DE2850489C3

DE2850489C3 - Vorrichtung zur Überwachung oder Steuerung des Betriebs wiederaufladbarer Akkumulatoren

Info

Publication number: DE2850489C3
Application number: DE2850489A
Authority: DE
Inventors: Martin G. Brookfield Conn. Klein
Original assignee: Energy Research Corp
Current assignee: Fuelcell Energy Inc
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1982-03-25
Also published as: GB2008341B; DE2850489B2; JPS5942538B2; FR2409607B1; JPS5482041A; GB2008341A; DE2850489A1; FR2409607A1; US4207514A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung oder Steuerung des Betriebs wiederaufladbarer Akkumulatoren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DE-AS 12 61 206 oder der US-PS 37 35 234 ist es bekannt, im Zusammenhang mit der Überwachung des Betriebs wiederaufladbarer Akkumulatoren einen zweiten wiederaufladbaren Kontrollakkumulator zu verwenden, wobei sich die meßbaren elektrischen Größen proportional verhalten.

Bei Metail-Gasakkumulatoren kann der Ladungszustand mit Hilfe des Gasdrucks angezeigt werden, der direkt den Ladungszustand widerspiegelt Solche Metall-Gasakkumulatoren sind jedoch als Energiequelle für elektrisch betriebene Fahrzeuge ungeeignet. Bei Fahrzeugantrieben mit wiederaufladbaren Akkumulatoren besteht das zunehmende Bedürfnis als Äquivalent zur üblichen Kraftstoffanzeige bei einem mit einer Brennkraftmaschine btriebenen Fahrzeug eine Anzeigemöglichkeit auch bei elektrischen Fahrzeugantrieben zu schaffen, die eine Sichtanzeige zur Bemessung der Reichweite des Fahrzeugs gestattet. Ferner soll zur Verbesserung der Lebensdauer solcher wiederaufladbarer Akkumulatoren eine starke Überladung oder eine übermäßige Entladung der Akkumulatoren vermieden werden.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Überwachung oder Steuerung des Betriebs wiederaufladbarer Akkumulatoren zu schaffen, mit der der Ladungszustand sowohl während des Ladevorgangs, als auch während des Entladevorgangs zuverlässig überwacht, gesteuert und angezeigt werden kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird sowohl die Richtung, als auch die Stärke des Klemmenstroms eines zu überwachenden wiederaufladbaren Akkumulators mit Hilfe des Fühlers erfaßt, um die Richtung und die Stärke des Klemmenstroms des zweiten wiederaufladbaren Kontrollakkumulators sowohl während des Lade- a's auch des Entladevorgangs des zu überwachenden wiederaufladbaren Akkumulators so zu steuern, daß der Klemmenstrom des Kontrollakkumulators zu jedem Zeitpunkt eine Bestimmung des Ladungszustands des zu überwachenden wiederaufladbaren Akkumulators und zur Anzeige des Ladungszustands dient. Da der Kontrollakkumulator eine Metall-Gaszelle ist, kann der Druck des im Kontrollakkumulator erzeugten Gases direkt zur Anzeige des Ladungszustandes oder zur Betätigung von auf Druck ansprechenden Schaltern verwendet werden, die in der Steuereinrichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sind.

Bei der Auslegung der Vorrichtung nach Anspruch 2 ist eine eigene Stromversorgungseinrichtung für die Steuereinrichtung vorgesehen, so daß die Vorrichtung zur Überwachung mit der Steuereinrichtung im wesentlichen unabhängig von dem zu überwachenden wiederaufladbaren Akkumulator betrieben werden kann.

• Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung elektrochemisch eine solche Übereinstimmung von zu überwachendem wiederaufladbaren Akkumulator und Kontrollakkumulator vorhanden, daß die Korrelation der einander entsprechenden Ladungszustände besser wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher

erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung oder Steuerung des Betriebs wiederaufladbarer Akkumulatoren,

Fig.2 eine elektrische Schaltung einer ersten Ausführungsform einer Steuereinrichtung für den Kontroliakkumulator bei der Vorrichtung nach F i g. 1 und

F i g. 3 eine alternative Ausführungsform einer elektrischen Schaltung einer Steuereinrichtung für den ι ο Kontrollakkumulator nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein erster wiederaufladbarer Akkumulator 10 mit einer an Masse angeschlossenen Elektrode 10a und einer mit einer Leitung 12 verbundenen Elektrode 10b gezeigt. Bei dem ersten Akkumulator 10 handelt es sich um eine Sekundärbatterie, d. h. eine wiederaufladbare Batterie. Ein solcher Akkumulator ist iypischerweise ein Bleisäure- oder Nickelzinkakkumulator. Ein L/C-Fühler 14 (Last/Ladungs Fühler) ist in Reihe mit der Leitung 12 und einer Leitung 16 geschaltet. Von dem L/C-Fühler 14 gehen Ausgangsleitungen 18 und 20 ab. Bei einer Anordnung zur Messung des momentanen Batterielade- oder Entladestromes besteht der L/C-Fühler 14 aus einem Reihenwiderstand (Überbrückungswiderstand), wobei die Ausgangsleitung 18 mit dem der Leitung 12 nahen Ende und die Ausgangsleitung 20 mit dem der Leitung 16 nahen Ende des Widerstandes verbunden ist. Dieser Widerstand liefert über die Amplitude und die relative Richtung der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsleitungen 18 und 20 eine Anzeige für Richtung und Größe des Klemmenstromes des Hauptakkumulators (d. h. des Stromes, der von der Elektrode 106 zur Elektrode 10a bzw. umgekehrt fließt). Ein in Reihe zwischen die Leitungen 18 und 20 geschaltetes Amperemeter kann so J5 den momentanen Lade- oder Entladestrom und seine Größe anzeigen.

Nach Fig. 1 sind die Ausgangsleitungen 18 und 20 leitend mit einer L/C-Steuereinrichtung 22 für einen zweiten Kontrollakkumulator 26 verbunden. Die Schaltungen der Steuereinrichtung 22 werden anhand der Fig.2 und 3 näher erläutert. Im Betrieb nimmt die L/C-Steuereinrichtung 22 in Abhängigkeit der Richtung der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsleitungen 18 und 20 einen Laststrom aus einer Leitung 24 auf bzw. speist einen Ladestrom in die Leitung 24 ein, wobei die Größe dieses Last/Ladestromes durch die L/C-Steuereiniichtung 22 entsprechend der Amplitude der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangsleitungen 18 und 20 eingestellt wird. Der L/C-Fühler 14 liefert eine Änderung der Differenzspannung zwischen den Ausgangsleitungen 18 und 20, die proportional der Änderung in dem Klemmenstrom des erster. Akkumulators 10 ist. Die L/C-Steuereinrichtung 22 ist so ausgebildet, daß sie eine Änderung des Stromes auf der Leitung 24 bewirkt, die proportional der Differenzspannung zwischen den Ausgangsleitungen 18 und 20 ist.

Der Kontrollakkumulaior 26 besitzt eine Elektrode 26a, die mit der Leitung 24 verbunden ist, und eine Elektrode 26b, die an Masse angeschlossen ist. Der Kontrollakkumulator 26 ist eine Metall-Gaszelle, die aus einer herkömmlichen festen Elektrode und einer Gasgegenelektrode besteht. Elektrodenpaarungen umfassen beispielsweise Bleioxid/Wasserstoff, Nickeloxid/ Wasserstoff, Silberoxid/Wasserstoff, Zink/Sauerstoff, Kadmium/Sauerstoff und Blei/Sauerstoff. Bei Verwendung eines Nickeloxid/Wasserstoff-Elektrodenpaares wird während des Aufladens der Zelle die Nickelelektrode zu Nickelhydroxid umgewandelt, wobei Gas an der Wasserstoffelektrode entsteht. Die Zelle ist in einem geschlossenen Behälter untergebracht und die Menge des in der Zelle entstandenen Gases ist proportional der Amperestundenzahl des durch die Zelle geflossenen Stromes. Der Gasdruck innerhalb der Metall-Gaszelle wächst und fällt linear in Abhängigkeit der Amperestunden des Ladestromes bzw. Entladestromes und gibt somit den Ladungszustand der Zelle zuverlässig an.

Wenn als Kontrollakkumulator 26 eine solche Metall-Gaszelle verwendet wird ist die Leitung 28 eine Druckleitung, die sich von dem Kontrollakkumulator 26 zu einem S/C-Wandler 30 (Ladungszustandswandler) erstreckt, der zweckmäßigerweise ein herkömmlicher Druckwandler oder Manometer ist und über eine Leitung 34 eine optisch oder auf andere Weise wahrnehmbare Anzeige an einer Anzeigeeinrichtung 32 liefert.

Das Ausgangssignal des S/C-Wandlers 30 läßt sich auch über eine Leitung 36 einem L/C-Schalter 38 (Last/Ladungsschalter) zuführen, der in Abhängigkeit dieses Signals die Leitung 16 entweder mit einer Leitung 40 oder einer Leitung 42 verbindet, je nachdem, ob der erste Akkumulator 10 mit einem Verbraucher 44 verbunden oder von einer Ladungsquelle 46 her aufgeladen werden soll.

Bei Beirieb der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung fließt bei.n Entladen des ersten Akkumulators 10 aus seinem geladenen Zustand der Klemmenstrom des ersten Akkumulators 10 über den L/C-Fühler 14 und den L/C-Schalter 38 zum Verbraucher 44. Aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 18 und 20 erhält die L/C-Steuereinrichtung 22 einen Klemmenstrom vom Kontrollakkumulator 26 über die Leitung 24, so daß der Kontrollakkumulator 26 proportional zu der Entladung des ersten Akkumulators 10 entladen wird. Bei einem vorbestimmten Niederdrucksignal auf der Leitung 28 betätigt der S/C-Wandler 30 den L/C-Schalter 38, um die Entladung des ersten Akkumulators 10 zu unterbrechen, d.h., die Leitungen 16 und 40 zu unterbrechen und die Leitungen 16 und 42 miteinander zu verbinden. Wie später noch erläutert werden wird, ist die Vorrichtung auch von Hand umschaltbar, wobei der L/C-Schalter 38 von Hand aufgrund der Anzeige umgeschaltet wird, die an der Ladungszustandsanzeigeeinrichtung 32 erscheint. Während des Wiederaufladens des ersten Akkumulators 10 im automatischen Betrieb kehrt sich der oben beschriebene Vorgang selbsttätig wieder um unter Steuerung des L/C-Fühlers 14 und der L/C-Steuereinrichtung 22. So nimmt die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 18 und 20 ein Vorzeichen an, das demjenigen während des Entladevorganges entgegengesetzt ist. Die L/C-Steuereinrichtung 22 spricht auf diesen Vorzeichenwechsel an, um die Belastung des Kontrollakkumulators 26 zu unterbrechen und dem Kontrollakkumulator 26 nun einen Ladestrom zuzuführen, der zweckmäßigerweise von einer gesonderten Stromversorgungseinrichtung geliefert wird, so daß der Ladestrom für den Kontrollakkumulator 26 auf der Leitung 24 unabhängig von dem von der Energiequelle 46 zum ersten Akkumulator 10 fließenden Ladestrom aber proportional zu diesem ist. Wie durch die in F i g. 1 zwischen dem ersten Akkumulator 10 und der L/C-Steuereinrichtung 22 verlaufende gestrichelte Linie angedeutet ist, ist die L/C-Steuereinrichtung 22 auch von dem ersten Akkumulator her versorgbar. Der Zellenstrom des Kontrollakkumulators 26. d. h. der

zwischen den Elektroden 26a und 26b fließende Strom, wird somit in seiner Richtung an den Klemmenstrom des ersten Akkumulators 10 angepaßt und ist in seiner Größe dem Klemmenstrom des ersten Akkumulators 10 proportional. ϊ

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der in F i g. 1 allgemein dargestellten L/C-Steuereinrichtung 22 für den automatischen Betrieb dargestellt. Man erkennt einen Verstärker A 1, der als Leistungsoperationsverstärker geschaltet ist und beispielsweise einen Strom m mit einer Stärke von mehr als einem Ampere bei einer Spannung von plus und minus 12 Volt liefert. Die Leitung 20 ist mit einem ersten Eingang des Verstärkers A 1 über einen Widerstand R 1 verbunden. Die Leitung 18 ist mit einem zweiten Eingang des Verstärkers Ai \ über Scricnwidcrstände R 2 und R 3 verbunden, wobei der Serienwiderstand R 2 für weiter unten noch zu erläuternde Zwecke einstellbar ist. Rückkopplungswiderstände RA und R 5 liefern eine Rückkopplung der Spannungsverstärkung zu der Verstärkerausgangsklemme T. Zwischen die Verstärkerausgangsklemme T und die Ausgangsleitung 24 der L/C-Steuereinrichtung 22 ist ein Lastwiderstand R 6 geschaltet. Die Betriebsspannung für den Verstärker A 1 und der Ladestrom auf der Leitung 24 für das Aufladen des Kontrollakkumula- τ-, tors 26 werden von einer eigenen Spannungsversorgung geliefert, welche einen Transformator Ti aufweist. Dessen Primärwicklung ist mit einer Wechselstromquelle verbunden, während seine Sekundärwicklung in der dargestellten Weise mit Dioden Di bis DA und Kondensatoren Cl und C2 verbunden ist. Über eine Leitung 48 wird dem Verstärker A 1 eine positive Gleichspannung einerseits direkt über die Leitung 50 und andererseits über einen Widerstand R 7 zugeführt. Eine negative Gleichspannung wird dem Verstärker Al über die Leitung 52 und direkt über die Leitung 54 sowie über einen Widerstand RS zugeführt. Zwischen die Verstärkerausgangsklemme Fund eine Leitung 56 ist ein Kondensator C3 geschaltet.

Das Eingangsende der Leitung 18 (Widerstand R 3) 4(1 ist mit dem Anschluß 6 des Verstärkers verbunden. Die Leitung 54 ist mit dem Anschluß 7 verbunden und der Widerstand RS zwischen die Anschlüsse 7 und 8 geschaltet. Die Leitung 50 ist mit dem Anschluß 2 verbunden und der Widerstand ff 7 zwischen die Anschlüsse 1 und 2 geschaltet. Die Leitung 56 ist mit dem Anschluß 4 verbunden. Die Ausgangsklemme T wird vom Gehäuse des Verstärkers gebildet.

Bei einer von dem L/C-Fühler 14 gemäß Fig. 1 gelieferten Ausgangsspannung im Bereich von 0—100 Millivolt über den vollständigen Bereich der Ladungs-'jnd Έ.ΐ\¹Λζύ\ΐΡ.^σ^νον^σ2Ρ.^σζ beträgt der Widcrstendswcrt für den Widerstand ff I IO Kiloohm, für den Widerstand R 2 5 Kiloohm und für den Widerstand R 3 8 Kiloohm. Die Widerstände RA und ff 5 haben jeweils einen Widerstandswert von 100 Kiloohm. Der Widerstandswert der Widerstände ff 7 und ff 8 beträgt jeweils 0,5 Ohm und der Widerstandswert für den Widerstand ff 6 I Ohm. Die Kondensatoren Cl und C2 haben jeweils eine Kapazität von 220 Mikrofarad und der Kondensator C3 eine Kapazität von 3000 Picofarad. Die Primärwicklung des Transformators Ti wird mit Netzspannung (115 Volt Wechselstrom) gespeist. Mit den vorstehend genannten Werten führt die Leitung 48 eine Gleichspannung von +6 V und die Leitung 52 eine Gleichspannung von —6 V.

Bei der Verwendung der Ausführungsform gemäß F i g. 2 wird der Widerstand ff 2 eingestellt, während der Klemmenstrom des ersten Akkumulators 10 Null ist, d. h., wenn die Differenzspannung zwischen den Leitungen 18 und 20 verschwindet, so daß die Ausgangsspannung an der Verstärkerklemme T verschwindet. Wenn danach die Leitung 20 gegenüber der Leitung 18 positiv geladen wird, d. h. während des Aufladens des ersten Akkumulators 10, arbeitet die Schaltung in der Weise, daß sie eine positive Spannung auf der Leitung 24 erzeugt und somit einen Ladestrom zu dem Kontrollakkumulator 26 liefert, der in seiner Größe der positiven Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 20 und 18 proportional ist. Wenn umgekehrt die Leitung 18 relativ zur Leitung 20 positiv wird, wie dies der Fall beim Entladen des ersten Akkumulators 10 ist, liefert die Schaltung gemäß Fig. 2 eine negative Spannung auf der Leitung 24, wodurch ein Strom aus dem Kontrollakkumulator abfließt und in dem Widerstand R 6 verbraucht wird. Dieser Entladestrom ist in seiner Größe der positiven Spannungsdifferenz zwisehen den Leitungen 18 und 20 proportional. Wie man erkennt, besitzt der Verstärker A 1 zweckmäßigerweise eine sehr hohe Eingangsimpedanz, so daß er praktisch den auf der Leitung 24 fließenden Strom gegenüber dem Klemmenstrom des ersten Akkumulators 10 isoliert. Wie man aus der in F i g. 2 dargestellten Stromversorgungsschaltung erkennt, ist somit der auf der Leitung 24 fließende Strom getrennt von dem Klemmenstrom des ersten Akkumulators 10.

In Fig. 3 ist eine L/C-Steuereinrichtung 22 für Handbetrieb dargestellt, die zwei Schalter 51 und 52 umfaßt, die untereinander für eine gemeinsame Betätigung verbunden sind. Die Schalter S1 und S 2 sind mit den Leitungen 18 und 20 bzw. den Elektroden 26a und 26i> des Kontrollakkumulators 26 verbunden. Bei dieser Auslegung der Steuereinrichtung 22 ist die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung in der Weise modifiziert, daß die Leitung 24 über den Schalter 52 mit dem Kontrollakkumulator 26 verbunden ist und daß die Elektrode 26b von Masse getrennt ist. Der Verstärker A 2 wird über eine Leitung 58 mit einer unipolaren (positiven) Gleichspannung versorgt. Leitung 60 ist mit Masse verbunden. In die Leitung 62 wird ebenfalls eine solche unipolare Gleichspannung eingespeist. Die einer Zenerdiode Zi zugeführte Verstärkerausgangsspannung hat somit nur Änderungen von Null zu einer positiven Gleichspannung in einer Richtung. Beim Zenerdurchbruch der Zenerdiode Zi fließt ein Strom über einen Widerstand R 14 zur Basis eines Transistors Q 1. Der Transistor Q1 seinerseits liefert einen Strom an die Basis des Transistors Q 2. Der Transistor Q 2 ist als Emitterfolger geschaltet und liefert einen Strom über einen Widerstand ff 13 zum Schalter 52. Fine Rückkopplung erfolgt über Widerstände All und R 12.

Wenn sich die Schalter 51 und 52 in der in Fig. 3 dargestellten Stellung befinden, wird der erste Akkumulator 10 entladen. Die Potentialdifferenz zwischen den Leitungen 18 und 20 (Leitung 20 ist positiv relativ zur Leitung 18) steuert die Ausgangsspannung des Verstärkers Λ 2 in der Weise, daß ein umgekehrter Strom durch den Kontrollakkumulator 26 fließt, d. h„ der Schalter 5 2 verbindet die Elektrode 26a mit der Masse und die Elektrode 26b mit der positiven Spannung, die von der Schaltung auf der Leitung 24 zugeführt wird. Wenn sich dagegen die Schalter 51 und 52 in der zu der dargestellten Stellung entgegengesetzten Stellung befinden, werden die Verbindungen der Leitungen 18 und 20 mit dem Verstärker A 2 umgedreht und die Elektrode 26b der Kontrollzelle 26 wird geerdet Die in F i g. 3

dargestellte Schaltung arbeitet nun in der Weise, daß eine positive Spannung an der Elektrode 26a anliegt und folglich ein Ladestrom zum Kontrollakkumulator 26 fließt. In beiden Stellungen der Schalter Sl und 52 ist der Klemmenstrom des Kontrollakkumulators 26 proportional der Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 18 und 20.

Bei der Realisierung der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform der L/C-Steuereinrichtung 22 wird ein üblicher Verstärker A 2 verwendet. Als Zenerdiode Z\ wird eine 43-Volt-Zenerdiode verwendet. Als Transistoren <? 1 und <?2 werden übliche Transistoren verwendet. Die Widerstände /?9 bis R 14 haben die Werte 10 Kiloohm, 10 Kiloohm, 100 Kiloohm, 100 Kiloohm, 1 Ohm bzw. 1 Kiloohm. Für eine derartige Schaltung ist die unipolare Spannung eine positive Gleichspannung von 12 Volt. Der Anschluß 6 des Verstärkers A 2 ist mit der Zenerdiode Zl verbunden. Der Anschluß 2 ist mit dem Widerstand /?9, der Anschluß 3 mit dem Widerstand R 10, der Anschluß 7 mit der Leitung 58 und der Anschluß 4 mit der Masse verbunden.

Eine erhöhte Zuverlässigkeit in der Korrelation des Ladungszustandes des Kontrollakkumulators mit dem Ladungszustand des ersten Akkumulators wird insbesondere dann erreicht, wenn elektrochemische Gemeinsamkeiten zwischen den beiden Zellen bestehen. Entsprechend werden Kontrollakkumulator und erster Akkumulator beispielsweise dadurch in Übereinstimmung gebracht, daß derselbe Typ von Festelektrode zur Steuerung jedes der Akkumulatoren verwendet wird. Wenn es sich bei dem ersten Akkumulator um einen Bleisäure-Akkumulator handelt und eine Metall-Gaszelle als Kontrollakkumulator oder Coulometer verwendet wird, so wäre beispielsweise eine Bleioxid/Wasserstoff-Paarung geeignet, um zu erreichen, daß eine Elektrode der Metall-Gas-Zelle und eine Elektrode des ersten Akkumulators eine gemeinsame elektrochemisch konvertierbare Komponente aufweisen. Für einen ersten Akkumulator mit einem Nickel-Zink-System ist beispielsweise ein Metallgas-Coulometer mit einer Nickel-Wasserstoff-Paarung verwendbar. Der Kontrollakkumulator stimmt auf die folgende Weise mit dem ersten Akkumulator überein.

Wenn der erste Akkumulator überladen wird, wird keine weitere Ladungsmenge in dem Akkumulator gespeichert. Ähnlich gilt, wenn ein Metall-Gas-Akkumulator überladen wird, daß das Gas intern rekombiniert und daß der Gasdruck konstant bleibt.

Bei einer Aufbewahrung in feuchter Umgebung zeigen die meisten Akkumulatoren eine Selbstentladung (Verlust an gespeicherter Ladung) aufgrund der Korrosion oder des Zerfalles des aktiven Materials. Dieser Prozeß würde annähernd mit der gleichen Geschwindigkeit in einer passenden Metall-Gas-Zelle ablaufen und durch einen Abfall des Zelldruckes angezeigt.

Während des normalen Ladevorganges wird ein Teil des Stromes nicht zur Erzeugung aktiven Materials verwendet und erhöht daher nicht den Ladungszustand der Elektroden. Der gleiche Prozeß existiert in dem Metall-Gas-Coulometer und würde durch die Geschwindigkeit des Druckanstieges angezeigt.

Wenn der erste Akkumulator 26 zu weit entladen oder gar umgekehrt wird, ist keine verwendbare Ladung mehr entnehmbar. Dies würde auch in dem Gas-Coulometer angezeigt werden. Wenn die Metallelektrode in einer Metall-Gas-Zelle verbraucht ist, bleibt der Druck konstant, selbst wenn die Zelle umgedreht wird.

Allgemein gilt, daß bei einem zyklischen Laden und Entladen von Akkumulatoren ein Teil des aktiven Materials verlorengeht oder deaktiviert wird in Abhängigkeit der Anzahl der Zyklen. Dies führt zu einem Leistungsabfall. Abhängig von dem exakten Vorgang bei dem Abfall kann dies ebenfalls durch die Menge des Gases verfolgt werden, das in der entsprechenden Metall-Gas-Zelle erzeugt wird.

Alle Akkumulatoren geben eine geringere Leistung bei hoher Entladegeschwindigkeit und/oder niedrigen Betriebstemperaturen ab. Dies ergibt sich aus geschwindigkeitsbegrenzenden Vorgängen innerhalb des Akkumulators, welche die Verwendung eines Teiles des aktiven Materials des Akkumulators begrenzen. Das Metall-Gas-Coulometer würde Leistungsgrenzen bei hohen Entladegeschwindigkeiten oder niedrigen Betriebstemperaturen nicht anzeigen, da die Metall-Gas-ZeIIe mehr eine direkte Anzeige für die Menge des geladenen aktiven Materials in den Akkumulatorelektroden liefert als die elektrochemische Verfügbarkeit dieses aktiven Materials für eine Entladung. Folglich sollten der erste Akkumulator und das Metall-Gas-Coulometer in ihrer Größe und ihrem Aufbau für eine Entladegeschwindigkeit und einen Temperaturbereich entsprechend den Betriebsanforderungen konzipiert sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überwachung oder Steuerung des Betriebs wiederaufladbarer Akkumulatoren mit Hilfe eines zweiten wiederaufladbaren Kontrollakkumulators, mit sich proportional verhaltenden meßbaren elektrischen Größen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler (14) vorgesehen ist, der ein die entgegengesetzten Richtungen und die Größe des Klemmenstromes des ersten Akkumulators (10) wiedergebendes Ausgangssignal in einer ersten oder zweiten Richtung erzeugt, daß die zweite wiederaufladbare Kontrollakkumulator (26) eine Metall-Gaszelle ist und daß eine Steuereinrichtung (22) vorgesehen ist, die durch den zweiten Kontrollakkumulator (26) einen Sttom mit vom Ausgangssignal des Fühlers angezeigter proportionaler Stromstärke des Klemmenstroms des ersten Akkumulators (10) durchleitet und die die Richtung des Klemmenstroms des zweiten Kontrollakkumulators (26) derart steuert, daß der Klemmenstrom des zweiten Kontrollakkumulators (26) in einer Richtung fließt, wenn das Ausgangssignal des Fühlers (14) die erste Richtung anzeigt, und daß der Klemmenstrom des zweiten Kontrollakkumulators (26) in der entgegengesetzten Richtung fließt, wenn das Ausgangssignal des Fühlers (14) die zweite Richtung anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) eine Stromversorgungseinrichtung umfaßt, die den zweiten Kontrollakkumulator (26) unabhängig vom Klemmenstrom des ersten Akkumulators (10) speist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) eine Schaltung umfaßt, die Ströme in den zwei Richtungen erzeugt und diese erzeugten Ströme wahlweise einer gemeinsamen Elektrode (26a) des zweiten Kontrollakkumulators (26) zuführt. -ίο

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (22) eine Schaltung umfaßt, die einen Strom in einer einzigen Richtung erzeugt, und daß Schalter (S 1, S2) mit den Elektroden (26a, 26b) des zweiten Kontrollakkumulators (26) verbunden sind, die die Richtung der Stromzuführung zu den Elektroden (26a, 266J des zweiten Kontrollakkumulators (26) umkehren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode der Metallgaszelle als zweiter wiederaufladbarer Kontrollakkumulator (26) und eine Elektrode des ersten Akkumulators (10) eine gemeinsame elektrochemisch konvertible Komponente aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (30) für den Gasdruck in dem zweiten Kontrollakkumulator (26).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aui den Gasdruck in dem zweiten Kontrollakkumulator (26) ansprechende Schalteinrichtung (38) vorhanden ist, die den ersten Akkumulator (10) wahlweise mit einem Verbraucher (44) oder einer Ladungsquelle (46) verbindet.