PL172578B1 - Sposób i urzadzenie do ladowania akumulatorów PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 Sposób ladowania akumulatorów i ogniw, podczas którego dostarcza sie prad ladowania ze zródla do wyjscia, do którego jest dolaczony akumulator lub og niwo, okresowo przerywa sie przeplyw pradu ladowania do wyjscia i wyczuwa sie bezrezystancyjne napiecie na koncowkach ladowanego akumulatora lub ogniwa w okresie czasu, gdy przeplyw pradu ladowania zostal przerwany, i porównuje sie to wyczuwane napiecie bezrezystancyjne ze wstepnie wybranym napieciem odniesie- nia, przy czym w pierwszym ustalonym, wstepnie okreslonym okresie czasu dostar- cza sie do wyjscia prad ladowania o wartosci mniejszej zarówno od wstepnie okreslonego, maksymalnego pradu, jak i maksymalnego dostarczanego pradu po- bieranego przez akumulator lub ogniwo bez zasadniczego wzrostu temperatury we- wnetrznej, a po pierwszym ustalonym okresie czasu dostarcza sie nadal do wyjscia prad ladowania o maksymalnej dostarczanej wartosci przez drugi zmienny okres czasu trwajacy do czasu, gdy wyczuwane napiecie bezrezystancyjne ladowanego akumulatora lub ogniwa jest mniejsze niz wybrane napiecie odniesienia, przy czym ten drugi zmienny okres czasu konczy sie w pierwszym czasie, gdy wyczuwane na- piecie bezrezystancyjne osiaga te sama wartosc jak wybrane napiecie odniesienia, i prad ladowania zmniejsza sie ewentualnie tak, ze wyczuwane napiecie bezrezystan- cyjne nie przekracza wybranego napiecia odniesienia oraz uruchamia sie uklad syn- chronizacji od poczatku cyklu ladowania w czasie tak, ze po trzecim okreslonym wstepnie okresie czasu od czasu na poczatku cyklu ladowania, prad ladowania zmniejsza sie do okreslonej wartosci pradu ladowania od zera do okreslonej malej wartosci w przypadku, gdy prad ladowania ma jeszcze wartosc maksymalnego do- starczanego pradu, znamienny tym, ze po osiagnieciu przez prad ladowania okre- slonej wartosci pradu ladowania koncowego, 9 Urzadzenie do ladowania akumulatorów i ogniw zawierajace zrodlo energii elektrycznej dostarczajace prad ladowania do wyjscia, do którego jest dolaczony akumulator lub ogniwo, pomiedzy które jest wlaczony inwerter przelaczajacy prad ladowania, dolaczony do sterownika, którego wejscia sa dolaczone do ukladu syn- chronizacji 1 komparatora wyczuwanego napiecia bezrezystancyjnego na konców- kach akumulatora i napiecia odniesienia, znamienne tym, ze sterownik (78) zawiera uklad do konczenia ladowania koncowego, dolaczony do komparatora (90) dolaczonego do ukladu synchronizacji (82) i uklad detekcji zmian Fig. 8 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do ładowania akumulatorów i baterii, które pracują w zakresie od bardzo małych napięć, mniejszych niż 1 lub .1,5 V, przy bardzo małych pojemnościach, rzędu kilkuset mAh, aż do akumulatorów pracujących w zakresie napięć od 12 lub 24 V do kilkuset V, przy pojemnościach w zakresie od kilkuset do kilku tysięcy Ah. Akumulatory te wymagają szybkiego ładowania, w zakresie od 10 C do 15 C lub więcej, z możliwością regulacji aż do małego prądu podładowania.

Znane jest ze zgłoszenia patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 07/253 703 urządzenie do ładowania baterii, w którym podstawową cechąjest to, że może ono dostarczać prąd do akumulatora lub baterii początkowo z wydajnością większą niż pojemność akumulatora wyrażona w amperogodzinach, czyli z wydajnością większąniż 1C. Dzięki temu akumulator lub bateria mogąbyć naładowane szybko. Urządzenie to zawiera układy do detekcji napięcia nieobciążonego akumulatora lub baterii i do porównania go z wybranym wstępnie napięciem odniesienia, która jest niezależne od ładowanego akumulatora. Dla określonego typu i wartości roboczych ładowanego akumulatora lub baterii jest wybierane napięcie odniesienia wytwarzane w obwodach ładowania. Możliwe jest, żeby napięcie odniesienia było wybrane wstępnie przez ustawienie przełącznika, znając warunki, wartości robocze i typ ładowanego akumulatora lub baterii. Napięcie nieobciążonego akumulatora jest porównywane z napięciem odniesienia wytwarzanym wewnętrznie w momencie, gdy prąd ładowania dostarczany do akumulatora lub baterii został przerwany.

W tym znanym urządzeniu, gdy napięcie nieobciążonego akumulatora lub baterii przekracza wybrane wstępnie napięcie odniesienia, oddziałują układy zmniejszające prąd ładowania, a zatem zmiejszające szybkość ładowania w celu utrzymania napięcia nieobciążonego akumulatora na wartości równoważnej wybranemu wstępnie napięciu odniesienia. Oznacza to, że gdy napięcie nieobciążonego akumulatora lub baterii przekracza napięcie odniesienia, wtedy wartość prądu ładowania jest za duża i należy ją zmniejszyć.

172 578

Ładowanie akumulatora występuje, gdy akumulator lub bateria mają zdolność pobrania prądu ładującego, czyli ładowanie akumulatorajest funkcjąprądu ładowania i stanu naładowania akumulatora lub baterii. Dla umożliwienia przepływu prądu z obwodów ładowania do akumulatora lub baterii, napięcie na końcówkach obwodu ładowania musi być wyższe niż napięcie resztkowe ładowanego akumulatora. W wyniku tego jako różnica tych dwóch napięć powstaje napięcie czynne, często określane jako nadnapięcie lub polaryzacja, i napięcie to może być kontrolowane. To napięcie akumulatora jest napięciem akumulatora nieobciążonego, to jest napięciem na końcówkach ładowanego akumulatora w czasie jego procesu ładowania, gdy przepływ prądu ładującego akumulator został przerwany. Eliminuje to wszystkie straty napięcia wynikające z rezystancji występujących w obwodzie ładowania lub w ładowanym akumulatorze czy baterii. Określenie napięcia nieobciążonego akumulatora jest dokonywane bezpośrednio po przerwaniu przepływu prądu, aby wykluczyć zmiany wewnętrzne występujące w akumulatorze w wyniku procesów elektrochemicznych. Ważnejest określanie tego napięcia dla stanu ustalonego. Te napięcia różnią się dla różnych typów akumulatorów, na przykład niklowo-kadmowych, w których wynosi ono około 1,38 V dla świeżo naładowanego akumulatora i około 1,19 V dla zasadniczo rozładowanego akumulatora, czy ołowiowo-kwasowych, w których zmienia się ono od około 1,90 V do około 2,45 V dla świeżo naładowanego akumulatora.

Znany jest z artykułu Karla Kordescha i in., pod tytułem “Sterowany sinusoidalnie tester prądu dla akumulatorów”, opublikowanego na stronach 480-483 w Journal of the Electrochemical Society w czerwcu 1960, sposób pomiaru napięcia nieobciążonego akumulatora, w którym wykorzystuje się przenośne urządzenie zasilane ze źródła 60 Hz dla bezpośrednich odczytów pomiarów. Na podstawie tych pomiarów określa się stan naładowania i steruje się ładowaniem.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 576 487 sposób ładowania bezrezystancyjnego, w którym stosuje się multiwibrator włączający się i wyłączający, umożliwiający dostarczanie impulsowego prądu ładowania do akumulatora. Podczas przerwań prądu, napięcie akumulatorajest wyczuwane i porównywane z napięciem odniesienia. Jeżeli wyczuwane napięcie akumulatora przekracza określoną wstępnie wartość, operacja ładowania zostaje przerwana. Nie ma tu sterowania innego niż takie,że po zakończeniu głównej operacji ładowania nadal następuje doładowywanie akumulatora małym prądem.

Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 531 706 urządzenie do ładowania, które dostarcza impulsowy prąd stały ładowania i wyczuwa kompensowane temperaturowo napięcie nieobciążonego akumulatora uszczelnionego, który jest ładowany. Celem tego jest, żeby przepływ prądu ładowania o dużej wartości do uszczelnionego akumulatora był kończony, gdy akumulator osiąga prawie całkowite napięcie i ważnejest, żeby w miarę możliwości w uszczelnionym akumulatorze występował integrator termiczny. Zastosowany jest sterownik reagujący na napięcie, którego zadaniemjest zakończenie funkcji ładowania, gdy napięcie na końcówkach uszczelnionego ogniwa osiąga określoną wstępnie wartość.

Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 061 956 urządzenie do ładowania akumulatora prądem stałym, które ma wiele funkcji wtórnych, skutkiem czego stan ładowania akumulatorajest określony na podstawie sygnałów, które sąwskaźnikiem napięcia na końcówkach akumulatora i temperatury akumulatora. Urządzenie zapewnia dostarczanie sygnału wspomagającego w celu ładowania akumulatora według wstępnie wybranego programu ładowania, który jest związany ze stanem naładowania akumulatora, określonym na podstawie pomiarów jego napięcia i temperatury. Istnieją różne programy ładowania, w zależności od rodzaju akumulatora i sposobujego instalacji. Urządzenie umożliwia działanie zwartych akumulatorów oraz zakończenie lub spowolnienie operacji ładowania, jeżeli zostaje stwierdzone zwarcie akumulatora.

Znany jest z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 886 428 i nr 3 987 353 sterowany system ładowania baterii. Każde urządzenie do ładowania akumulatorów jest wykorzystywane do wielu akumulatorów, lecz szczególnie dla akumulatorów ołowiowo-kwasowych. Sygnał sterowania jest uzyskiwany przez określanie spadku napięcia na rezystancji wewnętrznej po wyłączeniu prądu ładowania, a następnie różniczkowanie szybkości

172 578 zaniku napięcia na końcówkach rozwartego akumulatora. Napięcie jest następnie uzyskiwane z tej różniczki dla sterowania wartością prądu ładowania w celu stopniowego zmniejszania prądu ładowania. Opisy te przedstawiajązjawisko wytwarzania gazu, które zostało wykrytejako wynik znacznej różniczki szybkości zaniku napięcia występującego na rozwartych końcówkach.

Znane sąz opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 388 582 i 4 392 101 urządzenia do szybkiego ładowania akumulatorów niklowo-kadmowych lub innych, zwłaszcza typu, który może być stosowany w urządzeniach przenośnych. Przedstawiono tu analizę charakterystyki ładowania akumulatora i na podstawie wybranych wstępnie kryteriów regulację charakterystyk ładowania, gdy określona jest jedna lub szereg wartości. Stosuje się także regulację ręczną, a nie automatyczną, gdy ładowany akumulator przestaje wykazywać oczekiwane charakterystyki ładowania.

Sposób według wynalazku polega na tym, że po osiągnięciu przez prąd ładowania określonej wartości prądu ładowania końcowego, czyli na końcu czwartego określonego okresu czasu, po czasie, gdy prąd ładowania zaczyna zmniejszać się, prąd ładowania utrzymuje się na określonej wartości prądu ładowania końcowego lub zmienia się w sposób wymuszony do tej wartości poniżej wartości maksymalnego dostarczanego prądu. Uruchamia się sterownik kończący ładowanie końcowe, przy czym mierzy się wartość całkowitego ładunku dostarczanego do akumulatora lub ogniwa i kończy się ładowanie końcowe przy osiągnięciu określonej wartości całkowitego dostarczanego ładunku. Następnie kończy się ładowanie końcowe w czasie na końcu piątego określonego okresu czasu mierzonego od czasu na końcu czwartego okresu czasu. Piąty okres czasu określa się jako funkcję różnicy pomiędzy czasem na końcu drugiego okresu czasu i czasem na końcu czwartego okresu czasu i/lub wykrywa się zmiany napięcia bezrezystancyjnego względem czasu, a ładowanie końcowe kończy się, gdy wykrywa się zmianę napięcia bezrezystancyjnego charakterystyczną dla początku nadmiernego ładowania.

Korzystnie stosuje się prąd ładowania końcowego równy około 20% wartości prądu ładowania początkowego i piąty okres czasu określa sięjako w przybliżeniu równy różnicy pomiędzy czasem na końcu drugiego okresu czasu i czasem na końcu czwartego okresu czasu.

Korzystnie wartość całkowitego dostarczanego ładunku mierzy się od czasu na początku pierwszego okresu czasu.

Korzystnie wartość całkowitego dostarczanego ładunku mierzy się od czasu na końcu czwartego okresu czasu.

Korzystnie wartość całkowitego dostarczanego ładunku mierzy się od czasu wykrycia drugiego punktu przegięcia charakterystyki napięcia bezrezystancyjnego lub od punktu szczytowego lub od osiągnięcia płaskiego odcinka tej charakterystyki.

Korzystnie wykrywa się zmianę napięcia bezrezystancyjnego charakterystyczną dla początku nadmiernego ładowania, która odpowiada szczytowi napięcia lub płaskiemu odcinkowi napięcia ładowania końcowego.

Korzystnie wykrywa się zmianę napięcia bezrezystancyjnego charakterystyczną dla początku nadmiernego ładowania, która odpowiada drugiemu punktowi przegięcia ładowania końcowego.

Przy pomocy sterownika zestawia się dane dla wartości napięcia bezrezystancyjnego względem czasu i lokalizuje się drugi punkt przegięcia przez obliczenie maksimum pierwszej pochodnej napięcia bezrezystancyjnego względem czasu.

W urządzeniu według wynalazku sterownik zawiera układ do kończenia ładowania końcowego, dołączony do komparatora dołączonego do układu synchronizacji i układ detekcji zmian napięcia bezrezystancyjnego względem czasu dołączony do tego układu do kończenia ładowania końcowego przy wykryciu zmiany napięcia bezrezystancyjnego charakterystycznej dla początku ładowania nadmiernego.

Korzystnie układ do kończenia ładowania końcowego zawiera obwody detekcji szczytu napięcia lub płaskiego odcinka napięcia ładowania końcowego.

Korzystnie układ do kończenia ładowania końcowego zwiera obwody detekcji drugiego punktu przegięcia charakterystyki ładowania końcowego.

172 578

Korzystnie sterownik zawiera obwody zestawiania danych dla wartości napięcia bezrezystancyjnego względem czasu i lokalizacji drugiego punktu przegięcia przez obliczanie maksimum pierwszej pochodnej napięcia bezrezystancyjnego względem czasu.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie tego, że wzrost temperatury w ładowanym akumulatorze lub ogniwie jest wynikiem wyłącznie termodynamiki reakcji ładowania i wewnętrznej rezystancji akumulatora lub ogniwa, a nie rezultatem elektrochemicznych procesów nadmiernego ładowania występujących w ogniwie. Dzięki temu ładowanie akumulatora według wynalazku jest bardziej skuteczne w porównaniu ze znanymi układami do ładowania akumulatorów, przez zapewnienie możliwości określenia podczas cyklu ładowania punktu bliskiego nadmiernemu ładowaniu akumulatora lub ogniwa.

Urządzenie do ładowania akumulatorów według wynalazku zapewnia określenia chwilowej zdolności akumulatora lub ogniwa do odebrania prądu i regulacji szybkości podawania prądu ładowania.

Wynalazek zapewnia skuteczną kompensację temperaturową i wytwarzanie napięcia odniesienia o zmiennej wartości uwarunkowanej szeregiem czynników, w tym temperaturą ogniwa lub jego zdolnością do pobierania ładunku. Dokładna charakterystyka zespołu akumulatorów, a zatem liczba ogniw i wartości ładunku, które mają być zastosowane w zespole akumulatora, mogą być określone automatycznie.

Przedmiot wynalazkujest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typową charakterystykę pobierania ładunku akumulatora, pokazującą związek prądu ładowania oraz stref niedoładowania i nadmiernego naładowania ze stanem naładowania ładowanego akumulatora lub baterii w funkcji czasu, fig. 2 - charakterystykę temperaturowąprzy rozładowaniu, ładowaniu i nadmiernym naładowaniu typowego małego akumulatora niklowo-kadmowego, przy względnie małej szybkości ładowania 1 C, fig. 3 - typowe charakterystyki prądowe, temperaturowe i zgromadzonego ładunku akumulatora niklowo-kadmowego ładowanego w warunkach dużej szybkości według wynalazku, fig. 4 - inny zespół charakterystyk dla nieco większego akumulatora ładowanego w nieco dłuższym okresie czasu, wraz z charakterystyką wewnętrznego ciśnienia akumulatora w funkcji czasu, fig. 5 - typowe charakterystyki prądowe i temperaturowe akumulatora ładowanego i rozładowywanego przy dużym obciążeniu, przy zastosowaniu urządzenia do ładowania według wynalazku, fig. 6 - zespół charakterystyk podobnych do pokazanych na fig. 4, lecz dla akumulatora zimnego i ładowanego w niskich temperaturach otoczenia, fig. 7 - jeszcze inny zespół typowych charakterystyk ładowania, temperaturowych i prądowych akumulatora i dużej pojemności, ładowanego przez stosunkowo krótki okres czasu, fig. 8 - typowe urządzenie do ładowania według wynalazku, fig. 9 (a), 9 (b) i9 (c) typowe charakterystyki ładowania pokazujące wpływ różnych napięć odniesienia w funkcji czasu, fig. 10 - rodzinę typowych charakterystyk ładowania dla zespołów baterii o różnych pojemnościach, wszystkich naładowanych identycznym prądem maksymalnym, fig. 11 - charakterystykę prądu ładowania w fUnkcji czasu, ze wskazaniem określonych okresów czasu od początku ładowania, fig. 12 - wykres stanów naładowania podczas ładowania akumulatora, w odniesieniu do okresów czasu z fig. 11, fig. 13 - rodzinę charakterystyk prądu ładowania w funkcji czasu, przy występowaniu warunku niekontrolowanego wzrostu temperatury, fig. 14 - charakterystykę sterowanego prądu ładowania w funkcji czasu w okresach czasu z fig. 11, fig. 15 - charakterystykę prądu ładowania w funkcji czasu w określonych okresach czasu, przy kryteriach sterowania innych niż na fig. 14, fig. 16 - jeszcze inną charakterystykę prądu ładowania w funkcji czasu przy innym kryterium zapobiegającym niekontrolowanemu wzrostowi temperatury, fig. 17 - charakterystyki podobne do fig. 11, lecz w warunkach końca okresu ładowania, z uwidocznieniem związku pomiędzy napięciem na końcówkach akumulatora i napięciem nieobciążonego akumulatora lub baterii, fig. 18A - trójwymiarową rodzinę charakterystyk zaniku napięcia, zdejmowanych co 10s i wykreślanych co 2 min. podczas przerwań na 50θ ms prądu ładowania 5A (8C) w znanym akumulatorze typuXNiCd, fig. 18B - dwuwymiarowąpróbkę z fig. 18A, pokazującąnapięcie w funkcj i czasu ładowania dla czasu wyłączenia 15 i 495 ms, fig. 19A - rodzinę charaktery172 578 styk podobną do fig. 18A, lecz dla akumulatora typu Y i fig. 19B - dwuwymiarową próbkę z fig. 19A, pokazującą napięcie w funkcji czasu ładowania dla czasu wyłączenia 15 i 495 ms.

Figura 1 przedstawia typową charakterystykę pobierania ładunku akumulatora, wyjaśniającą ładowanie akumulatora lub baterii według wynalazku. Fig. 1 przedstawia charakterystyczną zależność prądu ładowania od stanu naładowania akumulatora lub baterii, przy czym stan naładowania zmienia się podczas dostarczania ładunku do akumulatora lub jego usuwania. Krzywa 10 przedstawia maksymalny prąd ładowania, który akumulator jest w stanie pobrać, to znaczy przemienić prąd ładowania na zmagazynową energię chemiczną w funkcji jego stanu naładowania. Krzywa 10 dzieli wykres zasadniczo na dwie strefy: strefę niedoładowania 12 akumulatora lub baterii, która leży poniżej krzywej 10 i strefę nadmiernego naładowania 14, która leży powyżej krzywej 10. Krzywa składająca się z przecinających się linii 16 i 18 jest uważana za krzywą charakterystyczną dla znanego urządzenia do ładowania, które ładuje akumulator lub baterie stałym prądem aż do momentu uzyskania na końcówkach określonego napięcia, które odpowiada stanowi naładowania 100% akumulatora lub baterii. W tym momencie prąd stały jest przerywany i zmniejszany albo do zera albo do wartości doładowania. Linia doładowania 20 jest przedłużeniem krzywej 10 za linią 18, to znaczy po wystąpieniu warunku reprezentowanego linią 18.

Stan naładowania 100% jest osiągany, gdy ładowany akumulator lub bateria osiągnęły 100%o zdolności magazynowania energii, i jest mierzony w Ah. Jednak stan naładowania jako taki nie jest cechą, która może być w sposób konkretny zmierzona, chyba że przez pełne rozładowanie akumulatora lub baterii w celu określenia, jaki stan naładowania był w momencie, gdy zaczęła się operacja rozładowania. Z drugiej strony zdolność akumulatora lub baterii do pobierania ładunku jest funkcjąeego stanu naładowania i jeżeli do akumulatora lub baterii jest dostarczany prąd większy niż możliwy do pobierania, aby zwiększyć stan naładowania, wtedy w akumulatorze lub baterii jest wytwarzane ciepło i gazy. Obszar 22 powyżej krzywej 10, ale poniżej linii 16, 18 określa zespół warunków, przy których wystąpi przegrzanie w warunkach ładowania określanych przez linie 16, 18.

Urządzenie do ładowania według wynalazku zachowują się zgodnie z linią 16, która może wystąpić przy 10C i przy poziomie prądu ładowania, pokazanym na fig. 1, lecz może wystąpić także przy każdej innej wartości, na przykład 3C, 4C lub nawet do 20C, aż do osiągnięcia takiego stanu naładowania, przy którym linia 16 przecina krzywą 10. W tym czasie jest dokonywana regulacja prądu ładowania. Zatem krzywa 10 przedstawia krzywą pobierania ładunku.

Jeżeli do akumulatora lub baterii jest dostarczany prąd ładowania i stan ładunku zwiększa się, nośniki elektrochemiczne w akumulatorze lub baterii są kolejno wyprowadzane ze stanu rozładowanego w stan naładowany. W wyniku tego, wraz z następowaniem ładowania, j est coraz mniej nośników dostępnych dla przemiany i zdolność akumulatora lub baterii do pobierania ładunku maleje. Jeżeli w tym czasie, gdy zmniejszona gęstość nośników oznacza, że akumulator lub bateria nie ma zdolności do pobierania ładunku poza pewną granicę, wymuszanie prądu ładowania poza tę granicę nie powoduje szybszego ładowania, ale powoduje zwiększenie potencjałów elektrod do poziomu elektrolizy, czego wynikiem jest tworzenie się gazu i nadmierne wydzielanie ciepła. Następuje nadmierne naładowanie akumulatora lub baterii i mogą powstać uszkodzenia w akumulatorze lub baterii. Usiłuje się to przezwyciężyć, stosując układy ładowania według wynalazku, przez określenie momentu, kiedy nośniki ładunku nie mają już zdolności przetwarzania wejściowego prądu ładowania, a więc zmniejszenia prądu wejściowego celem dopasowania malejącej zdolności nośników do przetwarzania prądu ładowania. Te cechy są omówione poniżej.

Poniższa dyskusja dotyczy szczególnie akumulatorów kadmowo-niklowych lub baterii wykonanych z wielu ogniw kadmowo-niklowych, takich jak stosowane w ręcznych narzędziach elektrycznych i tym podobnych. Przy napięciu równowagi ogniwa około 1,2 V na ogniwo, ogniwa kadmowo-niklowe mają ujemny współczynnik temperaturowy rzędu -4mV/°C. Ogniwa są ładowane przy większym napięciu na końcówkach układu ładowania tak, że występuje napięcie czynne będące różnicą pomiędzy napięciem na końcówkach układu ładowania i napięciem resztkowym ogniwa. Produkowane ogniwa niklowo-kadmowe, zwłaszcza z elektrodami spiekany8

172 578 mi, mają zdolność tolerowania bardzo dużej szybkości rozładowania do 10C, podczas gdy zalecana szybkość ładowania wynosi zwykle około 0,1C.

Reakcje ładowania w ogniwie niklowo-kadmowym są następujące:

2Ni(OH)₂ + 20H- -> 2Ni00H*H₂0 + 2e (11

Cd(OH)₂ + 2e -> Cd + 20H’ (2)

Ograniczenie małej zalecanej szybkości ładowania około 0,1C nie jest związane z powyższymi reakcjami ładowania, lecz z przedstawioną poniżej reakcję nadmiernego ładowania (3), która może wystąpić na dodatniej elektrodzie ogniwa niklowo-kadmowego, a także z reakcjami nadmiernego ładowania (4) i (5), które występująna ujemnej elektrodzie uszczelnionego ogniwa niklowo-kadmowego, lub z reakcją nadmiernego ładowania (6), które występuje na ujemnej elektrodzie odpowietrzanego ogniwa niklowo-kadmowego. Reakcje nadmiernego ładowania są następujące:

40H- -> 2H20 + 02 + 4e	(()
02 + 2Cd + 2H20 -> 2Cd(OH)2	(4)
02 + 2H20 + 4e ->40H-	(5)
2H20 + 2e -> H2 + 20H-	(6)

Podczas ładowania akumulatorów uszczelnionych tlen powstający w wyniku reakcji nadmiernego ładowania (3) wytwarza w akumulatorze ciśnienie, które przyspiesza reakcje zużywania wytworzonego tlenu, co pokazano w reakcjach nadmiernego ładowania (4) i (5). Przy małych szybkościach ładowania, na przykład około 0,1C, ciśnienie w uszczelnionym akumulatorze pozostaje na poziomie około 1 atmosfery, podczas gdy przy szybkości ładowania tylko 1,0C ciśnienie w uszczelnionym akumulatorze mogłoby przekroczyć 10 atmosfer dla zwykłych ogniw i nawet 5 atmosfer dla specjalnych ogniw o dużej szybkości ładowania, w których przewidziano specjalne rozwiązania do wspomagania rekombinacji tlenu. Zatem szybsze ładowaniejest możliwe tylko wtedy, gdy prąd ładowania jest sterowany albo przerwany przed wystąpieniem w akumulatorze warunków nadmiernego ładowania. Ponadto reakcje rekombinacji są wolniejsze w niskich temperaturach tak, żejeżeli temperatura ogniwajest zmniejszona o około 40°C, ciśnienie robocze ulegnie zwykle podwojeniu. Z tego powodu w przypadku zimnych akumulatorów jest bardzo ryzykowne otwieranie zaworu bezpieczeństwa w ogniwie, gdyż mogłoby to spowodować utratę elektrolitu z ogniwa, zwłaszcza gdy zimne ogniwo jest szybko ładowane przez układy i sposoby inne niż według wynalazku.

Ponadto reakcje nadmiernego ładowania (3), (4) i (5) dla ogniw uszczelnionych mogą także powodować znaczne wydzielanie się ciepła w ogniwie. Z drugiej strony, reakcje ładowania (1) i (2) na ogół powodują nieznaczne chłodzenie ogniwa, wynikające z ujemnego ciepła reakcji około 0,06 kcal/Ah. To ujemne ciepło reakcji może być maskowane, albo nie, przez wytwarzanie ciepła w ogniwie ze względu na rezystancję wewnętrzną ogniwa. Również reakcja rozładowania ogniwa wykazuje przeciwny efekt cieplny względem ujemnego ciepła reakcji (1) czy (2). Jeżeli ogniwo ma być izolowane cieplnie, reakcja ładowania z bardzo małymi szybkościami ładowania może powodować ochłodzenie ogniwa o około 10°C, lecz następny okres nadmiernego ładowania może zwiększać temperaturę ogniwa o przynajmniej 20°C dla każdych 10% ponad pełny ładunek ogniwa.

Figura 2 przedstawia proces rozładowania, ładowania i nadmiernego ładowania, analizowane przy wartości 1C. Krzywa 24 wykazuje wzrost temperatury od niższej niż 10°C do ponad 30°C w czasie nieco dłuższym niż jedna godzina rozładowania, przy obniżaniu temperatury dla następnej godziny ładowania do około 25°C, a potem znaczy wzrost temperatury przez następne około pół godziny nadmiernego naładowania.

F aza nadmiernego naładowania, oznaczona na fig. 1i 2, może wystąpić nawet przed zakończeniem ładowania akumulatora. Jednak przy dużych szybkościach ładowania, zdolność akumulatora do przyjmowania ładunku może spaść poniżej szybkości ładowania, nawet gdy stan naładowania jest tylko częścią pełnej pojemności tak, że mogą rozpocząć się reakcje ładowania nadmiernego, wraz z towarzyszącymi im skutkami nagrzewania i zwiększonego ciśnienia na długo przed całkowitym naładowaniem ogniwa.

172 578

W większości znanych sposobów prąd ładowania jest dostarczany w krótkich impulsach o dużej energii, oddzielonych przez okresy o zerowej wartości prądu, podczas których jest uzyskiwana informacja o stanie naładowania. Informację tę stanowi bezrezystancyjne napięcie na końcówkach lub może być ona związana z określaniem szybkości zaniku napięcia w okresie zerowego prądu ładowania. Część ciepła wynikająca z reakcji nadmiernego ładowania może być wyeliminowana, lecz w wyniku dostarczania krótkich impulsów dużego prądu, a zatem poddania akumulatora dużym spadkom napięcia, występuje odwracalne nagrzewanie związane z wewnętrzną rezystancją ogniwa.

Wynika z powyższego, że idealne jest sterowanie prądem ładowania tuż pod poziomem, w którym rozpoczynają się warunki nadmiernego ładowania, jak pokazano na fig. 1 i 2, ponieważ można uniknąć zarówno nadmiernego ciśnienia jak i przegrzania. Urządzenie według wynalazku, w którym stosuje się przerwania prądu o czasie tylko kilku ms, jest w stanie wykryć początek reakcj i nadmiernego ładowania w akumulatorze i tym samym zmniej szyć prąd ładowania do bezpiecznego poziomu tak, żeby ładować akumulator możliwie największym prądem, bez nadmiernego naładowania. Urządzenie według wynalazku działa zgodnie z krzywą pobierania ładunku akumulatora lub baterii po czasie, w którym stała linia 16 przetnie krzywą 10 pobierania ładunku, co pokazano na fig. 1.

Figura 3 przedstawia charakterystyki ładowania, temperaturową i prądową ogniw o połowie wysokości i częściach C, mających pojemności około 650 mAh. Początkowy prąd pokazany na krzywej 26 jest dostarczany przy szybkości ładowania przynajmniej 18 C przez około 3 minuty, w wyniku czego prawie 90% ładunku ogniwajest dostarczane w ciągu pierwszych 5 minut,co pokazuje krzywa 28. W tym samym czasie krzywa 30 pokazuje, że wewnętrzna temperatura ogniwa wzrosła tylko o około 10°C, gdy początkowa temperatura ogniwa była równa w przybliżeniu zwykłej temperaturze pokojowej.

Figura 4 przedstawia następne krzywe ogniw dla części C, mających pojemności około 1200 mAh. Jednak krzywa ładowania 32, krzywa temperaturowa 34 i krzywa ładowania 36 akumulatora są połączone krzywą38, która pokazuje wewnętrzne ciśnienie ogniwa mierzone przez czujnik. Ładowanie trwa nominalnie 15 minut z szybkościąładowania około 4 C tak, że po około 12 lub 13 minutach prąd zaczyna zmniejszać się i ładunek osiąga około 90% pojemności nominalnej. W ogniwie występuje zaniedbywalny wzrost ciśnienia i wzrost ciśnienia spada przy czasie około 18 minut, gdy prąd ładowania zmniejsza się do zera. Temperatura w ogniwie w rzeczywistości obniża się bardzo nieznacznie w przeciągu całej operacji ładowania.

Figura 5 przedstawia typowe warunki prądowe i temperaturowe pokazane przy pomocy krzywych 40 i 42 dla zwykłych ogniw z charakterystykami ładowania jak na fig. 4. W tym przypadku jednak prąd rozładowania jest nieco większy, przy około 5C. Podczas trwania okresu rozładowania oznaczonego krzywą 44 temperatura wewnętrzna ogniwa wzrasta, podczas gdy w kolejnym okresie ładowania 46 temperatura wewnętrzna ogniwa maleje. Ten sam wzrost temperatury podczas rozładowania i spadek temperatury podczas ładowania powtarzają się w okresach 48 i 50. Efekt chłodzenia elektrochemicznego połączony ze stratami ciepła powodują usuwanie ciepła wytwarzane podczas każdego okresu rozładowania, gdy ogniwojest następnie ładowane.

Figura 6 przedstawia inny zespół krzywych, podobnych do zespołu z fig. 4. Jednak w tym przypadku temperatura ogniwajest bardzo niska, w zakresie od -15°C do -10°C. Krzywa ładowanie 52 nie osiąga maksimum około 5 A w wyniku ograniczenia przez przełączane źródło mocy w układach ładowania, jako że zdolność ogniwa do pobierania ładunku zmniejsza się wskutek niskiej temperatuiy. Istnieje pewna tendencja do zwiększania temperatury zgodnie z krzywą 54, gdy ładunek, tojest krzywa 56 wzrasta. Jednak gdyby ogniwo nagrzało się i było zdolne do pobrania większego prądu, nie zostałoby przeładowane i temperatura zaczęłaby maleć. Urządzenie do ładowania pracowało w okresie 20 minut i w momencie 60 zostało wyłączone. Następnie zostało ono niezwłocznie uruchomione ponownie i prąd ładowania nadal odwzorowywał krzywą 52, w kierunku do dołu. Ciśnienie w ogniwie wzrasta przez cały czas, w którym trwa operacja ładowania, jednak nie występuje żadne wytwarzanie nadmiernego lub niebezpiecznego ciśnienia w ogniwie przy niskich temperaturach ogniwa.

172 578

Figura 7 przedstawia typowe krzywe ładowania dla różnych rodzajów ogniw i akumulatorów, w tym krzywą 62 mierzonego prądu ładowania, krzywą ładowania 64 i krzywą temperaturową 66, które stanowią charakterystyki ładowania akumulatora niklowo-kadmowego ładowanego początkowym prądem ładowania rzędu 200A. Pojemność tego akumulatora stanowiącego duży, samolotowy, odpowietrzany akumulator niklowo-kadmowy o konstrukcji z płytami spiekanymi, wynosi 40 Ah. Krzywa 64 pokazuje, że około 85% ładunku jest dostarczane do akumulatora w ciągu 10 minut. Ponadto temperatura wewnętrzna akumulatora, który był ładowany w pokojowej temperaturze otoczenia, wzrasta o mniej niż 10°C. Akumulator został ponownie naładowany całkowicie w czasie krótszym niż 30 minut.

Zostanie teraz opisane typowe urządzenie do ładowania według wynalazku.

Figura 8 przedstawia typowe urządzenie do ładowania, z zespołem akumulatorówjak omówiono powyżej. Układy są znacznie uproszczone w celu pokazania podstawowych elementów, niekoniecznie wszystkich. Ponadto jest pokazanych kilka elementów dodatkowych, które wpływają na zmienne napięcie odniesienia według wynalazku i są zależne od takich czynników j ak temperatura i prąd ładowania, ale mogąnie wystąpić w konkretnym urządzeniu do ładowania.

Urządzenie do ładowania z fig. 8 zawiera źródło 70 energii elektrycznej dostarczające napięcie przemienne 115 V lub napięcie stałe 12 V lub inne, przy czym napięcie przemienne 115 V jest standardowym napięciem stosowanym w gospodarstwach domowych w Stanach Zjednoczonych Ameryki, a 12 V jest standardowym napięciem samochodowym. Energia elektryczna ładowania jest dostarczana do wyjścia 72, do którego jest dołączany akumulator 74 lub ogniwo. Szeregowo do źródła 70 energii elektrycznej jest dołączony inwerter przełączający 76, a typowym przyrządem przełączającym jest tranzystor połowy typu MOS Ql. Ilość energii dostarczanej do wyjścia 72 i akumulatora 74, czyli prąd ładowania, może być regulowana przez przełączanie inwertera przełączającego 76 pomiędzyjego stanem przewodzenia i nieprzewodzenia. Sterowanie przełączaniem jest realizowane przy pomocy sterownika 78, który może być sterownikiem z modulacją szerokości impulsu. Sterownik 78 jest sterowany proporcjonalnie przez wejście sterujące 84, które jest dołączone do wyjścia wzmacniacza 86. Natomiast drugie wejście 80 sterownika 78 jest dołączone do układu synchronizacji 82 celem aktywowania tego wejścia 80 i sterowania krótkimi przerwaniami prądu ładowania.

Stosuje się także inne sterowane układy zasilania, na przykład odpowiadające wymaganiom fig. 1. Pokazany na fig. 8 inwerter przełączający 76 wykorzystuje tranzystor połowy typu MOS Q1, który można zastąpić na przykład przez tranzystor bipolarny, sterowany prostownik krzemowy, tyrystor wyłączany bramką, regulator liniowy lub przełączany wzmacniacz magnetyczny, w układach o różnych typach i topologiach.

Do detekcji napięcia na końcówkach akumulatora 74 są zastosowane elementy czujnikowe. Stanowije linia czujnikowa 88 dołączona do rezystora PS tak, że sygnał na ujemnym wejściu komparatora 90, połączonym także z rezystorem R25 w układzie dzielnika napięcia dołączonego do masy, jest funkcją napięcia na końcówkach akumulatora 74. Na drugim wejściu komparatora 90 występuje napięcie odniesienia, które jest wytwarzane w układzie ładowania i jest niezależne od napięcia na końcówkach akumulatora 74. Napięcie odniesienia jest przyłożone do przewodu 92 i początkowo ustawiane podczas kalibracji układu poza dzielnikiem z rezystorami R31 i P1. Wartość napięcia odniesienia na przewodzie 92 jest jednak pod algebraicznym wpływem kompensacji, którajest przeprowadzana dla temperatury akumulatora 74 lub otoczenia, w zależności od montażu czujnika 94 temperatury. Na wartość napięcia odniesienia na przewodzie 92 wpływa także algebraicznie wartość prądu ładowania. Układ kompensacji temperaturowej 96 i układ kompensacji prądowej 98 są połączone przez przewody przełączeniowe 11 i 12 tak, że ich wartości wyjściowe są dodawane algebraicznie w węźle 100. Przy wystąpieniu różnicy pomiędzy napięciem odniesienia na przewodzie 92 i wykrytym napięciem w węźle 102, czyli na wejściach komparatora 90, sygnał wyjściowy z komparatora 90 jest dostarczany przewodem 104 do wejścia sterującego przerzutnika 106, którymjest na przykład przerzutnik typu D. Wyjściowy sygnał sterujący przerzutnika 106 jest podawany przewodem 108, przez obwód zawierający rezystor R341 kondensator C14 i mający dużą stałą czasową, do jednej z końcówek wejściowych wzmacnia172 578 cza 86. Do wzmacniacza 86 jest dołączony obwód sprzężenia zwrotnego zawierający kondensator C15 i rezystor R40 i mający małą stałą czasową. Zwykle szybkość sterownika 78 jest taka, żeby inwerter przełączający 76 pracował przy częstotliwościach od 20 do 30 kHz, a w niektórych przypadkach do 100 kHz. Inwerter przełączający 76 w danej konfiguracji zawiera przełączający tranzystor połowy typu MOS Q1, diodę D2 i cewkę indukcyjną L1.

Zwykle inwerter przełączający 76 jest wyłączany całkowicie na okres od 0,5 ms do około 20 ms, najczęściej w zakresie od 1do 3 lub 5 ms, przy sterowaniu aktywnym wejściem 80 sterownika 84. Kondensator C6 odfiltrowuje częstotliwość przełączania inwertera przełączającego 76, żeby wykluczyć wszystkie niepożądane efekty związane z wielkączęstotliwościąna wyjściu 72.

Cykl pracy inwertera przełączającego 76 jest sterowany przez sterownik 78 przy pomocy logicznego sygnału włączającego 80 i proporcjonalnego do niego sygnału sterującego 84.

Na wejściowy sygnał sterujący 84 oddziałuje sygnał wyjściowy wzmacniacza 86, zależny od prądu ładowania, jeżeli działa układ kompensacji prądowej 98. W każdym przypadku sterownik 78 może być więc sterowany w dowolnym czasie, kiedy płynie prąd ładowania, lecz przy zachowaniu warunków działania układu ładowania i warunków prądu ładowania oraz wykrywanego napięcia na końcówkach akumulatora 74, wszystkich sterowanych przez sygnał wyjściowy 108 przerzutnika 106. Ten sygnał wyjściowy jest z kolei funkcją sygnału wyjściowego komparatora 90 na przewodzie 104, określonego przez porównanie wykrytej wartości napięcia w węźle 102 i napięcia odniesienia na przewodzie 92.

Działanie opisanego obwodu sprzężenia zwrotnego polega na tym, że w liniowym obszarze pracy, gdy prąd ładowaniajest większy niż zero, lecz mniejszy niż prąd maksymalny, reguluje on wartość prądu ładowania tak, że napięcie akumulatora wykrywane w węźle 102 w czasie, gdy wyjście komparatora 90 na przewodzie 104jest ustalone w przerzutniku 106, powinno być równe wartości napięcia odniesienia na przewodzie 92. Napięcie odniesienia na przewodzie 92 jest lub może być następnie pod wpływem wartości prądu ładowania i/lub sygnału wyjściowego przyrządu 94 czułego na temperaturę, jeśli układy kompensacji 96 i/lub 98 są aktywne.

Dostarczeniu impulsowego sygnału synchronizacji na przewód 110 w celu aktywowania wejścia 80 sterownika 78 i na wejście zegarowe przerzutnika 106, zapewnia sterowanie z włączaniem/wyłączaniem inwertera przełączającego 76, przy sterowaniu układem synchronizacji 82. Impuls zegarowy może być także podany na przewód 112 zamiast przewodu 110 w wyniku sterowania przez dołączenie źródła prądu przemiennego także do wejścia 70 i dzięki temu jego wyzwolenie.

W niektórych przypadkach element 95 czuły na ciśnienie, na przykład zamontowany w określony sposób czujnik naprężeń lub podobny układ o rezystancji zmiennej w zależności od ciśnienia, może być zamontowany w akumulatorze lub ogniwie. Element 95 czuły na ciśnienie jest połączony z przewodem przełączeniowym J3. Działanie elementu 95 czułego na ciśnienie wpływa na napięcie w węźle 100 w taki sam sposób, jak działanie elementu 94 czułego na temperaturę, na przykład termistora, wpływa na napięcie w węźle 100.

W odmiennym układzie wyjście układu kompensacji temperaturowej 96 i układu kompensacji prądowej 98 lub elementu 95 czułego na ciśnienie, zamiast być łączone tak, aby wpływać algebraicznie na napięcie odniesienia na przewodzie 92, mogą być połączone w węźle 102 przy pomocy przewodu 114. W tym przypadku wartość napięcia odniesienia na przewodzie 92 pozostaje zasadniczo stała, natomiast drugie wejście komparatora 90, dołączone do węzła 102, jest pod algebraicznym wpływem układów kompensacji 96 i/lub 98. Zwykle następny wzmacniacz inwertera mógłby być wstawiony w przewód 114 tak, żeby wpływ wyjścia układów kompensacji 96 i/lub 98 był dodawany algebraicznie w węźle 102 w przeciwnym kierunku, niż byłoby to węźle 100 tak, żeby oddziaływać na wartość napięcia odniesienia na przewodzie 92.

Zostanie obecnie omówiony wpływ kompensacji temperaturowej jako wynik działania elementu 94 czułego na temperaturę i układu kompensacji temperaturowej 96. Głównym celem kompensacji temperaturowej jest uniknięcie niekontrolowanego wzrostu temperatury'. Ponadto urządzenie do ładowania według wynalazku musi być zdolne do pracy w szerokich zakresach temperatury, zwykle od -20°C do +50°C.

172 578

Zastosowany jest element 94 czuły na temperaturę, którym może być termistor, rezystor czuły na temperaturę inny niż termistor, dwukońcówkowy obwód aktywny czuły na temperaturę lub wielokońcówkowy obwód aktywny czuły na temperaturę. W każdym przypadku wyjście elementu 94 czułego na temperaturę jest funkcją temperatury elementu i stan jego wyjścia zmienia się w zależności od temperatury elementu. Temperatura elementu zależy od sposobu, w jaki jest on zamontowany. Element czuły na temperaturę może być zamontowany w taki sposób, że na jego temperaturę wpływa otoczenie, w którymjest umieszczony układ ładowania lub akumulator czy ogniowo. Element może być zamontowany w taki sposób, że na jego temperaturę wpływa temperatura wewnętrzna akumulatora lub ogniwa. W poprzednich warunkach element czuły na temperaturę może być po prostu zamontowany w położeniu znajdującym się w pobliżu strony zewnętrznej obudowy układu ładowania lub w pobliżu układu mocującego, w którym umieszczony jest akumulator lub ogniwo. W tym ostatnim przypadku element czuły na temperaturę może być zamontowany w taki sposób, żejest wymuszony ścisły i bezpośredni kontakt fizyczny z obudową lub osłoną akumulatora lub ogniwa tak, że zmiany temperatury wewnętrznej akumulatora lub ogniwa wpływają na temperaturę jego obudowy i w wyniku tego są wykrywane przez element 94 czuły na temperaturę.

Element 94 czuły na temperaturę jest zamontowany przy pomocy łączników 116 i 118. W urządzeniu z fig. 8 łącznik 118 jest wykonany tak, że przełącznik 120 jest otwarty, gdy element czuły na temperaturę jest dołączony. W każdym przypadku wartość rezystora R20 może być taka, że istnieje w przybliżeniu liniowe napięcie wyjściowe na połączeniu rezystorów R19 i R20 w zakresie na przykład od -10°C do +60°C. Zmiana wartości rezystora R19 umożliwia regulację stopnia kompensacji temperaturowej tak, że gdy na przykład układ ładowania akumulatorów działa tylko dla określonego typu akumulatora, takiego jak niklowo-kadmowy lub niklowo-wodorkowy lub ołowiowo-kwasowy, mogą być wybrane różne wartości rezystora R19. Rezystor stały R21 jest włączony do układu, jeżeli element 94 czuły na temperaturę zostaje usunięty i przełącznik 120 przy łączniku 118 zostaje zamknięty.

Szeregowo do rezystora R19 i przewodu przełączeniowego II jest dołączony element N19, któryjest obwodem o złożonym, nieliniowym wyjściu, w wyniku czego działanie układu zależne od elementu 94 czułego na temperaturęjest bardziej czułe w pewnych zakresach temperatury niż w innych.

Do węzła łączącego rezystory R19, R20 i R21 jest dołączony wzmacniacz 122. Przy przypadkowym rozwarciu obwodu zawierającego element 94 czuły na temperaturę, wzmacniacz 122 wytwarza sygnał otwartego czujnika temperatury na przewodzie 124. Przewód 124 dochodzi do wejścia elementu LUB 109, któryjest połączony tak, że dowolny sygnał najego wejściu powoduje zaświecenie diody elektroluminescencyjnej 126, która promieniuje światło czerwone. Równocześnie sygnał wyjściowy elementu LUB 109 jest podawany do przerzutnika 106 i powoduje wyłączenia przerzutnika 106 i przez to przerwanie dalszego przepływu prądu ładowania na wyjściu 72.

Zastosowano także komparator 91 i drugi przerzutnik 107. Wejścia komparatora 91 są połączone z linią czujnikową 88 i poprzez dzielnik napięcia zawierający rezystory R29 i R30 z przewodem 92 napięcia odniesienia. Celem komparatora 91 jest wykrywanie wadliwego ogniwa w akumulatorze 74. Jeżeli wykrywane napięcie na końcówkach nieobciążonego akumulatora 74 zmniejsza się ze względu na uszkodzenie ogniwa, wówczas komparator 91 wykrywa nie dające się tolerować różnice pomiędzy wartością wyczuwanego napięcia i napięcia odniesienia. W tym przypadku sygnał wyjściowy komparatora 91 jest podawany do przerzutnika 107, na którego przewodzie 111 występuje małe napięcie wyjściowe. To małe napięcie wyjściowe na przewodzie 111 jest podawane na wejście elementu LUB 109, na którego drugim wejściu występuje sygnał RTO dochodzący przewodem 124. Sygnał na dowolnym wejściu elementu LUB 109 powoduje zaświecenie diody elektroluminescencyjnej 136 i równocześnie jest dostarczany sygnał wyłączenia przerzutnika 106.

Działanie elementu 95 czułego na ciśnienie może być całkiem podobne do działania elementu 94 czułego na temperaturę. Element 95 czuły na ciśnienie jest połączony z przewodem

172 578 przełączeniowym 13, ewentualnie poprzez elementy podobne jak w przypadku elementu 94 czułego na temperaturę. W każdym przypadku sygnał wyjściowy elementu 95 czułego na ciśnienie, którego działanie zależy od ciśnienia wewnętrznego akumulatora 74, wpływa na napięcie w węźle 100 lub w węźle 102, co omówiono powyżej.

Na napięcie odniesienia na przewodzie 92 lub na sygnał reprezentujący wyczuwane napięcie w węźle 102 może oddziaływać algebraicznie wartość prądu ładowania dostarczanego do akumulatora 74. Jest to funkcja układu kompensacji 98.

W tym przypadku linia czujnikowa 128 prądu prowadzi od ujemnej końcówki wyjścia 72, która jest połączona także z dodatnią końcówkąbocznika R5 wyczuwającego prąd, poprzez filtr wygładzający, zawierający rezystor R15 i kondensator C18, do wejścia wzmacniacza 130. Wzmocnienie wzmacniacza 130 jest określone przez wartości rezystorów R16 i R17. Wyjście wzmacniacza 130 jest dołączone przez rezystor R18 i przewód przełączeniowy J2 do węzła 100 lub w pewnych okolicznościach do węzła 102. W każdym przypadku układjest taki, że w najprostszym wykonaniu sygnał wyjściowy wzmacniacza 130 zmienia wartość od największej do najmniejszej podczas dostarczania prądu ładowania do akumulatora 74 i po wyczuciu przez linię czujnikową 128, znajduje się we wstępnie określonym zakresie. Na przykład wyjście wzmacniacza 130 dla układu ładowania 10 A może mieć największąwartość wówczas, gdy prąd ładowania jest większy od 3 A i najmniejsząwartość, gdy prąd ładowaniajest mniejszy od zera. Ponadto wartość sygnału wyjściowego może wahać się zasadniczo liniowo we wstępnie określonym zakresie wartości prądu.

Dioda D14, o ile występuje, powoduje ograniczenie obszaru działania układu kompensacji 98 tylko do tych napięć wyjściowych wzmacniacza 130, które są większe od napięcia w węźle 100 lub w węźle 102, co omówiono powyżej. W wyniku tego w przypadku pokazanym w urządzeniu z fig. 8, wzmacniacz 130 wykonuje liniowe sterowanie napięciem odniesienia na przewodzie 92 jedynie wówczas, gdy prąd ładowaniajest mniejszy od 3 A lub większy od 1 A. To umożliwia właściwą kompensację prądu ładowania w szerokim zakresie ogniw i akumulatorów, których typ jest określony dla szczególnych układów ładowania. Zatem można dobrać określone wartości elementów, to jest ich rezystancje, napięcia progowe i tak dalej.

Licznik 132 może działać jako układ synchronizacji i dostarcza sygnał do węzła 100 na koniec wstępnie określonego okresu ładowania, w wyniku czego wartość napięcia na przewodzie 92 może być zmniejszona. Jest to szczególnie użyteczne przy ładowaniu akumulatorów ołowiowo-kwasowych, w wyniku czego po nieco większym napięciu początkowym w okresie szybkiego ładowania na początku układu ładowania, może występować mniejsze napięcie ładowania.

Ponadto przerzutnik 106 ma wyjście dołączone do przewodu 134, który dochodzi do diody elektroluminescencyjnej 136 promieniującej światło zielone. Funkcją diody elektroluminescencyjnej 136 jest dostarczanie sygnału wizyjnego wskazującego, że układy ładowania dzia^^j^i prąd ładowaniajest dostarczany przez wyjście 72. Sygnał na przewodzie 134 jest komplementarny z sygnałem na przewodzie 108. Jeżeli na przykład istnieje stały sygnał na linii 108, gdyż stan i warunki akumulatora 74 są takie, że występuje ciągły prąd ładowania, wtedy przewód 108 ma ciągle stan wysoki, a wyjście przerzutnika 106 dołączone do przewodu 134 - ciągle stan niski, co umożliwia ciągłe świecenie diody elektroluminescencyjnej 136. Z drugiej strony, gdy wyjście rozpoczyna regulację tak, że prąd ładowania zaczyna się zmniejszać ze względu na modulację sterownika mocy lub inwertera przełączającego, wtedy świecenie diody elektroluminescencyjnej 136 staje się nieciągłe. Przy właściwych wartościach innych elementów układowych do regulacji stałych czasowych i innych parametrów, dioda elektroluminescencyjna 136 zaczyna migotać z częstotliwością widzialną.

Linia czujnikowa 128 prądu dochodzi nie tylko do wzmacniacza 130, lecz także do wzmacniacza 86. Stała czasowa obwodu zawierającego tranzystor C15 i rezystor R40 jest małą stałą czasową, podczas gdy stała czasowa obwodu zawierającego rezystor R34 i kondensator C14 jest dużą stałą czasową. Z tego względu działanie sterownika 78, zwykle sterownika z modulacją szerokości impulsu, może być sterowane przez wyjście przerzutnika 106 w dowolnym czasie, gdy prąd ładowania płynie do wyjścia 72 i jest wyczuwany w linii czujnikowej 128. Sterowanie to od14

172 578 bywa się zgodnie z wyczuwanymi warunkami i w funkcji wejścia i wyjścia komparatora 90, jako rezultat wartości wyczuwanego napięcia na końcówkach nieobciążonego akumulatora, na które wpływa algebraicznie na przewodzie 92 lub w węźle 102 wyjścia układu kompensacj i temperaturowej 96, układu kompensacji prądowej 98 lub elementu 95 czułego na ciśnienie.

Duże znaczenie może mieć zastosowanie dodatkowego rezystora RS 1, któryjest pokazany jako integralna część wewnętrznej struktury akumulatora 74, co nie dotyczy przypadku, gdy do wyjścia 72 jest dołączone pojedyncze ogniwo. Dzięki temu określona wartość napięcia odniesienia na przewodzie 92 może być dopasowana w węźle 102 w wyniku napięcia na końcówkach akumulatora 74, które jest rezultatem liczby ogniw akumulatora, które są połączone w układzie szeregowym lub szeregowo-równoległym. Jest właściwe, żeby wartość napięcia odniesienia na przewodzie 92 była szczególna, to jest żeby była szczególna wartość napięcia odniesienia na jedno ogniwo. Zatem jest właściwe, żeby układ ładowania miał pewne środki do określania, ile ogniw jest w połączeniu szeregowym tak, żeby ustawić zgodnie z tym napięcie wyjściowe.

Problem może powstać w wyniku wymagań co do układu ładowania według wynalazku dla ładowania zespołów akumulatorów dla różnego rodzaju ręcznych narzędzi elektrycznych, z których każde może mieć inne napięcie zasilania. Zespoły akumulatorów mogą mieć także różne napięcia dla pewnych rodzajów zabawek, zdalnie sterowanych modeli pojazdów i statków itd. Bardzo często regulacja różnych napięć na końcówkach zespołu akumulatorów może być dokonana przez zmianę nastawienia przełącznika w układzie ładowania, ale jeżeli przełącznik jest ustawiony nieprawidłowo, może powstać niebezpieczny stan nadmiernego naładowania.

Według wynalazku zastosowanie rezystora RS1 w zespole akumulatorówjest wystarczające do dostarczenia do układu ładowania właściwej informacji dotyczącej napięcia, które należy dostarczyć na wyjście 72. Jednak takie układy ładowania akumulatorów, jak te przystosowane do dostarczania zmiennego napięcia wyjściowego dla zespołów akumulatorów, które zawierają rezystor RS1, nie mają ciągłej linii czujnikowej 88 napięcia, takiej jak na fig. 8, lecz linia czujnikowa napięciajest przerwana, jak wmiejscu 140, i napięcie jest wykrywane na przewodzie 142. Rezystor RS1 zastępuje rezystor PS pokazany na fig. 8, który musi być usunięty, gdy ma być stosowany rezystor RS1.

Wartość rezystora RS1 znajdującego się w zespole akumulatorów jest funkcją liczby ogniw znajdujących się w akumulatorze 74. Oznacza to, że spadek napięcia występuje na połączeniu rezystorów RS1 i R25 tak, że napięcie w węźle 102 jest zasadniczo równoważne napięciu na końcówkach nieobciążonego, pojedynczego ogniwa, co wspomniano powyżej. Dla akumulatora mającego n ogniw, rezystancja rezystora RS1 jest równa (n-1)-krotności rezystancji rezystora R25. Zwykłe rezystory dostępne w handlu wystarczają do zapewnienia napięć i koniecznych rezystancji i zwykle stosuje się rezystory o dokładności rezystancji wynoszącej około 1% wartości znamionowej. Istnieje naturalna cecha odporności na uszkodzenia, ponieważ jeżeli przewód 142 miałby z jakiegoś powodu ulec uszkodzeniu, układ ładowania wyczuwa napięcie małe lub zerowe, a przy zapewnieniu innych cech omówionych poniżej, alarmuje lub powoduje wyłączenie.

Działanie układu z fig. 8 może być zależne od wielu czynników, a dokładne sterowanie układami następuje w rezultacie pewnych własności akumulatora lub ogniwa, mianowicie jego wewnętrznej temperatury, dostarczanego do niego prądu ładowania lub jego wewnętrznego ciśnienia albo wykrywanych zmian tych własności. W szczególności zmiany temperatury wewnętrznej lub ciśnienia wewnętrznego akumulatora lub ogniwa mogą wpływać na działanie układu ładowania tak, że prąd ładowania dostarczany do akumulatora 74 może być zmieniony lub operacja ładowania zakończona. Takie zmiany są rezultatem określonego wzrostu temperatury wewnętrznej akumulatora lub ogniwa albo określonego wzrostu ciśnienia wewnętrznego, a nawet temperatury bezwzględnej lub bezwzględnego ciśnienia wewnętrznego, które zostały osiągnięte w akumulatorze lub ogniwie.

Figury 9(a), 9(b) i 9(c) przedstawiają wpływy różnych napięć odniesienia zmiennych w czasie na prąd ładowania, gdy prąd ładowaniaj est zmniejszany od wartości maksymalnego prądu ładowania, przy utrzymaniu stanu zdolności pobierania ładunku akumulatora lub ogniwa. Każda z fig. 9(a), 9(b) i 9(c) przedstawia rodzinę trzech krzywych: pierwsza krzywa podstawowa poka172 578 zuje zmianę prądu ładowania w czasie, druga krzywa obok krzywej podstawowej pokazuje proporcjonalną zmianę napięcia odniesienia i jego związek z prądem ładowania i trzecia krzywa znajdująca się poniżej krzywej podstawowej pokazuje zmianę napięcia odniesienia w czasie. Skala prądu jest taka sama dla krzywej podstawowej i krzywej obok niej i skala czasu jest taka sama dla krzywej podstawowej i krzywej poniżej niej.

Figura 9(a) pokazuje krzywą 150 prądu ładowania i dwie krzywe 152 i 154 napięcia odniesienia względem prądu ładowania na krzywej 152 i krzywą 154 napięcia odniesienia względem czasu. Prąd ładowania na krzywej 150 rozpoczyna się jako stały, a następnie zmniejsza się do określonej wartości w punkcie 156, w którym napięcie odniesienia na krzywej 152 i 154 zaczyna zmieniać się, aż do chwili osiągnięcia następnej wartości w punkcie 158, w którym napięcie odniesienia na krzywej 152 i 154 osiąga dolną wartość. Jeżeli napięcie odniesienia nie zmieni się przy wartości prądu ładowania pokazanej w punkcie 156, prąd ładowania będzie płynął nadal zgodnie z krzywą 160, ajeżeli napięcie odniesienia jest na poziomie dostosowanym do wartości prądu ładowania w punkcie 158, prąd ładowania będzie płynął zgodnie z krzywą 162.

Figura 9(b) pokazuje natomiast sytuację, w której wzmocnienie wzmacniacza 130 zostało zmniejszone tak, że wpływ napięcia odniesienia na przewodzie 92 zmienia się stopniowo od większej do mniejszej wartości przy zmianie prądu ładowania od wartości górnej do zera. Zatem prąd ładowania na krzywej 164 pozostaje stały na wartości pokazanej linią 166 aż do czasu, gdy zaczyna się regulacja prądu ładowania. W tym czasie napięcie odniesienia pokazane na krzywych 168 i 170 zaczyna maleć, a prąd ładowania zmniejsza się od wartości maksymalnej na linii 166 w tym samym czasie, gdy napięcie odniesienia na krzywej 170 zaczyna maleć.

Figura 9(c) pokazuje stopniową zmianę napięcia odniesienia. W tym przypadku prąd ładowania pokazany przez krzywą 172 przedstawia podobny przebieg jak krzywa 150 z fig. 9(a), z wyjątkiem tego, że w punkcie 174 następuje skokowa zmiana wartości napięcia odniesienia pokazanego przez krzywe 176 i 178. Zmiana ta może być wynikiem osiągnięcia przez prąd ładowania określonej wartości progowej w punkcie 180 lub w rezultacie wyznaczenia przez układ synchronizacji określonego okresu ładowania. Skokowa zmiana napięcia odniesienia powoduje zwykle nieciągłość prądu ładowania w punkcie 182. Poza tym po nieciągłości prądu ładowania może nastąpić powrót do normalnego stanu, co pokazano na fig. 9(c), i w każdym przypadku prąd ładowania po skoku w punkcie 182 przebiega zgodnie z dolnąkrzywąpodobnądo krzywej 162 na fig. 9(a).

Stosowanie zmiany napięcia odniesienia podczas procesu ładowaniajest korzystne, ponieważ wyklucza możliwość niekontrolowanego wzrostu temperatury w akumulatorach niklowo-kadmowych, jak również zapewnia optymalizację cyklu ładowania. Optymalizacja stawia mniejsze wymagania co do energii, a zatem zapewnia większą sprawność energetyczną, a także eliminuje szkodliwe uszkodzenia akumulatora lub ogniwa, które są rezultatem nadmiernego naładowania.

Wynalazek zapewnia kilka sposobów kończenia ładowania akumulatorów lub ogniw. Pierwszych kilka etapów różnych sposobów jest zasadniczo takich samych we wszystkich przypadkach, a są to następujące etapy: dostarczanie prądu ładowania ze źródła energii elektrycznej, takiego jak źródło 70, do wyjścia 72, do którego może być dołączony akumulator 74, a następnie okresowe przerywanie przepływu prądu ładowania pod kontrolą sterownika 78 i określanie napięcia na końcówkach nieobciążonego akumulatora 74. Określanie tego napięcia następuje w okresie czasu, gdy prąd ładowania został przerwany. To określone napięcie jest porównywane w komparatorze 90 z napięciem odniesienia, którejest niezależne od akumulatora 74. W następnym etapie w ustalonym i wstępnie określonym okresie czasu, prąd ładowania jest dostarczany do wyjścia 72 z mniejszą z określonych maksymalnych wartości prądu lub ze zdolnością akumulatora 74 do pobierania prądu ładowania. W wyniku tego, gdy akumulator 74 ma zdolność pobierania prądu ładowania większą niż maksymalna określona wartość prądu, prąd ładowania jest dostarczany do wyjścia 72 ze stałąwartością, którajest równa maksymalnej wartości dopuszczalnej przez układ ładowania. Następnie po pierwszym ustalonym okresie czasu, prąd ładowania nadal jest dostarczany do wejścia z maksymalną wartościąprzez drugi zmienny okres czasu. Jed16

172 578 nak ten drugi zmienny okres czasu trwa tylko tak długo, jak długo wyczuwane napięcie na końcówkach nieobciążonego akumulatora 74 jest mniejsze niż niezależne napięcie odniesienia. Zatem drugi zmienny okres czasu kończy się w pierwszej chwili, gdy napięcie to osiąga taką samą wartość, jak niezależne napięcie odniesienia. W tym momencie prąd ładowania może być zmniejszony w sposób ciągły lub skokowy tak, że wyczuwane napięcie i napięcie odniesienia pozostają na tej samej wartości.

W tej fazie istnieje kilka procedur do wyboru. W pierwszym przypadku układ synchronizacji może pracować od początku cyklu ładowania tak, że po trzecim określonym okresie czasu, mierzonym od początku cyklu ładowania, prąd ładowaniajest zmniejszany do prądu doładowania, gdy prąd ładowania majeszcze wartość maksymalną. Ponadto układ synchronizacji może także pracować od początku cyklu ładowania tak, że na końcu czwartego określonego okresu czasu, który następuje po chwili, gdy prąd ładowania zaczął się zmniejszać, prąd ładowaniajest w sposób wymuszony zmieniany na określoną wartość od zera do określonego małego prądu ładowania, mniejszego od maksymalnej wartości prądu i stanowi prąd doładowania lub ładowania końcowego.

W innym przypadku w okresie czasu, który następuje po drugim zmiennym okresie czasu i gdy istnieje możliwość zmniejszenia prądu ładowania, wartość prądu ładowania może być w sposób stały okresowo próbkowana i porównywana z wartością prądu ładowania przynajmniej dla poprzedniej próbki. Tutaj, gdy zostaje wykryty wzrost prądu ładowania, układy sterowania działają w taki sposób, żeby wymusić dalsze zmniejszenie prądu ładowania.

Figury 1^,11 i 12 wyjaśniająpowyższe. Fig. 10 przedstawia rodzinę typowych krzywych ładowania dla zespołu akumulatorów o różnych pojemnościach, które są wszystkie ładowane identycznym prądem maksymalnym.

Figura 11 przedstawia krzywą prądu ładowania w funkcji czasu, ze wskazanymi pewnymi okresami czasu od początku cyklu ładowania.

Figura 12 przedstawia wykres stanów naładowania dla różnych okresów czasu podczas ładowania akumulatora, włączając stany awaryjne w odniesieniu do okresów czasu z fig. 11.

Na fig. 10 jest przedstawiona rodzina typowych krzywych w odniesieniu do fig. 10 dla różnych pojemności zespołów akumulatorów od 600 mAh do 2500 mAh. Zakłada się, że wszystkie akumulatory były ładowane przy pomocy układów i sposobów według wynalazku, prądem o wartości szczytowej około 7,5 A, zgodnie z krzywą 190. Krzywa 192 odnosi się do zespołu akumulatorów o pojemności 600 mAh, krzywa 194 - do zespołu akumulatorów o pojemności 1000 mAh, krzywa 196 - do zespołu akumulatorów o pojemności 2000 mAh i krzywa 198 - do zespołu akumulatorów o pojemności 2500 mAh. Istnieje widoczne podobieństwo między krzywymi. Krzywe wykazują, że ustalony okres czasu synchronizacji wynoszący 20 minutjest w idealnych warunkach wystarczający dla zespołu akumulatorów o pojemności od 1800 mA do 2500 mAh, a znacznie za długi dla zespołu akumulatorów o pojemności od 500 mAh lub 600 mAh do 1000 mAh lub 1200 mAh. Najlepszą praktykąjest tak szybkie kończenie cyklu ładowania, żeby wykluczyć niekontrolowany wzrost temperatury i dostarczać do użytkownika sygnał, że zespół akumulatorów został naładowany.

Zatem stosowany jest cykl o zmiennej długości całkowitej, składający się z okresu prądu stałego, którego długość jest określona przez zdolność zespołu akumulatorów do pobierania prądu ładowania w warunkach, gdy wyczuwane napięcie na końcówkach nieobciążonego akumulatora jest równe niezależnemu napięciu odniesienia. Cykl ten może trwać 8 do 10 minut.

Figura 11 wyjaśnia to szczegółowo. Po pierwsze okres Tl jest ustalonym okresem czasu, który kończy się w czasie t2. Prąd ładowania według krzywej 200 zwiększa się do maksymalnej wartości w okresie Tl, który w niniejszym omówieniu zawiera okres T4, i osiąga tę maksymalną wartość prądu, jeżeli akumulator pobiera prąd o tej wartości. Przy założeniu, że tak się stanie, podczas drugiego zmiennego okresu T2 nadal płynie prąd ładowania o wartości maksymalnej tak długo, jak długo jest wyczuwane napięcie mniejsze niż niezależne napięcie odniesienia. Okres T2 kończy się w czasie t₃. Następnie prąd ładowania zmniejsza się według krzywej 202 w taki sposób, że wyczuwane napięcie i napięcie odniesienia zachowują tę samą wartość.

172 578

W pierwszym omówionym powyżej przypadku układ synchronizacji działa od początku cyklu ładowania tak, że na końcu trzeciego okresu T3, w czasie jeżeli prąd ładowania ma jeszcze wartość maksymalną zgodną z linią 204, prąd ładowania zostaje zmniejszony do prądu doładowania, zgodnie z linią 206.

W tym samym czasie jednak, jeżeli prąd ładowania jest zgodny z krzywą 202, na końcu czwartego okresu czasu, który rozpoczyna się w czasie t_L i kończy się w czasie t₄, prąd ładowania jest w sposób wymuszony zmieniany na określoną wartość. Wartość ta może być równa 0 lub równa wartości prądu doładowania albo też wartości prądu ładowania końcowego.

Figura 13 przedstawia rodzinę charakterystyk prądu ładowania w funkcji czasu, przy występowaniu warunku niekontrolowanego wzrostu temperatury.

Sposoby według wynalazku zapewniają, że ciśnienie wewnętrzne ładowanego akumulatora lub ogniwa jest kontrolowane. Zatem działanie układu ładowania może być zmienione lub ładowanie zakończone przy wystąpieniu określonego wzrostu temperatury wewnętrznej lub ciśnienia wewnętrznego ładowanego akumulatora lub ogniwa, albo przy wystąpieniu warunków, w których jest osiągana określona temperatura bezwzględna lub określone ciśnienie wewnętrzne ładowanego akumulatora lub ogniwa.

W okresie czasu, w którymjest kontynuowany cykl ładowania, akumulator lub ogniwo jest kontrolowane w sposób ciągły w celu określenia, czy ogniwo lub co najmniej jedno ogniwo w ładowanym akumulatorze jest uszkodzone. Kontrola ta jest realizowana na drodze wyczuwania napięcia bezrezystancyjnego i określania, czy to wyczuwane napięcie zmienia się nagle w porównaniu z poprzednią wartością. Określenie to jest dokonywane przez komparator 91 lub inny układ wysyłający sygnał uszkodzenia ogniwa. W każdym przypadku, gdy uszkodzone ogniwo zostanie wykryte w jakikolwiek sposób, powstaje stan awarii, prąd ładowania jest natychmiast wyłączany i wytwarzany jest sygnał alarmowy.

Jednak może być właściwe ograniczenie badania ogniwa na uszkodzenia w początkowym okresie T4 zawartym w pierwszym okresie Tl. Umożliwia to zachowanie pewnego elektrochemicznego osadzania w akumulatorze lub ogniwie przy pierwszym dołączeniu do układu ładowania, zwłaszcza jeżeli akumulator lub ogniwo są zimne lub głęboko rozładowane.

Na fig. 12 są pokazane wartości szczególnie przeznaczone dla urządzenia do ładowania o maksymalnym prądzie 7,5 A i dla ładowania zespołów akumulatorów o pojemnościach od 600 mAh do 2500 mAh. Po włączeniu zasilania ze stanu wyłączenia w stanie 210 rozpoczyna się w stanie 212 okres T4 testowania wstępnego trwający 37 sekund. Urządzenie do ładowania przechodzi wtedy w stanie 214 do okresu Tl i w czasie t₂, który występuje po 150 sekundach, okres Tl kończy się. Po wykryciu uszkodzenia w stanie 216, zostaje wprowadzany stan alarmu w stanie 218 i cykl ładowania zostaje zakończony. Jednak samo urządzenie do ładowania nie wyłącza się, wymagając do tego operacji ręcznej.

Przy normalnym biegu wypadków zaczyna się teraz okres T2 i w przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych o pojemnościach w zakresie od 600 mAh do 1000 mAh, maksymalnym prądzie ładowania rzędu 7,5 A i napięciu bezrezystancyjnym w zakresie od 1,3 do 1,5 V na ogniwo, okres T2 kończy się w czasie t₃, nie później niż około 8 lub 10 minut od początku cyklu ładowania. W przypadku akumulatorów lub ogniw niklowo-kadmowych o pojemnościach w zakresie od 2000 mAh do 2500 mAh i przy podobnych wartościach prądu ładowania i napięcia ładowania, jak omówiono powyżej, okres T2 kończy się w czasie t₃, nie później niż około 15 lub 20 minut od początku cyklu ładowania. Okres T2 występuje w stanie 220. W tym przypadku, w czasie t₃ może wystąpić kilka opcji. Jeżeli zostaje wykryte uszkodzenie, wtedy układ przechodzi w stanie 218 do alarmu. Zmienny okres T2 w stanie 222 występuje tak długo, jak długojest dostarczany całkowity prąd ładowania, czylijak długo wyczuwane napięcie bezrezystancyjnejest mniejsze niż napięcie odniesienia. Ten okres kończy się, gdy wyczuwane napięcie jest równe napięciu odniesienia. Następnie prąd ładowania przebiega zgodnie z krzywą202 z fig. 11 w stanie 224 na fig. 12, kończąc się w czasie t₄. Jednak w czasie t_L na końcu okresu T3 w stanie 226, o ile prąd ładowania ma jeszcze wartość maksymalną w stanie 204, zostaje on niezwłocznie zmniejszony do wartości prądu doładowania w stanie 206. Następnie po czasie t₄ osiąganajest faza brzęczyka

172 578 w stanie 228, gdzie słychać alarm sygnalizujący użytkownikowi, że ładowanie jest zakończone. Podobnie jak pokazano w stanie 230, również po 1200 sekundach od początku cyklu, jeżeli wartość prądu pozostaje maksymalna, osiągana jest faza brzęczyka w stanie 228.

Nafig.13jest przedstawiona rodzina krzywych prądu ładowania, z których j edna pokazuj e stan, gdy może wystąpić niekontrolowany wzrost temperatury. Krzywe 240 i 242 pokazują warunki, w których występuje normalne zmniejszenie prądu ładowania w czasie. Jednak jeżeli temperatura akumulatora lub ogniwa wzrasta, prąd ładowania może przebiegać zgodnie z krzywą 244 w sposób omówiony powyżej. W tym przypadku prąd ładowania zaczyna wzrastać ponownie, nawet gdy występuje jeszcze warunek równości wyczuwanego napięcia i napięcia odniesienia.

Figura 14 przedstawia przypadek, w którym niekontrolowany wzrost temperatury można wykluczyć. W okresie czasu, gdy prąd ładowania może być zmniejszony, wartość prądu ładowania może być w sposób ciągły okresowo próbkowana i porównywana z wartościąprądu ładowania przynajmniej dla poprzedniej próbki. Może to być zrealizowane na przykład przez sterowany cyfrowo układ próbkowania lub przez prosty układ analogowy kontrolujący wartość pierwszej pochodnej wartości prądu, określany jako detektor minimów.

W przypadku, gdy podobnie jak dla krzywej 246, zostanie wykryty wzrost prądu ładowania, układ sterowania wymusza dalszy spadek prądu ładowania według krzywej 248. Gdyby prąd ładowania mógł mieć nadal wartość pokazanąna krzywej 250, niekontrolowany wzrost temperatury byłby wykluczony, lecz duży prąd resztkowy byłby podawany do akumulatora lub ogniwa, co nie jest to konieczne. Podobnie prąd ładowania może być zmniejszony w kontrolowany sposób, jak pokazano na krzywych 252 i 254, których nachylenia zostały dobrane w sposób dowolny, lecz mniej lub bardziej przybliżający przewidywane krzywe pobierania ładunku danego akumulatora lub ogniwa.

Figura 15, którajest wariantem fig. 11, pokazuje, że może być wybrane wymuszone zmniejszenie prądu według krzywej 260, a nie krzywej 262, jeżeli zostanie stwierdzone, że dla danego akumulatora lub ogniwa akceptowany stan naładowania zostaje osiągnięty w korzystnie krótkim okresie czasu.

Figura 16 przedstawia kryterium eliminowania niekontrolowanego wzrostu temperatury. W tym przypadku prąd ładowania według krzywej 264 osiąga minimum 266 prądu, lecz jeżeli zostaje wykryty wzrost prądu o określoną wielkość ΔΙ 268, wtedy w tym punkcie jest wymuszane zmniejszenie prądu do wartości prądu doładowania według krzywej 270. Może także nastąpić wymuszenie zmniejszenia prądu ładowania do zera.

Figura 17 wyjaśnia koncepcję prądu kończącego dla akumulatorów lub ogniw.

Pewne okoliczności powstają, gdy akumulator lub ogniwo nie będą naładowane w 100%, jeżeli prąd ładowania końcowego zmniejszy się do wartości prądu doładowania. Proste ogniwo, zwłaszcza ogniwo niklowo-kadmowe z zawiniętymi elektrodami, może być rozważane jako nieskończona liczba ogniw połączonych ze sobąrównolegle. Oznacza to, że napięcie pomiędzy elektrodami na odległości od części elektrod, gdzie sąwykonane połączenia z nimi, mogą różnić się niewiele bardziej niż napięcie pomiędzy elektrodami i punktem, gdzie sąwykonane połączenia z nimi, który to punkt jest tym samym punktem, gdzie jest wyczuwane napięcie na końcówkach nieobciążonego akumulatora. Przy założeniu ładunku kończącego przy wartości prądu pomiędzy około 0,5 C i 3 C, ładowanie akumulatora lub ogniwa do całych 100°% pojemności następuje w krótkim czasie. Ma to miejsce również szczególnie w przypadku odpowietrzanych akumulatorów ołowiowo-kwasowych, w których występuje znaczna objętość wolnego elektrolitu otaczającego płyty ogniw akumulatora.

Wynalazek zapewnia określoną wartość prądu ładowania końcowego w czasie w pobliżu końca cyklu ładowania. Ten czas następuje, gdy prąd ładowania osiąga wartość określonego prądu ładowania końcowego. Potemjest rozpoczynany następny okres ładowania prądem stałym przy określonej wartości prądu ładowania końcowego.

Istnieją różne sposoby określenia czasu zakończenia okresu ładowania końcowego. Jednym z takich sposobów jest określenie następnego okresu czasu mierzonego od rozpoczęcia cyklu ładowania albo czasu, kiedy wyczuwane napięcie nieobciążonego akumulatora lub ogniwa

172 578 wzrasta powyżej wartości niezależnego napięcia odniesienia o określoną wielkość, co objaśniono w odniesieniu do fig. 17.

Główna część fig. 17 stanowi powtórzenie fig. 11 i ma takie same oznaczenia. Współzależność napięcia na końcówkach i napięcia bezrezystancyjnego jest w tej samej skali czasowej. Krzywa 280 pokazuje wzrost napięcie bezrezystancyjnego aż do czasu t₃, w którym napięcie to staje się zasadniczo stałe zgodnie z krzywą282. Napięcie na końcówkach ogniwa według krzywej 284 wzrasta wraz z napięciem bezrezystancyjnym do czasu t₃ i różnica pomiędzy tymi napięciami oznaczona 286 pozostaje stała do czasu t₃, ponieważ prąd w ogniwie jest stały zgodnie z krzywą200. Następnie zgodnie z krzywą 202 prąd ulega zmniejszeniu i dlatego napięcie na końcówkach zmniejsza się zgodnie z krzywą288. Wówczas gdy prąd według krzywej 202 maleje do wartości ładowania końcowego zgodnie z krzywą 290 i przecina tę wartość, przybiera następnie nową wartość stałą ładowania końcowego. Napięcie bezrezystancyjne pozostaje stałe przez pewien okres czasu, któryjest zależny od ładowanego akumulatora lub ogniwa, lecz któryjest bliski końcu ładowania, a następnie napięcie bezrezystancyjne i napięcie na końcówkach wzrastająponownie zgodnie z krzywymi 292 i 294. Różnica pomiędzy napięciami jest znowu stała, lecz mniejsza co do wartości bezwzględnej, ponieważ prąd ładowania końcowego jest mniejszy niz początkowy maksymalny prąd ładowania. Wówczas gdy napięcie bezrezystancyjne wzrasta o wartość pokazaną na krzywej 296, prąd ładowania końcowego zostaje zakończony. W przeciwnym przypadku prąd ładowania końcowego może trwać nadal, jeżeli napięcie bezrezystancyjne nie przebiega zgodnie z krzywą 292, aż do wartości 298 w czasie t_0FF.

Krzywa V_Rf z fig. 17 pokazuje drugi typowy wzrost na krzywej 292, po pierwszym wzroście na krzywej 280, po którym następuje płaski odcinek krzywej 297a lub szczyt krzywej 295a napięcia odniesienia. Wzrost krzywej 292 ma punkt przegięcia 292a, w którym szybkość wzrostu napięcia zaczyna maleć. Punkt przegięcia 292a jest punktem, w którym pochodna Vrf po czasie jest maksymalna. Podobnie można zlokalizować płaski odcinek krzywej 297a i szczyt krzywej 295a. W celu realizacji tych operacji urządzenie według wynalazku zawiera układy do kompilowania danych, takich jak wartości napięcia odniesienia Vrf w czasie t, i układ do przetwarzania danych dla lokalizowania punktu przegięcia, szczytu lub płaskiego odcinka krzywej napięcia. Korzystne jest zastosowanie mikroprocesora do kompilowania i przetwarzania danych oraz lokalizowanie charakterystycznych punktów zmiany przez obliczanie krzywych pochodnych i lokalizację maksimum. Urządzenie do ładowania akumulatorów kończy wówczas ładowanie końcowe po zlokalizowaniu co najmniej jednego z punktów charakterystycznych.

Można również określić dwa inne warunki wstępne odnośnie wyczuwane napięcia bezrezystancyjnego jako kryteria zakończenia końcowego prądu ładowania. Polegają one na określeniu, że napięcie bezrezystancyjne zaczyna maleć, w sposób pokazany na krzywej 295 z fig. 17, lub że wyczuwane napięcie bezrezystancyjnejuż nie wzrasta, lecz pozostaje stałe w sposób pokazany na krzywej 297. W każdym z tych przypadków, gdy napięcie bezrezystancyjne wzrasta o określoną wartość, prąd ładowania końcowego może być zakończony i w wyniku tego unika się jakiegokolwiek znaczącego stanu nadmiernego naładowania akumulatora lub ogniwa.

Urządzenie do ładowania może być wyposażone w licznik amperogodzin Ah, który rejestruje całkowity ładunek dostarczany do akumulatora lub ogniwa w wybranym okresie czasu. Licznik może być sterowany przez mikroprocesor tak, żeby kończyć ładowanie końcowe przy osiągnięciu wybranej wartości całkowitego prądu dostarczanego w określonym czasie.

Niektórzy wytwórcy akumulatorów określają całkowity ładunek Ah odpowiadający nasyceniu lub ładunkowi końcowemu. Mikroprocesor jest wtedy ustawiony na tę wartość Ah mierzoną na podstawie czasu t_0N lub czasu t4, co pokazano na fig. 11. Następnie mikroprocesor podaje sygnał kończący ładowanie końcowe.

Licznik amperogodzin może być również sterowany przez mikroprocesor w celu pomiaru całkowitego ładunku dostarczanego od szczytu lub płaskiego odcinka krzywej napięcia. Ten sposób jest szczególnie korzystny do ładowania odpowietrzanych akumulatorów ołowiowo-kwasowych.

172 578

Jeszcze inne urządzenie według wynalazku wykorzystuje związek pomiędzy okresami czasu t^-tj i t_OFF-t4 W odniesieniu do fig. 11 stwierdzono, że czas trwania malejącego prądu ładowania w czasie T3, tojest okresie czasu t₄-t₃, zależy od konstrukcji i stanu akumulatora, wybranej wartości napięcia odniesienia i temperatury akumulatora. Akumulator z bardziej stromym nachyleniem odcinka krzywej, czyli krótszym czasem T3, wymaga względnie krótkiego ładowania końcowego. Dla akumulatorów z krzywą o mniejszym nachyleniu jest potrzebne względnie dłuższe ładowanie końcowe. W konkretnym przykładzie pokazano, że gdy układ ładowania był ustawiony na prąd końcowy równy około 20% początkowego, dużego prądu ładowania, uzyskano dobre wyniki, gdy stosowano końcowy czas toFF^ równy w przybliżeniu okresowi czasu t₄-t₃ w szerokim zakresie pojemności ogniw. Można użyć różne stosunki tych dwóch odcinków czasowych w różnych warunkach, na przykład przy różnych stosunkach prądu początkowego i końcowego oraz różnych klasach akumulatorów. Mikroprocesor może współpracować z układem synchronizacji w celu rejestracji okresu czasu t₄-t₃ i ustalenia czasu zakończeniajakojego funkcji.

Sposoby wymuszania końcowego prądu ładowania, jak na fig. 17, mogąbyć stosowane także, gdy prąd ładowania wykazuje tendencję wzrostową od punktu 300.

Zostanie teraz opisany sposób według wynalazku stanowiący ulepszony sposób pomiaru napięcia bezrezystancyjnego podczas przerwania prądu. W znanym sposobie ładowania stosuje się stałą, określoną wartość napięcia odniesienia V_REf dla ładowania z wydajnością tak bliską maksymalnej, jak to jest możliwe bez powodowania nadmiernego naładowania. W większości przypadków łatwo jest wybrać właściwą wartość dla danego akumulatora i stosować kompensację temperaturową dla zapewnienia właściwej wartości przy temperaturach zasadniczo innych niż temperatura otoczenia. Na przykład zespoły akumulatorów mogą zawierać informację konieczną do ustalenia Vr_Ef prawidłowo dla zespołów o różnej liczbie ogniw.

Jednak istnieją także małe różnice pomiędzy ogniwami o takich samych wymiarach, wytwarzanych przez różnych wytwórców, co powoduje nieco różne wymagania względem Vr_Ef Jest to szczególnie ważne w uszczelnionych ogniwach NiCd, które często różnią się konstrukcją elektrody ujemnej i dlatego mają różną zdolność rekombinacji tlenu z kadmem. Rekombinacja tlenu powoduje depolaryzację elektrody dodatniej i dlatego przyczynia się do spadku napięcia ogniwa po otwarciu układu ładowania.

Figury 18A i 19A przedstawiają rodziny krzywych spadku napięcia zdejmowane co 10 s, lecz wykreślane jedynie co 2 minuty w czasie trwających 500 ms przerwań prądu 5A (8C) płynącego przez ogniwa techniczne AA- NiCd wytworzone przez dwóch różnych producentów X i Y. Analizując krzywe początkowego, spadku, zdjęte przedjakimikolwiek reakcjami nadmiernego naładowania, dla obu ogniw występuje początkowy ostry spadek, odpowiadający części IR napięcia i zjawisku spadku elektrycznego o bardzo małej stałej czasowej. Pozostała część każdej krzywej spadku o długości 500 ms jest prawie płaska, co odpowiada procesowi o dużej stałej czasowej, jak na przykład równowadze ładowania w masie aktywnej.

Po początkowych 4 minutach, które uwidaczniają stopień wzrastania szybkości reakcji nadmiernego naładowania zachodzących równolegle z reakcją ładowania, występuje proces o trzeciej szybkości i pośredniej stałej czasowej, który powoduje największe zakrzywienia w pierwszej połowie okresów spadku napięcia. Jest to powodowane przez początek narastającego wytwarzania tlenu przez reakcję nadmiernego ładowania, powodującego znaczny wzrost potencjału podczas okresów włączenia prądu. W okresie wyłączenia tlenjest zużywany czyli rekombinowany i potencjał spada tak szybko, jak na to pozwala reakcja rekombinacji. Szybkość zużycia/rekombinacji tlenu jest silnie katalizowana przez obecność niklu lub innych katalizatorów w elektrodach i dlatego różni się dla różnych ogniw w zależności od ich konstrukcji.

Ogniwo X i fig. 18A wykazuje względnie ubogą katalizę dla zużycia tlenu i w wyniku tego znaczny wzrost potencjału w początkowej części krzywej opadania, w porównaniu z bardziej katalizowanym ogniwem Y na fig, 19A. W rezultacie ogniwo X wymaga nieco większego Vref dla ładowania przy tym samym małym stopniu ładowania nadmiernego niż ogniwo Y, na przykład 3% całkowitego prądu. Przeciwnie, jeżeli jest stosowane to same V_REF dla obu ogniw,

172 578 ogniwo X jest ładowane z mniejszą wydajnością niż optymalna lub ogniwo Y jest ładowane zbyt szybko, umożliwiając zbyt duże naładowanie nadmierne.

Poprzednio były stosowane krótkie okresy wyłączenia prądu i napięcia bezrezystancyjne były próbkowane jedynie przez kilka ms po przerwaniu prądu. Problem różnicowania konstrukcji ogniw może być bardzo zmniejszony przez rozszerzenie okresów wyłączenia prądu zasadniczo tak, że napięcie bezrezystancyjne może być próbkowane po zakończeniu początkowego zaniku tlenu, to jest 100-500 ms po każdym przerwaniu prądu.

Figury 18B i 19B przedstawiają napięcia bezrezystancyjne próbkowane w krótkich i długich okresach po przerwaniu prądu. O ile istnieje znaczna różnica pomiędzy odpowiednimi krzywymi zdejmowanymi w okresach 15 ms, to różnica pomiędzy krzywymi zdejmowanymi w okresach 495 ms jest znacznie mniejsza.

Zatem skuteczność istniejących układów ładowaniajest znacznie poprawiona przez zastosowanie napięcia bezrezystancyjnego próbkowanego przy 50-1000 ms i korzystnie 100-500 ms, dzięki czemu wpływ konstrukcji ogniw jest znacznie zmniejszony.

Sposoby i urządzenia według wynalazku są realizowane przy użyciu przyrządów półprzewodnikowych. Na przykład stosuje się programowany układ logiczny, mikrosterownik, mikrokomputerjednoukładowy lub specjalny układ scalony do sterowania obwodami dla umożliwienia sterowania przemiennego i sterowania regulowanym napięciem odniesienia, którego wartość jest funkcją na przykład temperatury wewnętrznej lub ciśnienia wewnętrznego ładowanego akumulatora lub ogniwa. Zatem różne charakterystyki ładowania, zwłaszcza omówione w odniesieniu do fig. 9-17, są realizowane przez zastosowanie takich przyrządów półprzewodnikowych, zapewniając bardzo szybkie ładowanie akumulatorów i ogniw.

Wynalazek znajduje zastosowanie w przypadku wielu różnych rodzajów akumulatorów lub ogniw, zwłaszcza akumulatorów niklowo-kadmowych, które są stosowane w zabawkach, sprzęcie domowego użytku i elektrycznych narzędziach ręcznych. Natomiast akumulatory ołowiowo-kwasowe są stosowane na bardzo małą skalę w przenośnych urządzeniach magnetofonowo-radiowych i na szerszą skalę w wózkach widłowych, wózkach golfowych i pojazdach elektrycznych. Napięcie akumulatorów ołowiowo-kwasowych wynosi od 2 woltów do setek woltów i więcej, przy pojemnościach znamionowych od ułamka amperogodziny do tysięcy amperogodzin. W przypadku dużych zespołów akumulatorowych wymagane jest stosowanie prądów ładowania według sposobów szybkiego ładowania i o ile szybkość ładowania wynosi od 5 C do 10 C lub 15 C, to prąd ładowania wynosi od kilkuset do tysięcy A.

Typowym zastosowaniem wynalazku jest wózek golfowy. Wózki golfowe mają zwykle akmulatory 6 V o pojemności 134 Ah i ciężarze 200 kg. Jestmożliwe wyposażenie wózka, w trzy akumulatory 12 V, każdy o pojemności 70 Ah. Taki zespół można naładować w czasie około 15 lub 20 minut przez urządzenie do ładowania według wynalazku.

Innym typowym zastosowaniem wynalazku sąbezprzewodowe, ręczne narzędzia zasilane akumulatorem. Dotychczas wytwórcy takich narzędzi zwiększali rozmiary zespołu akumulatorów w celu wydłużenia okresu ich pracy, skutkiem czego narzędzia te stawały się bardziej masywne i ciężkie. Natomiast przy zastosowaniu urządzenia do ładowania akumulatorów według wynalazku, wytwórca zapewnia narzędzie ze znacznie mniejszym akumulatorem, a zatem lżejsze i łatwiejsze w obsłudze. Zespoły akumulatorów są ładowane bardzo szybko, na przykład w czasie przerwy w pracy, a wygoda użytkowania jest zwiększona.

Jeszcze inne zastosowanie wynalazku stanowią ręczne, przenośne telefony lub dyktafony, ogólnie przenośne urządzenia akustyczne, zwłaszcza do zapisu, które mają różny pobór prądu z akumulatorów zasilających w zależności od tego, czy pracują w trybie zapisu, odtwarzania lub przewijania taśmy.

172 578

TEMP

CZAS (GODZINY)

Fig.2

Fig.4

172 578

Fig.5

PRĄD TEMP ŁADUNEK

CZAS (MIN.)

Fig. 7

172 578

Fig. 6

Fig.10

172 578

172 578

CC >

Fig.9 (a) 1S2<V:

PRĄD \ ŁADOWANIA ^2X^.156x158

160

154

Fig.9 (b) ¹⁶⁸

CZAS /166

PRĄD

ŁADOWANIA

Ί64

*REF

170/

Fig.9(c) 170

CZAS

Fig.11

172 578

Fig.13

Fig.12

Fig.14

172 578

Fig.16

292a

'206'⁴ Fig.17

172 578

CO co

CT

Ll_

Wolty

172 578

Wolty

172 578

Fig. 3

CZAS (MIN.)

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 6,00 zł

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ładowania akumulatorów i ogniw, podczas którego dostarcza się prąd ładowania ze źródła do wyjścia, do którego jest dołączony akUmulator lub ogniwo, okresowo przerywa się przepływ prądu ładowania do wyjścia i wyczuwa się bezrezystancyjne napięcie na końcówkach ładowanego akumulatora lub ogniwa w okresie czasu, gdy przepływ prądu ładowania został przerwany, i porównuje się to wyczuwane napięcie bezrezystancyjne ze wstępnie wybranym napięciem odniesienia, przy czym w pierwszym ustalonym, wstępnie określonym okresie czasu dostarcza się do wyjścia prąd ładowania o wartości mniejszej zarówno od wstępnie określonego, maksymalnego prądu, jak i maksymalnego dostarczanego prądu pobieranego przez akumulator lub ogniwo bez zasadniczego wzrostu temperatury wewnętrznej, a po pierwszym ustalonym okresie czasu dostarcza się nadal do wyjścia prąd ładowania o maksymalnej dostarczanej wartości przez drugi zmienny okres czasu trwający do czasu, gdy wyczuwane napięcie bezrezystancyjne ładowanego akumulatora lub ogniwa jest mniejsze niż wybrane napięcie odniesienia, przy czym ten drugi zmienny okres czasu kończy się w pierwszym czasie, gdy wyczuwane napięcie bezrezystancyjne osiąga tę samą wartość jak wybrane napięcie odniesienia, i prąd ładowania zmniejsza się ewentualnie tak, że wyczuwane napięcie bezrezystancyjne nie przekracza wybranego napięcia odniesienia oraz uruchamia się układ synchronizacji od początku cyklu ładowania w czasie tak, że po trzecim określonym wstępnie okresie czasu od czasu na początku cyklu ładowania, prąd ładowania zmniejsza się do określonej wartości prądu ładowania od zera do określonej małej wartości w przypadku, gdy prąd ładowania ma jeszcze wartość maksymalnego dostarczanego prądu, znamienny tym, że po osiągnięciu przez prąd ładowania określonej wartości prądu ładowania końcowego, czyli na końcu czwartego określonego okresu czasu (4 po czasie, gdy prąd ładowania zaczyna zmniejszać się, prąd ładowania utrzymuje się na określonej wartości prądu ładowania końcowego lub zmienia się w sposób wymuszony do tej wartości poniżej wartości maksymalnego dostarczanego prądu i uruchamia się sterownik kończący ładowanie końcowe, przy czym mierzy się wartość całkowitego ładunku dostarczanego do akumulatora lub ogniwa i kończy się ładowanie końcowe przy osiągnięciu określonej wartości całkowitego dostarczanego ładunku, a następnie kończy się ładowanie końcowe w czasie (t_OFF) na końcu piątego określonego okresu czasu (T5) mierzonego od czasu ¢4) na końcu czwartego okresu czasu, przy czym piąty okres czasu (T5) określa się jako funkcję różnicy pomiędzy czasem (t₃) na końcu drugiego okresu czasu (T2) i czasem (4 na końcu czwartego okresu czasu i/lub wykrywa się zmiany napięcia bezrezystancyjnego względem czasu, a ładowanie kończy się, gdy wykrywa się zmianę napięcia bezrezystancyjnego charakterystycznądla początku nadmiernego ładowania.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się prąd ładowania końcowego równy około 20% wartości prądu ładowania początkowego i piąty okres czasu (T5) określa się jako w przybliżeniu równy różnicy pomiędzy czasem (t₃) na końcu drugiego okresu czasu i czasem O4) na końcu czwartego okresu czasu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wartość całkowitego dostarczanego ładunku mierzy się od czasu (tO^) na początku pierwszego okresu czasu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wartość całkowitego dostarczanego ładunku mierzy się od czasu ¢4) na końcu czwartego okresu czasu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wartość całkowitego dostarczanego ładunku mierzy się od czasu wykrycia drugiego punktu przegięcia charakterystyki napięcia bezrezystancyjnego lub od punktu szczytowego lub od osiągnięcia płaskiego odcinka tej charakterystyki.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykrywa się zmianę napięcia bezrezystancyjnego charakterystycznądla początku nadmiernego ładowania, która odpowiada szczytowi napięcia lub płaskiemu odcinkowi napięcia ładowania końcowego.

   172 578
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wykrywa się zmianę napięcia bezrezystancyjnego charakterystyczną dla początku nadmiernego ładowania, która odpowiada drugiemu punktowi przegięcia ładowania końcowego.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że przy pomocy sterownika zestawia się dane dla wartości napięcia bezrezystancyjnego względem czasu i lokalizuje się drugi punkt przegięcia przez obliczenie maksimum pierwszej pochodnej napięcia bezrezystancyjnego względem czasu.
9. 9. Urządzenie do ładowania akumulatorów i ogniw zawierające źródło energii elektrycznej dostarczające prąd ładowania do wyjścia, do którego jest dołączony akumulator lub ogniwo, pomiędzy które jest włączony inwerter przełączający prąd ładowania, dołączony do sterownika, którego wejścia są dołączone do układu synchronizacji i komparatora wyczuwanego napięcia bezrezystancyjnego na końcówkach akumulatora i napięcia odniesienia, znamienne tym, że sterownik (78) zawiera układ do kończenia ładowania końcowego, dołączony do komparatora (90) dołączonego do układu synchronizacji (82) i układ detekcji zmian napięcia bezrezystancyjnego względem czasu dołączony do tego układu do kończenia ładowania końcowego przy wykryciu zmiany napięcia bezrezystancyjnego charakterystycznej dla początku ładowania nadmiernego.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że układ do kończenia ładowania końcowego zawiera obwody detekcji szczytu napięcia lub płaskiego odcinka napięcia ładowania końcowego.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że układ do kończenia ładowania końcowego zawiera obwody detekcji drugiego punktu przegięcia charakterystyki ładowania końcowego.
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że sterownik (78) zawiera obwody zestawiania danych dla wartości napięcia bezrezystancyjnego względem czasu i lokalizacji drugiego punktu przegięcia¹ przez obliczanie maksimum pierwszej pochodnej napięcia bezrezystancyjnego względem czasu.