DE2400090A1

DE2400090A1 - Verfahren zum laden von akkumulatoren

Info

Publication number: DE2400090A1
Application number: DE2400090A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Knierim; Gerhard Schmitt
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1974-01-02
Publication date: 1975-07-10
Also published as: DE2400090B2; AT337312B; DE2400090C3; CA1026427A; SE7414233L; FR2256552B3; NL7416697A; US3938019A; YU351874A; RO72627A; SE391085B; BG24825A3; SU528047A3; ATA844274A; BR7410706D0; FR2256552A1; GB1474137A

Description

Reg.-Nr. 6 PP236 Du? 6233 Kelkheim, den 17. Dez. 1973

EAP-Fri/Ar

VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover, Stöckener Str. 351

Verfahren zum Laden von Akkumulatoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden von Akkumulatoren, wobei bei Erreichung einer vorbestimmten Akkumulatorenspannung die Starkladephase abgeschaltet und auf die Impulsladephase umgeschaltet wird. "

Es ist bereits ein Batterieladegerät bekannt, bei dem bei Annäherung an die Volladungsspannung der Batterie der von der Grleichrichterschaltung erzeugte Gleichstrom ständig an- und abgeschaltet" wird in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie. Bei diesem Ladegerät sind zwei Kippschaltungen vorgesehen, von denen die eine die obere Spannungsbegrenzung beim Batterieladen, die zweite die untere Spannungsbegrenzung beim Entladen übernehmen. Ein solches Ladegerät bringt nur eine .geringfügige Verkürzung der Ladezeit (OS 158854-0).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Laden von Akkumulatoren zu entwickeln, das es ermöglicht, Akkumulatoren innerhalb sehr kurzer Zeit aufzuladen, ohne daß ein nennenswerter Wasserverlust in Kauf genommen werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Starkladephase mit Konstantstrom geladen und bei Erreichen eines vorgegebenen Batteriespannungswertes mit Konstantstrom-Impulsen weitergeladen wird und daß während der Impulsladephase bei Erreichen dieses Spannungswertes eine vorgegebene Nachladezeit eingestellt wird, nach deren Ablauf der Ladeimpuls abgeschaltet wird, daß in den Ladeimpulspausen während

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einer vorgegebenen Meßzeit die Batterieruhespannung abgefragt und mit einer Referenzspannung verglichen wird und daß die Konstantstrom-Impulsladephase abgeschaltet wird, wenn die Batterieruhespannung während der Meßzeit die Referenzspannung nicht mehr unterschreitet.

Bei einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe eines an den Akkumulator angeschlossenen Schmitt-Triggers bei Erreichen eines vorgegebenen Spannungswertes die Nachladezeit über die positive TJmschaltflanke des Ausgangssignals des Schmitt-Triggers eingeschaltet. Nach Ablauf der Nachladezeit wird der Ladeimpuls abgeschaltet, und bei Absinken der Ruhespannung des Akkumulators auf den unteren Grenzwert des Schmitt-Triggers schaltet dieser durch, und über die negative Fmsehaltflanke des Ausgangssignals des Schmitt-Triggers werden die Pausenzeit und die Meßzeit eingeschaltet, wobei während der Meßzeit über einen zweiten mit dem Akkumulator verbundenen Schmitt-Trigger die Ruhespannung des Akkumulators mit der durch den unteren Grenzwert des zweiten Schmitt-Triggers gebildeten Referenzspannung verglichen wird und dessen Ausgangssignal den nächsten Ladeimpuls vorbereitet.

Im folgenden wird anhand der Figuren 1 bis 4 das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

In Figur 1 ist der Spannungsverlauf einer Batterie über der Zeit bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt,

Aus der Figur 2a bzw. 2b ist die Batteriespannung über der Zeit zu Beginn der zweiten Ladephase bzw. zu Ende der zweiten Ladephase aufgezeichnet.

In Figur 3 ist der Spannungsverlauf in den Ladepausen aufgezeichnet, während in Figur 4 das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes näher dargestellt ist.

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Die Ladung "besteht aus zwei Ladephasen, der Starkladephase und der Impulsladephase (!Figur 1). Während der Starkladephase wird die Batterie mit einem Konstantstrom von z.B. 100 A geladen, Isis die Batteriespannung Punkt G erreicht hat. Die Batteriespannung besitzt hier den Wert U^. Nun wird "beispielsweise elektronisch auf die Impulsladephase umgeschaltet. Bei dieser Phase wird erfindungsgemäß mit Konstantstrom-Ladeimpulsen Ton z.B. 100 A geladen. Bis zum Erreichen des Volladezustandes steigt die Batteriespannung während der Ladezeit frei, in den Ladepausen entsprechend Figur 3 von Punkt A nach Punkt B an. Gemäß den Figuren 2a und 2b steigt die Batteriespannung bei den Ladeimpulsen an und erreicht U 1 im Punkt D; während der nun folgenden Nachladezeit ti kann die Batteriespannung frei ansteigen. Diese Nachladezeit ti hat eine erhebliche Verkürzung der Gesamtladezeit zur Folge. Die optimale Einstellung der Nachladezeit wird zweckmäßigerweise an jeden Batterietyp angepaßt. Die Nachladezeit ti ist u.a. vom inneren Widerstand des betreffenden Akkumulators abhängig. Als sehr günstig hat sich eine Zeit von 0,5 bis 3 see. bewährt. Wird für die Nachladezeit ein innerhalb dieses Bereiches liegender Wert gewählt, so bleibt der Wasserverlust innerhalb vertretbarer Grenzen, während eine Verkürzung der Ladezeit von etwa 30 fo gegenüber herkömmlichen Verfahren auftritt. Zu Beginn der Impulsladung fällt die Batteriespannung in den Ladepausen t2 während der Meßzeit t3 deutlich unter XJ 3 ab (Punkt A in Figuren 2a, 2b). Durch den Anstieg der Säuredichte mit zunehmender Ladezeit steigt auch die Ruhespannung der Batterie in den Ladepausen t2 an und unterschreitet im Punkt B (Figuren 1 und 2) während der Meßzeit t3 die Referenzspannung ü 3 nicht mehr. In diesem Fall wird der Ladestrom erfindungsgemäß unterbrochen.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Ladesteuerung ergibt sich aus dem in Figur 4 dargestellten Blockschaltbild.

lach Anlegen der Batteriespannung an die Steuereinheit und Drücken der Taste I beginnt die Batterieladung« Die Steuerung

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des mit den Batterieklemmen verbundenen Leistungsteils LT erfolgt über das Steuerungsteil STL. Die Batterie spannung steigt bis zum Erreichen des oberen Grenzwertes von Schmitt-Trigger ST1, er-schaltet, und es erscheint positives Potential an seinem Ausgang. Mit der positiven Umsehaltflanke wird die Nachladezeit eingeschaltet, die Batteriespannung steigt in dieser Zeit weiter an. Bei Ablauf der Nachladezeit wird die Ladung unterbrochen, die Batteriespannung sinkt ab.

Bei Erreichen des unteren G-renawertes von Schmitt-Trigger ST1 schaltet dieser an seinem Ausgang nach Minus. Die negative Umschaltflanke steuert die Pausen- sowie die Meßzeit an, wobei die Meßzeit beispielsweise ca 66 $ der Pausenzeit betragen kann. Wird während der Meßzeit die aus Schmitt-Trigger ST2 gebildete Referenzspannung unterschritten, schaltet die Ladung nach Ablauf der Pausenzeit wieder ein.

Im Volladezustand der Batterie wird die Referenzspannung von Schmitt-Trigger ST2 während der Meßzeit von der Batteriespannung nicht mehr unterschritten, wodurch nach Ablauf der Pausenzeit die Batterieladung automatisch abgeschaltet wird.

Um ein sicheres Volladen der Batterie zu gewährleisten, werden erfindungsgemäß mit einer Meßimpulssperre SP die ersten vier Meßzeiten nach Beendigung der Starkladephase gesperrt, da in dieser Zeit die Batteriespannung infolge elektrolytischer Ausgleichsvorgange einen anderen zeitlichen Verlauf nach Abschalten des Ladestromes annimmt, als bei der weiteren Pulsladung .

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei geeigneter Wahl der Nachladezeit eine Ladezeitverkürzung gegenüber herkömmlichen Verfahren von etwa 30 j& erreichen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Laden von Akkumulatoren, wobei bei Erreichung einer vorbestimmten Akkumulatorenspannung die Starkladephase abgeschaltet und auf die Impulsladephase umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Starkladephase mit Konstantstrom geladen und bei Erreichen eines vorgegebenen Batteriespannungswertes (U 1) mit Konstantstrom-Impulsen weitergeladen wird, und daß während der Impulsladephase bei Erreichen dieses Spannungswertes (U 1) eine vorgegebene Nachladezeit (ti) eingestellt wird, nach deren Ablauf der Ladeimpuls abgeschaltet wird, daß in den Ladeimpulspausen (t2) während einer vorgegebenen Meßzeit (t3) die Batterieruhespannung abgefragt und mit einer Referenzspannung (U 3) verglichen wird,und daß die Konstantstrom-Impulsladephase abgeschaltet wird, wenn die Batterieruhespannung während der Meßzeit (t3) die Referenzspannung (U 3) nicht mehr unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines an den Akkumulator angeschlossenen Schmitt-Triggers (ST 1) bei Erreichen des vorgegebenen Spannungswertes (U 1) die Nachladezeit (t 1) über die positive Umschaltflanke des Ausgangssignals des Schmitt-Triggers (ST1) eingeschaltet wird, daß nach Ablauf der Nachladezeit (ti) der Ladeimpuls>abgeschaltet wird,und daß bei Erreichen seines unteren Grenzwertes der Schmitt-Trigger (ST1) umschaltet,und daß über die negative Umschaltflanke des Ausgangssignals des Schmitt-Triggers (ST1) die Pausenzeit (t2) und die Meßzeit (t3) eingeschaltet v/erden, daß während der Meßzeit (t3) über einen zweiten mit dem Akkumulator verbundenen Schmitt-Trigger (ST2) die Ruhe spannung des Akkumulators mit der durch den unteren Grenzwert des Schmitt-Triggers (ST2) gebildeten Referenzspannung (U3)

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verglichen wird und daß dessen Ausgangssignal den nächsten Ladeimpuls einschaltet. - .·-"-.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Meßimpulssperre (SP) die ersten vier Meßzeiten (t3) nach Beendigung der Starkladephase gesperrt werden.

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