DE3501922C2 - Ladestation für Akkumulatoren mit einzelner oder vielfach zentralisierter Nachfüllung und kompletter Absaugung der Ladegase - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß die Batterien von elektrischen Akkumulatoren, die Transport- oder Hubwagen oder jedes andere autonome Elektrofahrzeug antreiben, nach jeder Erschöpfung der gespeicherten und als mechanische Antriebsenergie verwendeten elektrochemischen Energie neu aufgeladen werden müssen. Die Wiederherstellung von dieser Energie in der Batterie oder Neuaufladung verursacht immer eine geringere Leistung der Einheit mit darauffolgender Elektrolyse des Wassers durch passive Reaktionen und Wasserverbrauch sowohl durch die genannte elektrolytische Zersetzung als auch durch Verdampfung oder Verschleppung seitens der sich bildenden Gase.

Es ist außerdem bekannt, daß der Elektrolyt der Batterien einen korrekten Pegelstand und eine korrekte Dichte besitzen muß, um einen guten Betrieb und eine gute Dauer zu garantieren.

Es ist weiter bekannt, daß die Gase, die sich als Folge des Leistungsverlustes besonders am Ende der Ladung und bei Überladung bilden, Wasserstoff und Sauerstoff sind und daß ihre Mischung oder die des ersten mit Luft hochexplosiv sind.

Aus diesen Gründen sind für die Wartung der Antriebsbatterien die zwei Operationen des Nachfüllens mit destilliertem Wasser und der Ausschluß der explosiven Gase erforderlich.

Lange Zeit wurde das Nachfüllen manuell und für jedes einzelne Element durchgeführt; wobei erhebliche Schwierigkeiten sowohl technischer Art in Bezug auf eine korrekte Leitfähigkeit als auch wirtschaftlicher Art in bezug auf den Zeitaufwand auftraten. Zu diesem Zweck sind dann vielfache automatische Nachfüllsysteme nach mechanischem, pneumatischem oder physikalischem Prinzip entwickelt worden.

Im Besonderen sind automatische Nachfüller entwickelt worden, die den Ventileffekt der Oberflächenspannung von Wasser, das aus geeichten Löchern sowohl mit leichtem Unterdruck oder unter leichtem Druck fließt, ausnutzen.

Das ist besonders das mit italienischem Patent 11 52 550 (italienische Patentanmeldung) Nr. 23228 A/82 unter dem Namen F.I.A.M.M. beanspruchte System, in dem außer der genannten Vorrichtung Element per Element auch eine Verbindung der verschiedenen Elemente realisiert wurde, so daß der Nachfüllvorgang automatisch und zentralisiert durch eine oder mehrere Leitungen erfolgt, die am Ende mit explosionsverhindernden Sicherheitsvorrichtungen ausgerüstet sind, die nach Beendigung des Nachfüllvorgangs angebracht werden.

Wenn die automatische zentralisierte Nachfüllung unter leichtem Unterdruck erfolgt, ist es erforderlich, auch die Ansaugaggregate des Akkumulators vor den explosiven Gasen zu schützen.

Dennoch sichern allgemein alle Systeme die Batterien als Hauptrisikoquelle und lassen im Raum Gase zu, die explosive Mischungen bilden können. Deshalb ist es notwendig, den Raum, in dem die Nachfüllung durchgeführt wird, zu entgasen, um das Auslösen von Explosionen extern der Batterie selbst zu vermeiden.

Zu diesem Zweck existieren Normvorschriften, die eine Mindestlüftung in Nachladeräumen vorschreiben. Zum Beispiel die Norm CEI 21.5, Ausgabe 1969, schreibt im Paragraphen 2-5.2.03 vor, daß "die in einem Akkumulatorenraum während der Nachladung kontinuierlich auszutauschende Luft, um die Gefahr der Bildung von Knallgasmischungen aus Wasserstoff und Sauerstoff zu vermeiden, nach folgender Formel berechnet wird:

wobei: P = Flußmenge Luft in m³/min, I = Ladestrom in Ampère, n = Anzahl der Elemente, s = Sicherheitskoeffizient, der in normalen Umgebungen 5 und in Spezialumgebungen 10 sein muß, ist".

Alles das setzt eine reguläre Verteilung des Wasserstoffs im zu entgasenden Raum und eine wirksame Funktion der Entlüftung während des Nachladens voraus.

Beide können mit hoher Gefahr vernachlässigt werden. Außerdem können minimale Mengen von abfallender Schwefelsäure, die von den Gasen auch durch die Filtervorrichtungen in Suspension getragen werden, im Raum beachtliche Korrossionsmöglichkeiten für die Batterien darstellen, die oft zu einer negativen Beurteilung der Leistungen der Elektrohubwagen zu Gunsten derer mit Dieselantrieb entgegen jeder realen wissenschaftlichen Situation geführt haben, da man weniger das Kohlenstoffanhydrit oder das Kohlenstoffoxid als die Schwefelsäure fürchtet.

Die Erfindung geht von der DE-OS 23 50 353 aus, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von mehrzelligen Akkumulatorenbatterien für batteriebetriebene Fahrzeuge beschreibt, bei denen die bei der Ladung/Entladung entstehenden Gasmengen durch einen Rekombinationsreaktor zu Wasser rekombiniert werden, wobei diese über eine Gassammelleitung dem Rekombinator zugeführt werden und das rekombinierte Wasser über eine Wasserleitung dem zentralen Wassernachfüllsystem wieder zugeführt wird.

Um die Wartung der Batterien von Elektrofahrzeugen und besonders der Transport- oder Hubwagen sicherer zu machen, vereinigt das vorliegende Modell in einem einzigen Komplex die zentrale Nachladevorrichtung und besonders die der Gravitätsalimentation mit tensionaktivem Ventilreglereffekt mit einer Gasabsaugvorrichtung (Gasdränagevorrichtung) auf jedem einzelnen Element, die sich außerdem derselben Alimentationskanäle des Nachfüllwassers bedient.

Einzelansaugeinrichtung auf den Elementen für Unterwasserantrieb waren schon für den Bau der Batterien von U-Booten bekannt, bei denen die Ladegase zusammen mit einer bestimmten Menge von Zusatzluft entwässert wurden, um ein korrektes Waschen aller Elemente zu erhalten.

Im vorliegenden Modell kann die Dränage direkt an beiden Enden der Kanäle des destillierten Wassers stattfinden, wo sie in oberhalb der Enden selbst angesaugter Luft verdünnt werden.

Es ist auch möglich, die Dränage mit einer Teilverdünnung durchzuführen, indem man durch den Alimentationskanal einen kleinen Lüftungsstrom fließen läßt, der den Eingang an einer Extremität und den Ausgang an der entgegengesetzten zur Lüftungsvorrichtung hin hat.

Die Wahl des Systems hängt hauptsächlich von der Größe der Batterie ab, da das Verdünnungssystem durch die Elemente eine leicht höhere Wasserverdunstung verursacht, aber gerade dadurch eine bessere Kühlung der Batterie besonders für die größeren garantiert.

Um die Zusammensetzung als auch die Funktion der Vorrichtung klarer zu machen, wird eine beispielhafte und nicht einschränkende Ausführung mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in der:

die Abb. 1 in schematisiertem Aufriß eine Vorrichtung für das Nachladen und die Dränage von vier Wagen zeigt;

die Abb. 2 zeigt dasselbe als Grundplan;

die Abb. 3 zeigt einen Querschnitt der angeschlossenen Vorrichtung in der Ansaug- und Dränagephase;

die Abb. 4 zeigt einen Querschnitt der angeschlossenen Vorrichtung in der Nachfüllphase;

die Abb. 5 zeigt eine Variante des Systems mit einer Nachfüllung mit direktem Anschluß an das Wassernetz.

In den Abb. 1 und 2 kann man sehen, daß die Ladestation laut vorliegendem Modell eine Nachfüllvorrichtung 1 und eine Lüftungsvorrichtung 2 umfaßt, welche allgemein an einer Wand 3 montiert und aufgehängt sind, wobei natürlich die Ladestation geeignete Gleichrichter 20 hat, die nicht detailliert dargestellt sind, weil sie in sich bekannt sind und keinen Einfluß auf das vorliegende Modell haben.

In den Abb. 1 und 2 sind als Beispiel 4 Wagen dargestellt, die nach Beendigung des Betriebs zur Ladestation gebracht wurden, aber ihre Anzahl ist für das Modell nicht beeinflussend, da es von einem Einzelplatz bis zu einem x-beliebigen Vielfachplatz eingerichtet werden kann.

Die Nachfüllanlage und die Lüftungsanlage enden mit ihren Ableitungen auf einem Niveau, welches leicht über dem üblichen der zu ladenden Wagen liegt, und sieht flexible Verbindungselemente vor, um kleine unterschiedliche Höhenschwankungen, die von Typ zu Typ auftreten können, abzufangen.

In der Abb. 1 und der Abb. 4 sieht man aber, daß die Nachfüllanlage aus einer horizontalen Kanalisation 4 besteht, die auf einer Ebene von ca. 400 bis 700 mm über der Maximalhöhe der Batterie läuft und an einen Alimentationstank 5 angeschlossen ist, der einen Schwimmer hat, der erlaubt, das Nachfüllwasser aus dem Reservetank 6 abzurufen; das bildet die Alimentationseinheit A.

Alternativ zu diesem System mit reduzierter Autonomie kann man statt A einen kontinuierlichen Alimentator A′ einsetzen, der an das Wassernetz angeschlossen ist (wie in Abb. 5 gezeigt), bei dem der Alimentationstank 5 durch einen Entmineralisierungsturm 7, der leicht austauschbar ist, direkt an die Trinkwassernetzleitung 8 angeschlossen ist.

Mit einer der beiden Vorrichtungen liefert man destilliertes oder entmineralisiertes Wasser an die horizontale Leitung 4, von der viele Leitungen 9, die einen Hahn 10 und einen Schnellanschluß haben, der dem an einem Ende der Leitung der Batterie installierten entspricht, ausgehen.

Ein zweites Ende der Leitung selbst ist an eine zweite Serie von Leitungen 11 angeschlossen, die mit einer Leitung 12 verbunden sind, die über das obere Niveau des Tanks 5 steigt.

Wenn man - möglichst am Ende des Ladevorgangs - den Kreislauf auf oben beschriebene Weise anschließt und sich die Hähne 10 öffnen, lastet auf der Wasserleitung ein leichter Druck, der das Wasser selbst in die Batterie zwingt, bis die Mechanismen, die möglichst laut zitiertem Patent nach Oberflächenspannungsventileffekt sein sollten, ein korrektes und allgemeines Nachfüllen der Elemente bestimmen.

Wenn nicht nachgefüllt wird, d. h. beim Aufladen oder in der Parkposition sind die Batterien elektrisch an die Gleichrichter 20 durch übliche Kabel 21 angeschlossen, die geeignete Ladeströme abgeben. Es ist aber unbedingt erforderlich, daß vor Schließung der Schalter alle Leitungen 13 der Batterien an die Ansauganlagen 2, wie unter Abb. 1, 2 und 3 dargestellt, anzuschließen.

Die Absauganlage 2 ist mit einem säurebeständigen und explosionsbeständigen Ventilator 30 ausgerüstet und wird durch eine Steuervorrichtung, die hier nicht dargestellt ist, gesteuert. Seine Schließung ist unumgänglich, um den Gleichrichtern Spannung zu geben und er ist in der Lage, durch die Leitungen aus säurebeständigem Material 31 und die verschiedenen Abläufe 32 mit den flexiblen Leitungen 33 die Luft, die einer korrekten Lüftung laut den zitierten Sicherheitsvorschriften entspricht, aufzunehmen.

Die Abläufe 32 normalerweise einer für je zwei Batterien sind durch flexible Leitungen 33 mit den üblichen Schellanschlüssen verbunden und an die Extremitäten der Alimentations- und Nachfüllkanäle 13 der Batterien angeschlossen. Demzufolge werden alle Gase, die sich in den Elementen gebildet haben durch die Leitungen 31 vom Ventilator 30 abgesaugt. Um keine zu hohen Unterdrucke zu schaffen, ist jeder Ablauf in 34 mit einem geeichten Loch geöffnet, welches den Unterdruck in einer Grenze von nicht mehr als 10⁴ Pa hält. Alternativ kann man, wenn man die Kühlung der Batterie verbessern will, nur eine Extremität der Leitungen 13 und 33 anschließen und auf der anderen Seite der Leitung 13 den explosionsverhindernden Filter lassen.

Auf diese Weise saugt man Luft über dieses freie Ende durch die Elemente und führt die Ladegase ab, die mit ihr vermischt sind.

Aus den Beschreibungen geht klar hervor, daß eine nach dem beanspruchten Modell realisierte Ladestation eine perfekte Nachfüllung aller Elemente aller Batterien ohne Dispersion von Säure oder Wasser garantiert und eine Dränage von allem, was eine Explosionsgefahr oder Umweltverschmutzung darstellen kann, ohne Dispersion von Gasen oder saurer Nebel im Raum.

Das beschriebene Automatisiersystem des Nachfüllens durch den Ventileffekt der Oberflächenspannung des Wassers ist das bevorzugte, aber im Systeme kann auch eine andere Vorrichtung eingesetzt werden, ohne daß das beanspruchte Modell dadurch überholt wird.

Claims (2)

1. Ladestation für Akkumulatoren (14), die in der Nähe der Gleichrichter (20) eine Vorrichtung (1) für das Nachfüllen von destilliertem oder entmineralisiertem Wasser und eine Vorrichtung (2) für die Absaugung der Gase aufweist, die sich während des Ladevorgangs oder des Stillstandes bilden, wobei die Vorrichtung zum Nachfüllen aus einem Alimentationstank (5), einem Verteilerkanal (4), mindestens einer vom Verteilerkanal abgehenden Zulaufleitung (9) und einem durch einen Schnellanschluß an diese ankoppelbaren, die Leitung (9) mit der Batterieöffnung verbindenden Nachfüllkanal (13) besteht und ein zweiter Nachfüllkanal (13) zur Entlüftung durch einen Schnellanschluß mit einer Leitung (11) verbindbar ist, die ihrerseits mit einer Leitung (12) verbunden ist, die über das obere Niveau des Alimentationstanks (5) steigt, und die Vorrichtung (2) zur Abführung der Gase aus einem unter Unterdruck stehenden Leitungssystem (31, 32) besteht, das beim Ladevorgang an dieselben Enden der Nachfüllkanäle (13) ankoppelbar ist, an denen beim Nachfüllvorgang die Zulaufleitungen (9) und die zur Entlüftung bestimmten Leitungen (11) anschließbar sind.

2. Ladestation nach Anspruch 1, bei der der Akkumulator (14) mittels der Nachfüllkanäle (13) über mindestens eine Saugleitung (33) mit einer Absaugleitung (31, 32) verbunden ist und bei der die seitens des Akkumulators während des Ladeprozesses entstehenden Gasgemische mittels eines auf der einen Seite der Leitung (31, 32) angebrachten Ventilators (30) abgesaugt und durch eine auf der anderen Seite der Leitung (31, 32) befindliche Öffnung (34) mit Umgebungsluft vermischt werden.