 6, der mittels einer Schalt- nach Fig. 1, die positive Elektrode betreffend, und

vorrichtung die Entladung abschaltet. Im Fall der nach Fig. 3, die negative Elektrode betreffend.

Fig. 3 sind also die Funktionen der Steuerelektrode 25 Eine Steuerelektrode in dieser Schaltung in Ver-

bei Ladung und Entladung gegenüber der Ausfüh- bindung mit einem Schalter 9 kann wieder als bi-

rung gemäß F i g. 1 vertauscht. funktioneile Steuerelektrode arbeiten, und zwar in

Anstatt eines antipolaren Anteils 4 kann die posi- folgender Weise:

tive Elektrode 3 auch eine Entladereserve besitzen. Für den Fall eines gasdicht verschlossenen Akku-

Die F i g. 4 zeigt den Verlauf des Potentials der 30 mulators, beispielsweise eines gasdicht verschlosse-

Steuerelektrode gegenüber der negativen Elektrode nen Ni-Cd-Akkumulators, enthält die negative Elek-

bei Ladung b und Entladung a. Entsprechend der trode 1 eine Ladereserve 2 und die positive Elek-

vertauschten Funktion der Steuerelektrode ist dieses trode 3 eine Entladereserve 8 oder antipolare Masse 4,

Potential auch in seiner Richtung vertauscht, d. h. bei je nachdem, welche Funktion die Steuerelektrode 5

der Entladung α negativ, bei der Ladung b positiv 35 bei Tiefentladung mit Polumkehr ausüben soll. Die

gegenüber der negativen Elektrode 1. negative Elektrode 1 kann analog den Anordnungen

Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung der Steuerelek- gemäß den Fig. la und 3a noch eine Entlade-

trode, die ebenfalls für gasdichte Zellen geeignet ist. reserve 7 enthalten.

Die negative Elektrode 1 mit der Ladereserve 2 ent- Bei Ladung kann erfindungsgemäß die Steuerelekhält die Entladereserve 7. Die positive Elektrode 3 40 trode 5 über den Widerstand 6 durch den Schalter 9 besitzt keinen antipolaren Zusatz. Die Kapazität der mit der positiven Elektrode 3 verbunden werden. In Zellen wird durch die positive Elektrode 3 begrenzt. diesem Fall arbeitet die Steuerelektrode als sauer-Am Ende der Ladung entwickelt sich an der Steuer- stoffentwickelnde Elektrode. Der bei Sauerstoff-) elektrode 5, wie bereits zu den F i g. 1 und 1 a be- entwicklung an der Steuerelektrode 5 durch den Wischrieben wurde, Sauerstoff, und der damit verbun- 45 derstand 6 fließende Strom ruft an diesem einen dene Potentialanstieg am Widerstand 6 wird zur Be- Spannungsabfall hervor, der zu Schaltzwecken, d. h. einflussung der Ladung ausgenutzt. erfindungsgemäß zur Unterbrechung oder Ein- und

Am Ende der Entladung fällt das Potential der Ausschaltung des Ladestromes verwendet werden

positiven Elektrode 3 schnell ab, während die jetzt kann. Es ist andererseits auch möglich, bei der glei-

sauerstoffreduzierende Steuerelektrode 5 noch eine 50 chen Anordnung die Steuerelektrode 5 durch den

gewisse Zeit ihr Potential behält. Hierdurch entsteht Schalter 9 bei Ladung der Zelle mit der negativen

an der Steuerelektrode 5 ein positives Potential Elektrode 1 zu verbinden. In diesem Fall arbeitet die

gegenüber der positiven Elektrode 3. Der jetzt durch Steuerelektrode 5 wie gemäß F i g. 3 als sauerstoff-

den Widerstand 6 fließende Strom ruft an diesem reduzierende Elektrode. Dementsprechend stellen sich

eine erhöhte Potentialdifferenz hervor und unterbricht 55 auch die gleichen Spannungsverhältnisse wie bei

mittels einer Schaltvorrichtung den Entladestrom. F i g. 6 ein.

Es hat sich gezeigt, daß in diesem Fall der Wider- Soll die Steuerelektrode 5 bei Tief entladung mit

stand 6 möglichst groß zu wählen ist, um die Steuer- Polumkehr als sauerstoffreduzierende Elektrode ar-

elektrode möglichst wenig zu belasten. Mittels einer beiten, so enthält die positive Elektrode 3 zweck-

Schaltvorrichtung ist es möglich, den Widerstand 6 60 mäßig antipolare Masse 4, und die Steuerelektrode 5

bei Umschaltung von Ladung auf Entladung auto- ist durch den Schalter 9 mit der positiven Elektrode 3

matisch auf einen größeren Wert umzuschalten. verbunden. Dann liegen die gleichen Verhältnisse

Dieses System kann vorteilhaft überall da ange- vor wie für die positive Elektrode gemäß F i g. 1

wendet werden, wo eine Tiefentladung bzw. Um- bzw. 1 a, wobei die antipolare Masse 4 für eine gün-

polung der Zelle zu irreversiblen Elektrodenprozessen 65 stige Potentialeinstellung sorgt,

führen würde, z. B. vorzugsweise für Bleiakkumula- Soll die Steuerelektrode 5 jedoch bei Tief entladung

toren. Die Entladung wird bereits abgeschaltet, ehe mit Polumkehr als sauerstoffentwickelnde Elektrode

die Zellenspannung auf Null abfällt. arbeiten, so wird sie durch den Schalter 9 mit der

negativen Elektrode 1 verbunden. Die positive Elektrode 3 enthält dann antipolare Masse 4 oder eine Entladereserve 8, so daß dann die Wasserstoffentwicklung an der ursprünglich positiven Elektrode bzw. an der Steuerelektrode unterdrückt wird. Die antipolare Masse 4 muß in diesem Fall so bemessen sein, daß die positive Elektrode mehr reduzierbare Anteile enthält, als die negative Elektrode oxidierbare.

Für den Fall, daß die Steuerelektrode gemäß F i g. 7 als sauerstoffentwickelnde Elektrode bei der Ladung und Entladung arbeiten soll, ist sie mit der positiven Elektrode 3 bei der Ladung und mit der negativen Elektrode 1 bei der Entladung über den Schalter 9 zu verbinden. Der zeitliche Verlauf des für Schaltzwecke ausnutzbaren Spannungsabfalles am Widerstand 6 ist in Fig. 8 bei Ladung b und Entladung α dargestellt. Soll die Steuerelektrode als sauerstoffreduzierende Elektrode arbeiten, so ist sie bei Ladung mit der negativen Elektrode 1 und bei der Entladung mit der positiven Elektrode 3 zu verbinden.

Eine sauerstoffentwickelnde Steuerelektrode kann ebenfalls für offen betriebene Zellen verwendet werden, wenn die Elektrode gegen Wasserstoffzutritt hinreichend geschützt ist und sie entsprechend F i g. 7 bei Ladung mit der positiven Elektrode 3, bei Tiefentladung mit Polumkehr mit der ursprünglich negativen Elektrode 1 verbunden ist. Hierbei ist es bezüglich der Funktion der Steuerelektrode gleichgültig, ob dann die positive Elektrode eine Entladereserve bzw. antipolare Masse besitzt oder nicht.

Die bisher beschriebenen Anordnungen für die Anwendung einer bifunktionellen Steuerelektrode, d. h. einer Steuerelektrode, die sowohl bei Ladung als auch bei Entladung für Schaltzwecke verwendet wird, enthalten in der offen oder gasdicht betriebenen oder wartungsarmen Zelle jeweils nur eine Steuerelektrode, die entweder fest mit einer Elektrode einer Polarität gekoppelt ist oder aber wechselweise mit der einen oder anderen Elektrode durch einen Schalter verbunden wird.

Es liegt jedoch noch im Rahmen der Erfindung, statt einer bifunktionellen Elektrode auch ein Steuerelektrodenpaar mit Bifunktion anzuwenden.

Die Anordnung ist wiederum grundsätzlich so getroffen, daß die beiden mit den regulären Elektroden verbundenen Steuerelektroden sowohl bei der Ladung wie auch bei Entladung bzw. Tiefentladung mit Polumkehr für Schaltzwecke verwendet werden können, und zwar jeweils die gleichen Steuerelektroden in Verbindung mit der gleichen regulären Elektrode.

Eine derartige Anordnung ist in Fi g. 9 dargestellt. Diese Anordnung ist für gasdicht verschlossene Akkumulatoren, vorzugsweise für gasdichte alkalische Akkumulatoren mit den bekannten elektrochemischen Systemen Cadmium-Nickelhydroxid, Silberoxid-Cadmium, Silberoxid-Zink, verwendbar.

Die negative Elektrode 1 enthält eine Ladereserve 2 und ist über den Widerstand 6 a mit der Steuerelektrode 5 a verbunden. Die positive Elektrode 3 enthält einen antipolaren Anteil 4. Sie ist über einen Widerstand 6 b mit der Steuerelektrode 5 b verbunden.

Bei der Ladung dieses gasdicht verschlossenen Systems entwickelt sich an der positiven Elektrode zunächst Sauerstoff, während eine Wasserstoffentwicklung an der negativen Elektrode 1 durch deren Ladereserve verhindert wird. Die Steuerelektrode 5 b arbeitet, wie schon vorstehend beschrieben, als sauerstoffentwickelnde Elektrode. Gleichzeitig hat die Sauerstoffelektrode 5 α die Funktion einer sauerstoffreduzierenden Elektrode.

Nach Beginn der Sauerstoffentwicklung bildet sich wieder, wie beschrieben, über den Widerständen 6 a und 6 b jeweils eine Spannungsdifferenz aus, deren absolute Größe der Spannungsdifferenz gemäß Fig. 1 und 3 etwa entspricht. Infolgedessen besteht auch

ίο eine Spannungsdifferenz zwischen dem Punkt c an der Steuerelektrode 5 a und dem Punkt d an der Steuerelektrode 5b, die in ihrer absoluten Größe zwischen den Spannungsabfällen über den beiden Widerständen liegt. Setzt man beispielsweise eine Ladespannung von etwa 1,5 V voraus, und liegt beispielsweise über dem Widerstand 6 a eine Spannung von 800 mV und über dem Widerstand 6 b eine Spannung von 100 mV, so beträgt jetzt die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Punkten c und d etwa 600 mV. Diese Spannungsdifferenz wird dann mittels zweckmäßig hochohmiger Schaltglieder zur Steuerung der Ladung, d. h. Abschaltung des Ladestromes oder Umschaltung auf einen niedrigeren Wert ausgenutzt. Hierbei enthält das Schaltglied im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Anordnungen, bei denen es bei Erreichen einer Maximalspannung schaltet, einen Minimalschalter, der die Schaltung bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes auslöst.

Bei Entladung bzw. Tiefentladung mit Polumkehr kehren sich entsprechend der Wirkungsweise der bifunktionellen Steuerelektrode die Funktionen der Steuerelektrode um. Die mit der ursprünglich positiven Elektrode 3 verbundene Steuerelektrode 5 b wird jetzt zur sauerstoffreduzierenden Elektrode, die mit der ursprünglich negativen Elektrode 1 verbundene Steuerelektrode 5 a zur sauerstoffentwickelnden. Jetzt tritt zwischen Punkt c und d wieder die gleiche Spannungsdifferenz auf wie beim Ladevorgang, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Diese Spannungsdifferenz kann wieder in gleicher Weise wie die bei Ladung auftretende Spannungsdifferenz zu Schaltzwecken ausgenutzt werden, d. h. einen Entladestrom beispielsweise unterbrechen.

Den zeitlichen Verlauf der Spannung zwischen den Punkten c und d zeigt die Fig. 10 für Ladung α und Entladung b. Nach dem Vorhergesagten bedarf diese Abbildung keiner weiteren Erläuterung.

Erfindungsgemäß ist es noch möglich, jede der beiden Elektrodenpolaritäten mit je einer festgekoppelten Steuerelektrode zu verbinden, jedoch die Funktion dieser Steuerelektroden jeweils nur für eine Steuerelektrode bei der Ladung und für die andere Steuerelektrode bei der Entladung bzw. Tief entladung mit Polumkehr auszunutzen. In diesem Fall wird dann die für die Ladung bzw. Entladung zu Schaltzwecken benötigte Spannung über dem Widerstand 6 a bzw. 6 b abgegriffen. Beispielsweise kann auf diese Weise gemäß Fig. 9 die Steuerelektrode 5a bei der Ladung als sauerstoffreduzierende Elektrode den Ladevorgang steuern oder die Steuerelektrode 5 b als sauerstoffentwickelnde Elektrode. Bei der Entladung würde dann die Steuerelektrode 5 a als sauerstoffreduzierende Elektrode übernehmen und andererseits würde dann, wie bei der Ladung die SteuerelektrodeSö, bei der Entladung die Steuerelektrode 5 a als sauerstoffentwickelnde Elektrode wirken. Bei einem Lade-Entladezyklus arbeitet also jeweils die mit einer regulären Elektrode verbundene Steuer-

elektrode mit der mit der anderen regulären Elektrode verbundene Steuerelektrode zusammen, und beide wirken dann jeweils als sauerstoffentwickelnde oder als sauerstoffreduzierende Elektroden. Die Kapazitätsverhältnisse entsprechen in diesem Fall der Fig. 9.

Die Anwendung eines Paares von Steuerelektrode nach der Erfindung ist auch für offen beschriebene oder wartungsarme Akkumulatoren möglich, wenn die Kapazität der negativen Elektrode geringer ist als die der positiven Elektrode, da z. B. im alkalischen Akkumulator bei der Ladung und Entladung dann die Sauerstoffentwicklung vor der Wasserstoffentwicklung eingesetzt und dadurch eine Potentialdifferenz zwischen dem Steuerelektrodenpaar entsteht, bevor Wasserstoff entwickelt wird.

Weiterhin ist es schließlich noch möglich, jeweils in sinnvoller Anlehnung an das vorstehend Ausgeführte, bei der Ladung die mit einer Elektrode verbundene Steuerelektrode und bei der Entladung dann die mit der anderen Elektrode verbundene Steuer- \ elektrode für Schaltzwecke zu benutzen, wobei dann ' ' diese beiden Elektroden jeweils die gleiche Funktion ausüben, d. h. sich an ihnen Sauerstoff entwickelt.

Die über den Widerständen 6 α und 6 b abzugreifende Spannungsdifferenz kann dann zur Beeinflussung des Lade- oder Entladevorganges ausgenutzt werden.

Die Steuerelektroden müssen gegen die regulären Elektroden isoliert werden. Ihre Anordnung innerhalb der Zellen kann dann in gleicher Weise getroffen werden, wie es nachstehend näher für einzelne Steuerelektroden beschrieben ist.

In den bisher besprochenen Beispielen für die Anordnung einer bifunktionellen Steuerelektrode war diese vorzugsweise zwischen einer regulären positiven und einer regulären negativen Elektrode angeordnet. Besteht das Zellengehäuse aus Metall und ist es gegen den Plattensatz isoliert, so kann die Steuerelektrode mit dem Zellengehäuse verbunden werden. Hierdurch ist eine einfache Anschlußmöglichkeit für die Steuerelektrode gegeben. Es ist auch möglich, in diesem Fall das Zellengehäuse selbst als Steuerelektrode zu ) verwenden.

Weiterhin ist es möglich, die Steuerelektrode an der Außenseite des Plattenpaketes, d. h. zwischen Zellengehäuse und einer außen liegenden Elektrode anzuordnen, wobei sie zweckmäßig gegen das Gehäuse, sofern dieses aus Metall besteht, und die benachbarte Elektrode durch eine geeignete Separation isoliert wird. Je nach der der Steuerelektrode zugedachten Funktion wird diese dann mit dem positiven oder negativen Pol der Zelle unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 6 verbunden. Es ist in diesem Fall zweckmäßig, eine sauerstoffreduzierende Steuerelektrode in der Nachbarschaft einer positiven Hauptelektrode anzuordnen.

Wie schon im vorstehenden Text hervorgehoben wurde, sind die Systeme nach den Fig. 1, la, 3, 3a, 5, 7 und 9 für gasdicht verschlossene Akkumulatoren geeignet. Die Systeme nach den Fig. 7 und 9 können zur Steuerung von Zellen offener Bauart verwendet werden. Ebenso können auch bei sinnvoller Auswahl des Systems der Steuerelektrode wartungsarme Akkumulatoren in dieser Weise gesteuert werden.

Die in den Fig. 2, 4, 6, 8 und 10 dargestellten zeitlichen Verläufe des Spannungsabfalles über dem Widerstand 6, d. h. der Spannung der Steuerelektrode gegen die mit ihr verbundene reguläre Elektrode bzw. gegen die zweite Steuerelektrode, sind als Beispiel anzusehen und geben keine allgemein gültigen absoluten Werte wieder, da diese von vielen Faktoren wie z. B. der Größe der Elektrode, der Höhe des Ladestromes, der Temperatur der Zellen, abhängig sind. Sämtliche hier angegebenen Spannungswerte gelten für alkalische Zellen.

Aus der Schaltung der Steuerelektrode und der Stromrichtung bei den beschriebenen elektrochemischen Reaktionen an der Steuerelektrode läßt sich das Vorzeichen der Spannung gegen die reguläre Elektrode ableiten.

Eine bifunktionelle Steuerelektrode nach der Erfindung ist nicht nur vorteilhaft für eine Einzelzelle. Sind mehrere Zellen zu einem Batterieverband vereinigt, ist es nicht erforderlich, sämtliche Zellen mit einer Steuerelektrode auszurüsten. In diesem Fall genügt es eine Zelle oder einen Bruchteil der Zellen der Batterie mit einer Steuerelektrode zu versehen. Bei Vorhandensein mehrerer Zellen mit Steuerelektroden im Batterieverband kann die Schaltung so getroffen werden, daß für den Fall, daß eine Steuerelektrode nicht einwandfrei arbeitete oder nicht mehr arbeitete, dann eine andere Steuerelektrode die Schaltfunktion für die Batterie übernimmt, so daß dann der Betrieb der Batterie mit einer erhöhten Sicherheit erfolgt.

Die Fig. 11 zeigt eine zur Abschaltung der Ladung bzw. Entladung vorgesehene Schaltvorrichtung, die gesteuert wird durch eine erfindungsgemäße Akkumulatorenzelle. Die angegebene Schaltvorrichtung ist brauchbar für sämtliche in den F i g. 1 bis 10 gezeigten Anordnungen.

Das Schaltbild zeigt die Vorrichtung während der Ladung des Akkumulators.

Das Ladegerät 11 ist mittels des Umschaltkontaktes 14' des Relais 14 über den Kontakt 12 mit dem zu ladenden Akkumulator 15 verbunden. Die erste Zelle dieses Akkumulators besitzt eine Steuerelektrode 5, die, wie schon aus den vorhergehenden Figuren ersichtlich, über den Widerstand 6 c und den Umschaltkontakt 14" bzw. Kontakt 19 mit der positiven Elektrode 3 der ersten Zelle verbunden ist. Der Widerstand 6c ist in weiten Bereichen einstellbar, so daß die nachfolgenden Schaltglieder bei verschiedenen Ladeströmen und Zellenkonstruktionen an die Steuerelektrode angepaßt werden können.

Die zur Ladungsbegrenzung dienende Ansprechspannung wird über den Spannungsteiler 21 eingestellt und über die Umschaltkontakte 14'" und 14"" des Relais 14 dem Eingang eines Transistorrelais 30 zugeführt. Das Transistorrelais besitzt eine hohe Ansprechempfindlichkeit, die beispielsweise bei etwa

10 mV liegt und ist daher wegen der geringen Spannungen, die am Widerstand 6 c auftreten, als Schaltelement hier besonders gut geeignet.

Wird die am Spannungsteiler 21 eingestellte Ansprechspannung für Ladungsende erreicht, schaltet das Transistorrelais 30 durch, wobei dessen Kontakt 31 geschlossen wird. Hierdurch wird das Stromstoßrelais 40 eingeschaltet, welches über seinen Kontakt 40' das Relais 14 betätigt. Damit erhält das Relais Strom und seine Kontakte 14', 14", 14'" und 14"" schalten um. Als Folge dieser Schaltvorgänge wird der Umschaltkontakt 14' mit dem Kontakt 13 verbunden, d. h. der Akkumulator 15 ist vom Ladegerät

11 abgetrennt und liegt am Spannungsmesser 16, der

anzeigt, daß die Batterie entladebereit ist. Über den Schalter 18 kann der Verbraucher 17 mit dem Akkumulator 15 verbunden werden. Durch das gleichzeitige Umschalten sämtlicher Kontakte des Relais 14, wird weiterhin über den Umschaltkontakt 14" der Widerstand 6 d zwischen Steuerelektrode 5 und positiven Pol der ersten Zelle der Batterie 15 geschaltet. Dieser Widerstand 6d ist ebenfalls einstellbar und sorgt für eine entsprechende Anpassung der nachfolgenden Schaltglieder an die Steuerelektrode bei verschiedenen Entladeströmen und Zellenkonstruktionen. Der über den Umschaltkontakt 14'" bzw. Schaltungspunkt 23 jetzt eingeschaltete Spannungsteiler 24 dient zur Einstellung der Ansprechspannung zur Begrenzung der Entladung.

Da in den meisten der angeführten Beispiele die Polarität der Spannung zwischen Steuerelektrode und Hauptelektrode bei Ladungs- bzw. Entladungsende ihre Richtung wechselt, das Transistorrelais 30 jedoch nur in einer Richtung anspricht, ist eine Polumschaltung des Relais 30 vorgesehen. Dies geschieht automatisch über den Umschaltkontakt 14"" des Relais 14, der bei Entladung mit dem Kontakt 26 verbunden ist, bei Ladung hingegen mit Kontakt 25.

Bei Erreichen der eingestellten Ansprechspannung für Entladeschluß spricht das Transistorrelais 30 wiederum an, sein Schalter 31 schließt, das Stromstoßrelais 40 spricht an, sein Kontakt 40' öffnet und Relais 14 wird abgeschaltet. Dadurch wird der Akkumulator 15 wieder an das Ladegerät 11 angeschlossen und erneut geladen.

Die verwendeten Relais können durch Einsatz von Transistoren bzw. steuerbaren Dioden ersetzt werden, wenn man auf mechanische Kontakte vollkommen verzichtet.

Die beschriebene Schaltung gestattet es in einfacher Weise, sowohl Ladung als auch Entladung beliebiger Akkumulatoren mit Steuerelektroden zu begrenzen bzw. zu steuern.

Die bifunktionellen Steuerelektroden nach der Erfindung sind bei sinnvoller Anpassung geeignet für die offenen, wartungsarmen, wartungsfreien und gasdicht verschlossenen Bauarten aller bekannten elektrochemischen Systeme, z. B. der mit alkalischen Elektrolyten arbeitenden elektrochemischen Systeme Nickelhydroxid/Cadmium, Silberoxid/Cadmium, Nikkelhydroxid/Zink, Silberoxid/Zink bzw. des mit Schwefelsäureelektrolyten arbeitenden elektrochemischen Systems Bleidioxid/Blei.

Während bisher die Ladung offener und gasdichter Zellen sich normalerweise über längere Zeiträume erstreckte, ist es nach der Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, Akkumulatorenzellen in kurzer Zeit, z. B. in 1 bis 2 Stunden aufzuladen bzw., wenn bei etwa nicht bekanntem Ladezustand eine Nachladung erforderlich ist, in kürzerer Zeit diese Nachladung durchzuführen, ohne eine Überladung und eine schädliche Erwärmung der Zelle befürchten zu müssen. Es ist also durch Verwendung der erfindungsgemäßen Akkumulatorenzelle mit Steuerelektrode möglieh, die bisher übliche Dauerladung, die sich über lange Zeiten erstreckt, durch eine Schneiladung, die eine wesentliche Rationalisierung der Ladung mit sich bringt, zu ersetzen. Ebenso kann eine Zelle, die mit einer Steuerelektrode nach der Erfindung ausgerüstet ist, in häufigem Wechsel geladen und entladen werden, ohne daß eine Schädigung der Zelle erfolgt. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des neuen Verfahrens zur Überwachung von Ladung und Entladung bei Zellen höherer Kapazitäten.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Akkumulatorenzelle, die neben positiven und negativen Hauptelektroden eine Steuerelektrode enthält, die auf den Ladezustand der Akkumulatorenzelle anspricht und zur Steuerung der Ladung oder Entladung der Akkumulatorenzelle dient, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Steuerelektrode enthält, die eine bifunktionell arbeitende elektrochemisch inerte Elektrode ist, welche keine aktive Masse besitzt und deren Flächenwiderstand unabhängig vom Ladezustand der Hauptelektrode ist und die bei Ladung oder Entladung Gas entwickelt oder Gas verzehrt, daß die Steuerelektrode über elektrische Bauelemente bei Ladung und Entladung mit einer der Hauptelektroden verbunden ist, daß die Kapzität und der Ladezustand der Hauptelektroden der Funktion der Steuerelektrode angepaßt sind und daß die Steuerelektrode, die ein von der Hauptelektrode verschiedenes Potential besitzt, bei Ladung bzw. Entladung durch Gasentwicklung bzw. Gasverzehr elektrochemisch derart polarisiert wird, daß sich am elektrischen Bauelement zwischen Hauptelektrode und zugehöriger Steuerelektrode gegen Ende der Ladung bzw. Entladung ein zur Steuerung der Ladung und/oder Entladung der Akkumulatorenzelle dienender Spannungsabfall einstellt.

2. Akkumulatorenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine bifunktionelle Steuerelektrode (5) enthält, die entweder mit der positiven Elektrode (3) oder mit der negativen Elektrode (1) elektrisch verbunden ist.

3. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) mit der positiven Elektrode (3) verbunden ist, die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) einen Zusatz von antipolarer Masse (4) besitzt.

4. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) mit der negativen Elektrode (1) verbunden ist, die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) einen Zusatz von antipolarer Masse (4) besitzt.

5. Akkumulatorenzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (3) an Stelle des antipolaren Zusatzes (4) eine Entladereserve enthält.

6. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (1) zusätzlich eine Entladereserve (7) besitzt, die gleich oder kleiner ist als die Reduktionsfähigkeit des antipolaren Zusatzes (4) der positiven Elektrode (3).

7. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (5) mit der positiven Elektrode (3) verbunden ist, die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und eine Entladereserve (7) enthält.

8. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (5) über einen automatisch arbeitenden Schalter (9) bei der Ladung mit der positiven Elektrode (3) und bei der Entladung mit der negativen Elektrode (1) verbunden ist und daß die negative Elektrode eine geringere Kapazität besitzt als die positive Elektrode.

9. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) über einen automatisch arbeitenden Schalter (9) bei der Ladung mit der positiven Elektrode (3) und bei der Entladung mit der negativen Elektrode (1) verbunden ist, wobei die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) antipolare Masse (4) oder eine Entladereserve

(8) enthält, deren Menge so bemessen ist, daß die positive Elektrode (3) mehr reduzierbare Anteile aufweist als die negative Elektrode (1) oxidierbare.

10. Akkumulatorenzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasdicht verschlossen ist und einen alkalischen Elektrolyten enthält und daß die Steuerelektrode (5) über einen automatisch arbeitenden Schalter (9) bei der Ladung mit der negativen Elektrode (1) und bei der Entladung mit der positiven Elektrode (3) verbunden ist, wobei die negative Elektrode (1) eine Ladereserve (2) und die positive Elektrode (3) antipolare Masse (4) enthält.

11. Akkumulatorenzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode an der Außenseite des Plattenpaketes angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 547/136