DE3218367A1

DE3218367A1 - Verfahren und geraet zum laden von akkumulatoren

Info

Publication number: DE3218367A1
Application number: DE19823218367
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. 5159 Kerpen Link; Wolfgang Dr. 5210 Troisdorf Nuding; Kurt Dr. 4006 Erkrath Sauerwein; Wolfgang 4047 Dormagen Zindler
Original assignee: Individual
Current assignee: Isotopen-Technik Dr Sauerwein 5657 Haan De GmbH
Priority date: 1982-05-15
Filing date: 1982-05-15
Publication date: 1983-11-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden von Akku-
mulatoren, insbesondere solchen, bei denen sich der Ladezustand durch Potentialmessungen oder durch Messen anderer elektrischer Größen nicht oder nur unter großem Aufwand bestimmen läßt sowie ein Ladegerät für dieses Verfahren.
Zu den Akkumulatoren der eingangs erwähnten Art gehören insbesondere Nickel-Cadmium-Akkumula-toren, kurz NC-Akkus genannt; sie werden je nach ihrer Kapazität als "Kleinstakkus" mit etwa SOmAh, als "Kleinakkus" mit etwa 1 Ah Kapazität und "Großakkus" mit mehr als 1 Ah Kapazität bezeichnet.
Es ist bekannt, daß die meisten Akkumulatoren durch zu langes Laden zumindest auf die-Dauer zerstört werden. Deswegen wird bei solchen Akkumulatortypen, deren Lade- und Entladespannung vom jeweiligen Ladezustand abhängig ist, die Spannung beim Laden als Maßstab für den Ladezustand gemessen und das Laden bei einer vorgegebenen Naximalspaiinung beendet. Dies ist jedoch bei Akkumulatoren, deren Lade- bzw. Entladespannung sich im wesentlichen nicht oder nur unmerklich ändert, nicht sinnvoll; deshalb wird bei solchen Akkumulatoren zur Vermeidung eines Uberladens die Ladezeit auf den bei vorgegebenen Ladestrom für eine völliges Neuladen erforderlichen Zeitwert begrenzt und der Ladestrom automatisch abgeschaltet.
Abschaltvorrichtungen wie -mechanische Uhren sind jedoch vergleichsweise teuer, so daß sie sich rur beim Laden von Großakkus wirtschaftlich lohnen. Deshalb scheidet bei Klein- und Kleinstakkus ein Laden über Nacht oder Wochenende aus, um ein überladen zu vermeiden.
Ein entscheidender Nachteil der mit vorgegebener Ladezeit arbeitenden Akkumulatorladegeräte besteht darin, daß der aktuelle Entl ade zustand des zu ladenden Akkumulators in aller Regel nicht bekannt ist und deshalb auch die erwähnte normale Ladedauer von etwa 14 bis 18 Stunden schon ein überladen des Akkumulators zur Folge haben kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Laden von Akkumulatoren sowie ein Ladegerät zu schaffen, bei denen ohne die Gefahr eines überladens der Ladevorgang auf möglichst einfache Weise automatisch abläuft. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, sich den bei Akkumulatoren, insbesondere solchen mit vergleichsweise konstanten Lade- und Entladespannungen, charakteristisch starken Abfall der Entladespannung kurz vor der völligen Erschöpfung des Akkumulators zunutze zu machen. Demgemäß wird erfindungsgemäß ein aufzuladender Akkumulator zunächst bis auf eine vorbestimmte kritische Entladespannung, die sich im Bereich des vorerwähnten deutlichen Spannungsabfalls befindet, entladen und anschließend während einer vorbestimmten Ladezeit wieder geladen. Dies hat ein sicheres Einhalten der maximal zulässigen Akkumulatorladung zur Folge, weil das Laden von einem definierten Anfangszustand ausgeht und bei einem definierten Endzustand endet. Der definierte Anfangszustand ist batterieabhängig; in der Praxis ist nur das Ende des Entladens vor dem eigentlichen Laden, d.h. eine bestimmte kritische Entladespannung - nach den Angaben des Akkumulatorherstellers - zu beachten, um eine für den Akkumulator ebenfalls schädliches sogenanntes "Tiefentladen" zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise dadurch realisiert, daß ein Spannungskomparator die Akkumulatorspannung während des Entladens mißt und bei der kritischen Entladespannung das Entladen beendet bzw. das Laden startet.
Zur Schonung des Akkumulators gegen Uberbelastungen empfiehlt es sich, die Entladestromstärke auf einen für den speziellen Akkumulatortyp vertretbaren Höchstwert zu begrenzen und vorzugsweise während des Entladens konstant zu halten; hierdurch wird der Gesamtladevorgang unter Vermeidung von Akkumulatorschädigungen auf ein zeitliches Mindestmaß reduziert.
Die Zeit innerhalb derer die Akkumulatorspannung bei dem erfindungsgemäßen Entladen von einem Normalwert auf den Wert der kritischen Entladespannung abfällt, ist im Vergleich zu der Zeit, die der Spannungskomparator zum Feststellen der kritischen Entladespannung und zur Beendigung des Entladens benötigt, relativ kurz, so daß sich ein Tiefentladen des Akkumulators sicher vermeiden läßt. So dauert der fragliche Spannungsabfall bei einem kC-Akku etwa 3 bis 5 Minuten, während der Spannungskomparator das Unterschreiten der vorbestimmten kritischen Entladespannung und das Abschalten des Entladens in einer Zeit von größenordnungsmäßig Millisekunden realisiert.
Um ein Selbstentladen des Akkumulators nach dem Laden zu vermeiden, schließt sich dem Ende der Ladezeit ein Erhaltungsladen mit einem gepulsten Ladeerhaltungsstrom an. Sowohl der Ladeerhaltungsstrom als auch der eigentliche Lade strom sollen die für den betreffenden Akkumulator höchstzulässige Stärke nicht überschreiten.
Zur Feststellung des Ablaufs der Ladezeit empfiehlt sich, vor allem bei Akkumulatoren mit relativ konstanter Ladespannung, ein geeignetes Signal Das Ladegerät besteht erfindungsgemäß aus einem Stromversorger, einem Akkumulator-Entlader, einem Spannungskomparator, einem Ladezeit-Gebzr, einem Akkumulator-Lader sowie aus Akkumulator-Anschlußkontakten; es besitzt den Vorteil aus einfachen elektronischen Bauteilen zu bestehen und sich deshalb auch bei Klein- und Kleinstakkus mit vertretbarem Aufwand herstellen zu passen.
Bei einem solchen Ladegerät empfiehlt sich ein Puls-Geber für den Start des Ladens, der durch den Anschluß des Ladegerätes an das Stromnetz oder eine Schalterbetätigung aktiviert wird. Sollen Akkumulatoren verschiedener Kapazität oder Bauart mit demselben Ladegerät geladen werden, empfiehlt sich ein freiwählbarer Entladestrom des Akkumulator-Entladers sowie eine freie Vorwählbarkeit der kritischen Entladespannung am Spannungskomparator und Ladezeit am Ladezeit-Geber.
Bei einer Leuchtanzeige für den Ladezustand läßt sich feststellen, wann der Ladevorgang abgeschlossen ist. z.B. dadurch, daß eine während des Ladens dauernd leuchtende Diode nach dem Ende der Ladezeit permanent blinkt. Nach dem Ablauf der Ladezeit empfiehlt sich eine Ladeerhaltungsschaltung des Akkumulator-Laders, damit der Akkumulator auch dann noch voll geladen ist, wenn er dem Ladegerät erst viele Stunden oder Tage nach Beendigung des eigentlichen Ladens entnommen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ladegerätes.
Mittels eines Impulsge-ters 1 wird nach dem AnschliBen des Akkumulators 2 an das Ladegerät das Laden dadurch in Gang gesetzt, daß das Ladegerät mit Hilfe eines Schalters eingeschaltet wird. Durch den Startimpuls des Impulsgebers 1 wird ein Umschalter 3 in einen definierten Anfangszustand gesetzt.
Hierdurch wird ein Akkumulator-Entlader 4 eingeschaltet und das Entladen eingeleitet. Ein Spannungskomparator 5 vergleicht die Entladespannung des Akkumulators 2 mit einem vorgegebenen, der kritischen Entladespannung des Akkumulators entsprechenden Spannungswert und beendet das Entladen, wenn die Entladespannung des Akkumulators diesen vorgegebenen Spannungswert erreicht hat. Alsdann wird der Umschalter 3 betätigt, der jetzt den Zeitgeber 6 und den Akkumulator-Lader 7 und somit das eigentliche Laden des Akkumulators startet.
Nach Ablauf einer vorgewählten Zeit schaltet der Zeitgeber 6 den Akkumulator-Lader 7 auf Erhaltungsladung und eine während des Ladens Dauerlicht zeigende Leuchtdiode 8 auf Blinken um Bei dem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Strom versorger kann es sich um ein einfaches Netzteil handeln.
Als Akkumulator-Entlader eignet sich z.B. ein regelbarer Ohmscher Widerstand. Die übrigen elektronischen und elektrischen Bauteile des Ladegerätes sind ebenfalls einfacher Natur und für den einschlägigen Fachmann ohne weiteres zusammenzustellen.
Das nachfolgende Ausführungsbeispiel betri-fft ein Ladegerät gemäß der zeichnerischen Darstellung: Für einen Nickel-Cadmium-Akkumulator aus 5 Zellen und einer Nennspannung von 6V sowie eine Kapazität von 40mAh wurde der Entladestrom konstant auf 32 mA eingestellt. Während der Entladungszeit, die in Abhängigkeit vom Ladezustand des NC-Akkus zwischen 0 und 75 Minuten betrug, wurde die Entladespannung des NC-Akkus ununterbrochen mit dem vorgegebenen Wert der minimalen Entladespannung von 5,1 Volt verglichen. Sobald die Entladespannung des NC-Akkus diesen Wert erreichte, gab der Spannungskomparator einen Impuls an den vorerwähnten Umschalter der den Entladungsvorgang abschaltete und den Ladevorgang für einen 3,8 mA Ladestrom und für eine Ladezeit von 14,3 Stunden einschaltete.
Nach Ablauf dieser Zeit wurden der Akkumulator-Lader auf Erhaltungsladen mit einem gepulsten 0,3 mA-Strom und das bis dahin leuchtende Dauerlicht einer Ladeanzeige-Leuchtdiode auf Blinken umgeschaltet. Das vorbeschriebene Ladegerät besaß eine sehr gute Funktionssicherheit für die getesteten Kleinstakkus.

Claims

"Verfahren und Gerät zum Laden von Akkumulatoren't Patentansprüche: Verfahren zum Laden von Akkumulatoren, g e k e n n -z z e i c h n e t d u r c h ein Entladen des Akkumulators bis auf eine vorbestimmte minimale Entladespannung und ein anschließendes Laden während einer vorbestimmten Zeitdauer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Entladestrom vorbestimmter Stärke.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine Anzeige für das Ende der Ladezeit.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Erhaltungsladen nach dem Ende der Ladezeit.
5. Ladegerät zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h einen Stromversorger, einen Umschalter (3), einen Akkumulator-Entlader (4), einen Spannungskomparator (5), einen Ladezeit-Geber (6), einen Akkumulator-Lader (7) sowie Akkumulator-Anschlußkontakte.
6. Ladegerät nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Leuchtanzeige (8) für den jeweiligen Ladezustand.
7 Ladegerät nach Anspruch 5 oder 6, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine Ladeerhaltungsschaltung des Akkumulator-Laders (7).