DE1638085B2

DE1638085B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer elektrischen Batterie

Info

Publication number: DE1638085B2
Application number: DE1638085A
Authority: DE
Inventors: Wilford Benson Burkett; Robert Vernon Jackson
Original assignee: Mcculloch Corp Los Angeles Calif (vsta)
Current assignee: Mcculloch Corp Los Angeles Calif (vsta)
Priority date: 1967-01-31
Filing date: 1968-01-29
Publication date: 1973-11-08
Also published as: FI52908B; GB1219324A; JPS4826513B1; US3517293A; FR1577282A; BE710108A; DE1638085A1; SE341420B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schnelladen einer elektrischen Batterie, bei der ein in Ladeintervallen zugeführter Ladestrom durch Entladeintervalle unterbrochen und die Batterie entladen wird, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Aufladen von Primärbatterien, bei dem Ladeintervalle durch Entladeintervalle unterbrochen werden, ist beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 503 179 bekannt. Obwohl die Batterie nach diesem Verfahren wegen der zwischengeschalteten Entladeintervalle prinzipiell mit höherer Ladestromstärke aufgeladen werden könnte, kann ein Überladen der Batterie gleichwohl nicht verhindert werden. Das Überladen ist insbesondere bei gekapselten Sekundärbattcrien besonders gefährlich, weil die beim Überladen auftretende Gasentwicklung die Batterie beschädigen kann. Man muß daher entweder mit geringer Ladestromstärke laden oder muß auf eine Vollladung der Batterie durch rechtzeitiges Beenden des Ladevorgangs verzichten. Von den Battcrieherstellern werden daher zu jeder Batterie-Art Erfahrungswerte für eine unschädliche Ladestromstärke und Ladedauer mitgeteilt, die sich üblicherweise über Stunden erstreckt. So wird für das Wiedeiaufitidcn von Batteiiezellen eine Zeitspanne empfohlen, die zwischen zwei und sechzehn Stunden liegen kann. Für eine Nickel-Kadmium-Batterie mit einer Kapazität von 1,5 Ah wird beispielsweise empfohlen, sie über eine Zeitspanne von 1(S Stunden mit einem konstanten Ladestrom von 150 itiA zu laden. Diese lange Ladezeit ist nicht nur äußerst unbefriedigend, sondern kann in vielen Rillen nicht in Kauf genommen werden, so daß die Batterie durch eine neue ersetzt werden muß.

Außerdem wird bei den angegebenen Werten von einer vollständig entladenen Batterie ausgegangen, obgleich der Rest-Ladezustand aufgeladener Batterien sehr stark schwanken kann. Man hat daher bereits empfohlen (deutsche Auslegeschrift 1 107 328). dem Ladevorgang einen Entladevorgang vorzuschalten, dessen Dauer von einem vor-einstellbaren Zeitwert bestimmt wird. Dieses Verfahren ist jedoch noch unbefriedigender, weil der Ladevorgang zeitlich noch weiter ausgedehnt wird und außerdem die - wenn auch kleine - Restladung der Batterie verloren geht.

Der Erfindung liegt daher die Aulgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das ein möglichst uischcs Laden von Batterien, insbesondere von gekapselten Zellen, mit hoher Ladegeschwindigkeii emvflieht, ohne daß eine Beschädigung der Batterie infolge Überladung gefürchtet werden muß. Weiter soll eine Schaltungsanordnung zur Ausführung eines Verfahrens angegeben werden, das die genannte Forderung erfüllt.

Die Losung dieser Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zum Schnelladen einer elektrischen Batterie, bei der ein in Ladeintervallen zugeführter Ladestrom durch Entladeintervalle unterbrochen und die Batterie entladen wird, dadurch, daß der Ladestrom jeweils bei Erreichen eines bestimmten Wertes einer vom Ladezustand der Batterie abhängigen Kenngröße für ein kurzes Entladeintervall mit hohem Entladestrom unterbrochen wird.

Mit diesem Verfahren kann das Aufladen der Batterien erheblich beschleunigt werden, weil die Batterie selbst bestimmt, wann die Ladung durch ein Entladeintervall unterbrochen werden soll. Daher kann die Batterie auch mit wesentlich größeren Ladestromstärken aufgeladen werden, wobei die sich eventuell einstellenden Polarisierungseffekte durch die hohe Entladestromstärke neutralisiert werden. So bemißt sich die Ladezeit beispielsweise einer Zelle der genannten Art auf 20 Minuten bei einem Ladestrom von einigen Ampere (beispielsweise dem Fünffachen der Stundenkapazität von 1,5 A), wobei die Entladestromstärke während der Entladcstromintervalle etwa zwischen dem 20- bis 30fachen der Stundenkapazität betragen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Untcransprüche. Eine Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß ein Schalter zwischen einer Gleichspannungsquellc und der Batterie angeordnet ist, der bei Betätigung durch einen an die Batterie angeschlossenen Fühler die Batterie von der Gleichspannungsquelle trennt und für einen bestimmten Zeitraum eine Last an die Batterie legt. Diese Anordnung kann in vielfältiger, u¹ den Unteransprüchen im einzelnen angegebener Weise mit Vorteil weitergebildet werden. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer Batterie.

Fig. 2 den Verlauf der Klemmenspannung einer mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 geladenen Batterie,

Fig. 3 den Verlauf des Ladestromes während der

Ladung mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, Fig. 4 den Verlauf der der Batterie während des

Ladens zugeführten Energie sowie der während der Entladeintervalle abgezogenen Energie,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum besonders schnellen Laden einer Batterie, Fig. (1 zwei Entladekurven einer Nickel-Kadmium-Zelle,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung von Fig. 5.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 besteht aus einer Gleichstromquelle 1, deren Ausgänge über einen Schalter 3 an eine Batterie 2 führen, die Gleichstromquelle 1 kann beispielsweise aus einem Weehselspannungsgenerator mit einem an den Ausgangsklemmen liegenden Gleichrichter und Filter bestehen. Die Frequenz der Ladestromimpulse. die von dem Schulter 3 erzeugt werden, ist unmittelbar von der Zeit abhängig, die zum Erreichen einer bestimmten Klemmenspannung an der Batterie erforderlich ist. Die Klemmenspannung an der Batterie wird von einem Fühler 4 abgenommen, der den Schalter 3 steu-

Die Batterie kann beispielsweise eine Nickel-Kadmium-Zelle sein, deren Nennspannung 1,2 V und deren Kapazität 1 Ah bei einem Entladestrom von 100 mA beträgt. Vom Hersteller einer derartigen Zelle wird empfohlen, sie mit C/10, d. h. 10OmA über einen Zeitraum von 16 Stunden zu laden. Dabei bedeutet C die Stundenkapazität der Zelle. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine derartige gekapselte Zelle bis nahezu 100% ihrer Kapazität jedoch in 20 Minuten, und wesentlich über 90% der nutzbaren Kapazität in weniger als 20 Minuten wieder aufgeladen werden.

Der Ladestrom (Fig. 3) wird so groß wie möglich gewählt und hängt vom anfänglichen Ladezustand der Zelle, dem Zellenalter und dem inneren Aufbau der Zelle ab. Er wird begrenzt durch die höchstzuiässige Wärmeentwicklung in der Zelle sowie durch die beim Ladevorgang erzeugte Gasmenge, die bei Nickel-Kadmium-Zellen im allgemeinen aus Wasserstoff besteht.

Der Ladestrom wird unterbrochen, wenn einer der Parameter, die wähend des Ladevorganges sich ändern, einen kritischen Wert erreicht. Bei diesen Parametern hartdelt es sich um die Klemmenspannung, den Innendruck und die Temperatur der Zelle. Beispielsweise ändert sich das Potential an den Klemmen einer gekapselten Nickel-Kadmium-Zelle, wenn sich die Elektroden während des Ladevorgangs verändern. D₍iese Potentialänderung kann durch den Fühler ertastet werden. Wenn die Klemmenspannung den kritischen Wert von 1,5 V erreicht, wird der Ladestrom unterbrochen, wie das in F ig. 3 für die Zeitpunkte t₂, r₄, t_b, t_s dargestellt ist.

Der entsprechende Klemmenspannungsverlauf ist in Fig. 2 eingetragen und zeigt ein Absinken nn den genannten Zeitpunkten infolge der Entladung. Die Zelle hatte ursprünglich unter Last eine Klemmenspannung von etwa 0,4 V, während sie im voll geladenen Zustand eine Klemmenspannung von 1,3 V zeigt. Nach Abklemmen der Last ging im Verlauf eines gewissen Zeitabschnittes die Klemmenspannung wieder auf etwa 1,23 V herauf und blieb auf diesem Wert. Bei dieser Klemmenspannung wurde im Zeitpunkt t, die Ladespannung angelegt und der Ladestrom betrug dann 5 A (Fig. 3), was dem Fünffachen der Stundenkapazität C entspricht. Die Klemmenspannung stieg bei fließendem Ladestrom zunächst rasch an, knickte ab und erhöhte sich mit zunehmender Energieaufnahme durch die Zelle dann nur noch langsam.

Nachdem im Verlauf dieses allmählichen Anstieges der Klemmenspannung der kritische Wert von 1,5 V erreicht war, wurde der Ladestrom unterbrochen; dieser Punkt ist in den Kurven der Fi g. 2 bis 4 mit t₂ bezeichnet. Während dieser ersten Phase wurde wegen des hohen Ladestromes mindestens 35% der Gesamtenergie der Zelle zugeführt (Fig. 4). Während des Zeitraumes zwischen t, und t-, wurden etwa 2600 As in der Zelle abgeladen, was annähernd 87% der Stundenkapazität entspricht.

Der nächste Schritt des erfindungsgemäßen Schnelladeverfahrens besteht in dem Entladen der Zelle mit hohem Strom, beispielsweise mit 20 A. über einen kurzen Zeitraum von etwa 3 Sekunden (Fig. 2, 3). Aus Fig. 4 entnimmt man, daß während der Zeitspanne I₂ bis t_i nur eine geringe Energiemenge von der Zelle abgezogen wird. Die Entladung der Zelle depolarisiert die Elektroden sowie den Elektrolyten und erlaubt ein rascheres Laden. Die Depolarisation entfernt das während jedes Ladeintervalls gebildete Gas. Jc größer der Entladestrom ist, um so kurzer ist die Zeit, die zur Vorbereitung der Zelle für das nächste Ladeintervall benötigt wird.

Die während des Ladens einer Zelle stattfindenden elektrochemischen Prozesse können nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit ablaufen. Wenn daher der Ladestrom zu hoch ist, kann ein Teil des Ladestromes nicht nutzbringend verarbeitet werden und erzeugt lediglich Wärme und überschüssiges Gas.

Am Ende des Entladevorganges im Zeitpunkt t_i wird die Zelle wieder mit hohem Ladestrom beaufschlagt. Wenn die Klemmenspannung wieder den kritischen Wert erreicht, wird erneut auf Entladung umgeschaltet. Dieser Wechsel zwischen Ladung und Entladung wird so lange wiederholt, bis eine bestimmte Energiemenge von der Zelle aufgenommen wurde, oder bis die Zelle vollständig wieder aufgeladen ist oder bis eine bestimmte Zeitspanne abgelaufen ist.

Da über 90% der bezogenen Kapazität durch das erfindungsgemäße Schnelladeverfahren in weniger als 20 Minuten in die Zelle zurückgeführt werden kann, mag es sich empfehlen, den Ladevorgang dann abzubrechen, und die Zelle bzw. die Batterie wieder in Gebrauch zu nehmen. Es kann somit ein programmierter Ladezyklus vorgesehen werden, in dessen Verlauf die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte über einen vorbestimmten Zeitraum - beispielsweise einem Zeitraum von 10 Minuten - wiederholt Werden, worauf die Zelle aus dem Ladekreis herausgenommen wird. Wenn man jedoch eine voll geladene Zelle wünscht, werden die Schritte des Schnelladeverfahrens wiederholt, bis die Klemmenspannung der Zelle bzw. Batterie unter einer bestimmten Last eine den vollen oder nahezu vollen Ladezustand anzeigenden Wert annimmt. Das Batterieladegerät kann dann von Hand oder automatisch abgeschaltet oder von der Zelle bzw. der Batterie abgenommen werden.

Eine zur Ausführung des vorstehend erläuterten Verfahrens geeignete Schaltungsanordnung zum Schnelladen einer Zelle oder Batterie ist in Fig. 5 als Blockschaltbild dargestellt. Eine Gleichspannungsquelle 10, etwa in Form eines Gleichspannungsgenerators oder eines an einer Wechselspannungsquelle liegenden Gleichrichters, ist mit der zu ladenden Batterie 11 über einen Ladeschalter 12, einen Stromreg-

Sf !er 13 und einen Impulsschalter 14 verbunden. Der Siromregler 13 kann auch entfallen, so daß die Gleichspannungsquelle über den Ladeschalter direkt am Impulsschalter liegt. Mit der Battterie 11 ist unmittelbar ein Fühler 15 verbunden, der die Klemmen- spannung der Batterie während des Aufladens abfühlt. Der Batteriespannungsfühler 15 ist derart mit dem Impulsschalter 14 gekoppelt, daß dieser in Tätigkeit tritt, wenn die Klemmenspannung an der Batterie den kritischen Wert erreicht, über welchen in der Bat terie übermäßige Gasentwicklung auftreten kann. Auf diese Weise wird die Klemmenspannung als einer der drei sich während des Ladevorganges ändernden Batterie-Parameter aufgenommen und überwacht. Es kann jedoch auch der Innendruck oder die Tempera tür aufgenommen und zur Steuerung des Impulsschal ters 14 herangezogen werden.

Der Arbeits-Temperaturbereich der Schaltungsanordnung wird durch einen die Umgebungstemperatur

_A t

aufnehmenden Temperaturfühler 16 erweitert, der diejenige Spannung steuert, bei der der Batteriespannungsfühler 15 den Impulsschalter 14 betätigt. Der Temperaturfühler 16 wird bei höheren Temperaturen ein früheres Abschalten der Schaltungsanordnung dadurch bewirken, daß er den Batteriespannungsfühler 15 schon bei niedriger Klemmenspannung ansprechen läßt, während umgekehrt bei niedrigeren Temperaturen der Temperaturfühler 16 die Schaltungsanordnung langer laden lassen wird, indem er den Batteriespannungsfühler 15 erst bei höheren Spannungen ansprechen läßt.

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 5 besitzt ferner einen Lastschalter 17, der die Last 18 am Ende des Ladestromintervalles an die Batterie 11 anschließt, und zwar in Abhängigkeit vom Batteriespannungsfühler ta und dem Auftreten des kritischen Wertes der Klemmenspannung. Die Last 18 bewirkt eine Entladung der Batterie unter Depolarisation der Elektroden sowie des Elektrolyten.

Das Laden der Batterie 11 kann entweder nach einem vorgewählten Zeitabschnitt oder in Abhängigkeit von dem Ladungszustand der Batterie beendet werden. In Fi g. 5 sind drei verschiedene Wege zur Beendigung des Ladevorgangs dargestellt. Die erste Möglichkeit besteht in einem motorischen Zeitgeber 19, der auf den Ladeschalter 12 arbeitet. Der Zeitgeber kann manuell oder automatisch mit Beginn der Ladung in Betrieb gesetzt werden, der dann nach einem vorbestimmten Zeitabschnitt, beispielsweise K) Minuten, den Ladeschalter 12 automatisch öffnet und damit den Ladezyklus beendet.

Ferner kann der Ladezustand der Batterie 11 überwacht und der Ladestrom entweder manuell oder automatisch in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Ladezustand abgeschaltet werden. Eine Möglichkeit der Überwachung des Ladezustandes besteht in der Verwendung eines Laststromfühlers 20, der an die Last 18 angeschlossen ist und den durch die Last IS durchschnittlich fließenden Strom abfühlt.

Wie man insbesondere aus F i g. 3 entnimmt, bleibt der anfängliche Ladestrom während des ersten Ladestromintervalls für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten. Danach wird die kritische Klemmenspannung jeweils rascher erreicht und der Ladestrom wird demgemäß häufiger unterbrochen. Am Ende jedes Ladestromintervalls fließt der Entladestrom durch die Last 18, so daß an der Last 18 um so häufiger ein Entladestrom auftritt, je mehr sich die Batterie ihrem vollen Ladezustand nähert. Deshalb steigt auch der durch die Last fließende mittlere Strom, der vom Laststromfühler 20 festgestellt wird und bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes zu einem öffnen des Ladeschalters 12 führt, so daß der Ladezyklus dann unterbrochen wird.

Das Laden der Batterie kann jedoch auch durch Überwachen der Spannung an der Last während der Entladestromintervalle beendet werden. Zur Messung dieser Spannung ist ein Spannungswähler 21 an die Last 18 angeschlossen. Er spricht auf eine vorbestimmte Spannung an, die einen besonderen Ladezustand der Batterie 11 anzeigt. Zur Erläuterung hierzu zeigt Fig. 6 den Verlauf der Klemmenspannung über der Zeit in Sekunden, wenn der Zelle ein Laststrom von ISA und im zweiten Beispiel von 30 A entnommen wird. Da man weiß, daß die entladene Zelle eine Spannung von 0,7 V besitzt, die demzufolge nicht unterschritten werden darf, und die Zelle ohne Last eine Klemmenspannung von etwa 1,3 V hat, ermöglichen die in Fig. 6 dargestellten Kurven einen Rückschluß von der während eines bestimmten Entladestromes gemessenen Klemmenspannung auf den Ladezustand der Zelle.

Wenn somit bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 während des Entladungsstromintervalls der Batterie ein Entladestrom von 30 A entnommen wird, und der Spannungsfühler 21 auf die Spannung über der Last anspricht (die in direkter Beziehung zu der Klemmenspannung an der Batterie 11 steht), dann kann der Spannungsfühler 21 den Ladeschalter 12 öffnen, sobald eine bestimmte Klemmenspannung, beispielsweise 1,3 V bei einem Laststrom von 30 A,

¹S an der Batterie auftritt. Damit wäre angezeigt, daß die Batterie voll geladen ist.

Schließlich kann die den Ladevorgang beendende Schaltung auch temperaturabhängig gemacht werden, derart, daß die Batterie bei niedrigen Temperaturen auf eine höhere Spannung und bei hohen Temperaturen auf eine niedrigere Spannung aufgeladen wird, indem man einen Umgebungstemperaturfühler 22 verwendet, der an den Spannungsfühler 21 angeschlossen ist.

^a5 Ein ins einzelne gehendes Ausführungsbeispiel der in F i g. 5 dargestellten Schaltungsanordnung zeigt Fig. 7. Die Gleichspannungsquelle 10 ist an die Batterie 11 über einen Ladeschalter 12 angeschlossen, die im wesentlichen ein Unterbrecher mit einem beweglichen Kontakt 30 ist und auf einen durch die Wicklung 32 fließenden Strom bestimmter Größe anspricht. Die in Fig. 5 dargestellten Stromregler 13 und Zeitgeber 19 sind in Fig. 7 weggelassen worden.

Ein Impulssschalter und ein Spannungsfühler, die mit dem Impulsschalter 14 und dem Batteriespannungsfühler 15 in Fig. 5 vergleichbar sind, sind in Fig. 7 schematisch dargestellt. Der Batteriespannungsfühler weist Zenerdioden 33 und 34 sowie einen Widerstand 35 auf, welche in Reihe an die Klemmen der Batterie 11 angeschlossen sind. Der Impulsschalter besitzt eine Vierschichtschaltdiode 36, deren Steuerelektrode 36 α zwischen die Zenerdiode 34 und den Widerstand 35 gelegt ist, so daß er auf den Spannungsfühler anspricht. Im Schaltkreis des Impulsschalters liegt ferner eine Relaiswicklung W_B mit ihren vier Schaltkontakten B₁ bis B₄, von denen bei nicht erregtem Relais die Kontakte B₁ und B₃ offen und die Kontakte B₂ und B₄ geschlossen sind.

Eine weitere Relaiswicklung W_A des Impulsschalters besitzt einen Ruhekontakt A, und einen Arbeits-

• kontakt A₂. Der Arbeitskontakt A₂ der Relaiswicklung W_A entspricht dem Lastschalter 17 in Fi g. 5 und wird über die Vierschichtschaltdiode 36 sowie die Relaiswicklung W_B vom Batteriespannungsfühler gesteuert. Schließlich weist der Impulsschalter noch einen Kondensator 37 und eine Reihenschaltung au! einem Widerstand 38 und einem Potentiometer 3i auf, die zu dem Kondensator 37 parallel geschalte ist. Im ganzen liegen die genannten Schaltelement« über dem Relaiskontakt B₃ und die Relaiswicklunj W_n an der Vierschicht-Schaltdiode 36.

Ladestrom kann über die Klemmen X-X und dei Arbeitskontakt A_x zur Batterie 11 fließen. Währen< des Ladevorgangs steigt die Kleimneiispsnnung an sobald der kritische Wert erreicht ist, spricht der Im pulsschalter an und trennt die Batterie von de Gleichspannungsquelle auf folgende Weise:

309545/17

Der Batteriespannungsfühler in Form des Spannungsteilers aus den Zcnerdioden 33, 34 und dem Widerstand 35 ist so ausgelegt, daß die Zenerdioden öffnen, sobald die kritische Klemmenspannung der Batterie erreicht wird. Diese Spannung betrage beispielsweise 1,5 V. Beim Öffnen der Zenerdioden 33 und 34 tritt über dem Widerstand 35 eine Spannung auf, die auch an der Steuerelektrode 36-4 der Vierschichtschaltdiode 36 liegt. Die Schaltdiode 36 leitet, so daß Strom durch die Relaiswicklung W_B und die Diode 36 sowie über die Ruhekontakte A_x und Z?₄ und die Klemmen X-X fließt. Durch den Stromfluß in der Relaiswicklung W_B wird dieses Relais erregt und öffnet die Kontakte B₂ und B₄ und schließt die Kontakte B₁ und B₃. Durch das Schließen des Kontaktes B₁ wird die Relaiswicklung W_A direkt an die Klemmen X-X gelegt und das zugehörige Relais erregt. Dadurch öffnet der Kontakt A₁ und schließt der Kontakt A₇. Vor der Erregung der Relaiswicklung W_B lädt sich der Kondensator 37 über den Ruhekontakt B₂ auf. Nach dem Öffnen des Kontaktes B₂ und dem Schließen des Kontaktes B₃ entladt sich der Kondensator 37 über den Widerstand 38 und das Potentiometer 39, sowie ferner über die Relaiswicklung W_B und die Vierschichtschaltdiode 36, sowie ferner über die dazu parallel liegende Reihenschaltung aus den Zenerdioden 33, 34 und Widerstand 35. Durch eine entsprechende Einstellung des Widerstandswertes der Widerstände 38 und 39 ist die Entladungszeit für den Kondensator 37 einstellbar. Dementsprechend hängt die Zeitdauer, während der die Relaiswicklung W_B infolge der im Kondensator gespeicherten Ladung erregt bleibt, von der einstellbaren Entladungszeit des Kondensators 37 ab.

Wenn die Kontakte A_x, A₂ und B₄ umgelegt sind, entlädt sich die Batterie 11 über die Last 18. Da der Entladestrom für eine Nickel-Kadmium-Zelle etwa 30 A betragen kann und eine halbe Sekunde lang fließen kann, kann die Zeitkonstante für das Entladen des Kondensators 37 auf etwa eine halbe Sekunde eingestellt werden.

Beim Abfallen des Relais W_B schließen die Kontakte B₂ und B₄, während die Kontakte B₁ und B₃ wieder öffnen. Das Öffnen des Kontaktes B₁ läßt das Relais W_A abfallen, so daß der Kontakt A₁ schließt und der Kontakt A₂ öffnet. Hierdurch wird der Ladestrom wieder der Batterie zugeführt.

Die Größe des mittleren Stromes wird zur Beendigung des Ladevorganges mit Hilfe der Wicklung 32 des Ladeschalters überwacht, die in Reihe mit der Last 18 an der Batterie 11 liegt. Wenn die Ladestromintervalle kürzer werden und häufiger Strom durch die Last 18 fließt, steigt der mittlere Stromfluß durch die Last bis zu einem Punkt an, bei dem der Stromfluß durch die Wicklung 32 den Ladeschalter öffnet und damit den Stromfluß unterbricht. Der Wert des mittleren

¹S Laststromes, der den Ladeschalter auslöst, wird so gewählt, daß er einem gewünschten Ladezustand der Batterie entspricht.

Wenn die Batterie sich dem voll geladenen Zustand nähert, fließt der Ladestrom für immer kürzere Zeiträume. Die Länge des Ladestromintervalls nähert sich derjenigen des Entladestromintervalls. Wenn Ladestrom und Entladestrom gleiche Größe haben, werden sich die Lade- und Entladezeitintervalle nahezu entsprechen, so daß die während eines Ladeintervalles in die Batterie eingespeiste Energie im wesentlichen gleich der während eines Entladeintervalles von der Batterie entnommenen Energie ist. Falls beispielsweise eine Zelle mit 5 A geladen und mit 30 A für eine halbe Sekunde entladen wird, so würde das Lade-Stromintervall 3 Sekunden dauern, wenn die Batterie im wesentlichen voll geladen ist. Unter diesen Umständen würde bei voll geladener Batterie der mittlere Laststrom etwa 8,5 A betragen. Indem der Ladeschalter 12 so ausgelegt wird, daß er auf einen Strom von 8,5 A durch die Wicklung 32 anspricht, wird die Ladung der Zelle dann beendet. Diese Art der Ladebeendigung ist auf jede Zelle oder Batterie anwendbar, indem der Ladeschalter 12 auf einen vorbestimmten mittleren Laststrom ansprechend ausgelegt wird, dessen Größe von der Art der zu ladenden Batterie und der Größe von deren Lade- und Entladestrom abhängt.

Hierzu 2 Biati Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schnelladen einer elektrischen Batterie, bei der ein in Ladeintervallen zugeführter Ladestrom durch Entladeintervalle unterbrochen und die Batterie entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladestrom jeweils bei Erreichen eines bestimmten Wertes einer vom Ladezustand der Batterie abhängigen Kenngröße für ein kurzes Entladeintervall mit hohem Entladestrom unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des während der Ladeintervalle fließenden Ladestromes auf einem *5 Wert gehalten wird, der den einstündigen Lad^- nennstrom der Batterie übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestrom den Ladestrom wesentlich übersteigt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand durch Abtasten der Klemmspannung der Batterie erfaßt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ^a5 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand der Batterie durch Messen der Temperatur einer oder mehrerer Batteriezellen erfaßt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand durch Messen dcN Innendruckes einer oder mehrerer Batteriezellen erfaßt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Entladeintervalle mit zunehmender Ladezeit erhöht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Ladeintervalle mit steigender Frequenz verkürzt wird und daß der Quotient aus der Dauer eines Ladeintervaües und der Dauer eines darauf folgenden Entladeintervalles verringert, wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladezustand der Batterie überwacht und bei Erreichen eines bestimmten Ladezustandes der Ladevorgang beendet wird.

K). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß während des Entladevorganges der Mittelwert des Entladestromes erfaßt und der so Ladevorgang nach Erreichen eines vorbestimmten Wertes beendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die während jedes Ladeintervalles zugeführte und die während jedes Entladeintervalles abgezogene Energie erfaßt werden und daß der Ladevorgang beendet wird, sobald die Energien gleich groß sind.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmenspannung der Batterie unter Last erfaßt wird und daß der Ladevorgang beendet wird, sobald diese Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und

9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß di< ;iuf die Klemmenspannung, den Mittelwert des h-ntladestromes und/oder den Energieaustausch ansprechende Steuerung des Ladevorganges in Abhän

gigkeit von der Umgebungstemperatur erfolgt.

14. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (3; 14, 17; A₁^₁) zwischen einer Gleichspannungsquelle (1; 10) und der Batterie. (2; 11) angeordnet ist, welcher bei Betätigung durch einen an die Batterie angeschlossenen Fühler (4; IS; 33, 34) die Batterie von der Gleichspannungsquelle trennt und für einen bestimmten Zeitraum eine Last (18) an die Batterie legt.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler ein Klemmenspannungsfühler (15) ist.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fühler (15) ein Umgebungstemperaturfühler (16) derart angeschlossen ist, daß bei niedrigeren Temperaturen als der Batterie-Nenntemperatur der Schalter (14, 17) bei höheren Klemmenspannungen anspricht und umgekehrt.

17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schalter (14, 17) und der Gleichspannungsquelle (10) ein Ladeschalter (12) angeordnet ist, der durch einen motorischen Zeitgeber (19) zur Beendigung des Ladevorganges nach vorbestimmter Zeit geöffnet werden kann.

18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schalter (14, 17: A_x, A₁) und der Gleichspannungsquelle (10) ein Ladeschalter (12; 30) angeordnet ist, der durch einen an die Last (18) angeschlossenen Laststromfühler (20; 32) bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes des Laststromes zur Beendigung des Ladevorganges geöffnet werden kann.

19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüc'iie 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schalter (14, 17) und der Gleichspannungsquelle (10) ein Ladeschalter (12) angeordnet ist, der von einem an die Last (18) angeschlossenen Spannungsfühler (21) bei Erreichen einer vorbestimmten Batteriespannung unter Last zur Beendigung des Ladevorganges geöffnet werden kann.

20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spannungsfühler (21) ein weiterer Umgebungstemperaturfühler (22) angeschlossen ist.

21. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter einen von dem Fühler (IS) gesteuerten Impulsschalter (14) sowie einen Lastschalter (17) aufweist.

22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler mindestens eine an die Klemmen der Batterie (11) anschaltbare Zcnerdiode (33, 34) aufweist.

23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsschalter ein auf eine vorbestimmte Dauer des Entladestromintervalls einstellbares Zeitglied (37, 38, 39) sowie einen steuerbaren Halbleiter (36) aufweist, dessen Steuerelektrode (36 a) an den Fühler (33, 34) angeschlossen ist.

24. Schaltungsanordnung nach Anspruch 23. dadurch gekennzeichnet, daß mit dem steuerbaren

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Halbleiter (36) die Erregerwicklung W_a) eines Relais (W_B, B₁ bis B_A) in Reihe angeordnet ist, das beim Aufsteuern des Steuerbaien Halbleiters den Laststromschalter (W_A, ,1,, A₂) auslöst.

25. Schaltungsanordnung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Kondensator (37) sowie mindestens einen F.ntladewiderstand (38, 39) aufweisende ZeitgJied parallel ai; die Reihenschaltung aus der Erregerwicklung (W₈) und des steuerbaren Halbleiters anschließbar ist.