DE102006003197A1

DE102006003197A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung des Status eines Akkumulators

Info

Publication number: DE102006003197A1
Application number: DE102006003197A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Riegel; Eduardo Dr. Cattaneo
Original assignee: Hoppecke Batterien GmbH and Co KG
Current assignee: Hoppecke Batterien GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Status eines Akkumulators. Um eine Vorrichtung zu schaffen, die insbesondere dazu geeignet ist, den Ladevorgang eines Akkumulators zu optimieren, wird mit der Erfindung vorgeschlagen eine Vorrichtung mit wenigstens einem Sensor, einer mit dem wenigstens einen Sensor in kommunikationstechnischer Verbindung stehenden Vergleichsschaltung und einer Speichereinheit, wobei die Vergleichsschaltung die vom Sensor erfaßten Werte mit vorgebbaren und in der Speichereinheit gespeicherten Sollwerten vergleicht und in Abhängigkeit der ermittelten Vergleichswerte ein entsprechendes Signal abgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ermittlung des momentanen Status eines Akkumulators. Auch wird mit der Erfindung ein Akkumulator, insbesondere ein Bleiakkumulator, vorgeschlagen.

Akkumulatoren im Allgemeinen und auch Bleiakkumulatoren im Speziellen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, so daß es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf.

Auch das sogenannte Batterie-Monitoring, das heißt die momentane Statusanzeige eines Akkumulators, insbesondere mit Blick auf den wünschenswerterweise im Zuge eines Ladevorganges zu erreichenden Volladezustand, ist aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Verschiedene Vorrichtungen bzw. Verfahren sind hier bereits zum Einsatz gekommen.

So ist es beispielsweise insbesondere bei Starterbatterien bekannt, die Ladung derselben über die Spannung zu steuern. Allerdings läßt die Spannung keinen eindeutigen Rückschluß auf den wünschenswerterweise zu erreichenden Volladezustand zu, da der Akkumulator Alterungseinflüssen unterliegt, die den Ladevorgang beeinflussen. Dies ist insbesondere deshalb von Nachteil, weil ein unerkannt zu hoher Ladestrom die Gesamtlebensdauer des Akkumulators nachhaltig negativ beeinflußt.

Um dem vorgenannten Nachteil zu begegnen, sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt geworden, die sich die Erkenntnis zunutze machen, daß sich ein Akkumulator dann seinem Volladezustand annähert, wenn sich an der positiven und negativen Elektrode des Akkumulators Sauerstoff und Wasserstoff in einem stöchiometrischen Verhältnis ausbilden. Meßtechnisch läßt sich dieses Ereignis mittels eines Temperatursensors erfassen, denn erwärmt sich ein zur Rekombination der Gase Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser vorgesehener Rekombinator entsprechend. Die mittels beispielsweise eines Temperatursensors erfaßte Rekombinatorerwärmung kann sodann dazu genutzt werden, den Ladevorgang zu regeln. In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 26 38 899 bekannt, daß einem Akkumulator zum Zeitpunkt des Beginns der Sauerstoff- und Wasserstoffgasung noch ca. 10 % der bis zur Volladung aufzuwendenden Strommenge fehlt. Zur Erreichung des Volladezustandes wird deshalb nach einer Detektion der Rekombinatorerwärmung ein Nachladestrom geschaltet, dessen Dauer und Stärke in ein vorwählbares Verhältnis zu den Parametern des ursprünglichen Ladestromes gesetzt sind, wobei der Temperaturanstieg am Rekombinator als Regelgröße den Umschaltzeitpunkt von der Hauptladephase zur Nachladephase bestimmt.

Aus dem Stand der Technik ist gemäß der DE 33 24 984 des weiteren ein Verfahren zum Laden von galvanischen Elementen, die im Bereitschaftsparallelbetrieb parallel mit einem Ladegerät und mit einem, eine vorgegebene Spannung benötigenden Verbraucher geschaltet sind, bekannt, wobei sich dieses Verfahren dadurch auszeichnet, daß der Ladevorgang mit einer Spannung, die höher ist als die vorgegebene Verbraucherspannung, durchgeführt wird und daß an einem in die Verbraucherzuleitung eingeschalteten, regelbaren Widerstand ein Spannungsabfall erzeugt wird, der die Verbraucherspannung unabhängig von der Ladespannung auf einem konstanten Wert hält. Zur Steuerung des Ladegerätes ist dabei vorgesehen, daß der Rekombinator des Akkumulators mit einem Thermofühler versehen ist, der die Reaktionstemperatur und damit den Gasungseinsatz mißt. Der Thermofühler ist kommunikationstechnisch mit dem Ladegerät verbunden und steuert dieses in Entsprechung der gemessenen Temperatur. Zu diesem Zweck ist ein Ladeschalter vorgesehen, der drei Schaltstellungen einnehmen kann. In der ersten Schaltstellung wird die Wiederaufladung mit erhöhter Spannung durchgeführt. Nachdem der Gasungseingang registriert wurde, geht der Ladeschalter selbsttätig in den zweiten Ladezustand über, in welchem der Akkumulator mit einer an die Akkumulatorkapazität angepaßten Ladestrom weitergeladen wird, bis die volle Kapazität erreicht ist. Abschließend geht der Ladeschalter in den dritten Schaltzustand, nämlich den Ladeerhaltungstrieb, über.

Obgleich sich die vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen in der Praxis bewährt haben, sind diese nicht frei von Nachteilen.

Ein erster Nachteil ergibt sich als Folge der Alterung des Thermosensors. Der Widerstand des Thermosensors ändert sich mit der Zeit, so daß mit voranschreitender Alterung die richtige Abschalttemperatur nicht mehr erfaßt werden kann. Dies kann dazu führen, daß zu spät in die Nachladephase umgeschaltet wird. Da in diesen Fällen die Hauptladephase zu lang andauert, kann es zu kritischen Gasungsraten kommen, die zu einer solchen Erhöhung der Rekombinationstemperatur führen, daß der Rekombinator durch Abschmelzen zerstört wird. Der umgekehrte Fall, wenn also die Hauptladephase aufgrund einer falsch erkannten Abschalttemperatur zu früh abgeschaltet wird, erweist sich gleichermaßen als nachteilig, denn kommt es dann zu einer vergleichsweise langen Nachladezeit. Der Volladezustand wird dann in unnötiger Weise erst nach einem insgesamt sehr langen Ladevorgang erreicht.

Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Streuung der Einzelspannungen der in Reihe geschalteten Zellen eines Akkumulators. Bei frühzeitig vollaufgeladenen Zellen kommt es nämlich im Unterschied zu noch nicht vollaufgeladenen Zellen zu einer starken Gasung, wobei es infolge der dadurch bedingten hohen Temperaturen zu einem Abschmelzen der diesen Zellen zugeordneten Rekombinatoren kommen kann.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, zum Zwecke eines optimierten Ladevorganges eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit dem zuverlässig der momentane Status des Akkumulators ermittelt werden kann. Zudem soll mit der Erfindung ein neuartiger Akkumulator, insbesondere Bleiakkumulator, vorgeschlagen werden.

Vorrichtungsseitig wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, eine Vorrichtung zur Statusermittlung eines Akkumulators, mit wenigstens einem Sensor, einer mit dem wenigstens einen Sensor in kommunikationstechnischer Verbindung stehenden Vergleichsschaltung und einer Speichereinheit, wobei die Vergleichsschaltung die vom Sensor erfaßten Werte mit vorgebbaren und in der Speichereinheit gespeicherten Sollwerten vergleicht und in Abhängigkeit der ermittelten Vergleichswerte ein entsprechendes Signal abgibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es in vorteilhafter Weise, den momentanen Status eines Akkumulators exakt ermitteln zu können. In Kenntnis des momentanen Status eines Akkumulators kann ein unter Umständen durchzuführender Ladevorgang optimiert werden, so daß die Lebensdauer des Akkumulators in vorteilhafter Weise erhöht werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt im Kern einen Sensor, eine Vergleichsschaltung sowie eine Speichereinheit. Der Sensor dient der Erfassung einer Zustandsgröße des Akkumulators. Eine solche Zustandsgröße kann beispielsweise eine Temperatur, ein Druck, ein Feuchtigkeitsgrad oder dergleichen sein. Der Sensor steht mit einer Vergleichsschaltung in kommunikationstechnischer Verbindung. Die von dem Sensor jeweils erfaßten Werte werden an die Vergleichsschaltung übergeben. Hier findet sodann ein Vergleich zwischen den vom Sensor erfaßten Werten einerseits und vorgebbaren Sollwerten andererseits statt. Die Sollwerte stehen der Vergleichsschaltung über eine Speichereinheit zur Verfügung, in der die Sollwerte gespeichert sind. Anhand der vorgebbaren Sollwerte und der vom Sensor erfaßten Werte führt die Vergleichsschaltung eine Vergleichsberechnung durch, wobei sie in Abhängigkeit der ermittelten Vergleichswerte ein entsprechendes Signal ausgibt. Dieses Signal kann beispielsweise zur Anzeige gebracht werden, so daß von einer Bedienperson ablesbar ist, wie sich der momentane Zustand, das heißt Status des Akkumulators darstellt. Alternativ oder in Kombination hierzu kann das von der Vergleichsschaltung abgegebene Signal zwecks Weiterverarbeitung beispielsweise an ein Ladegerät übergeben werden. Sollte also beispielsweise der von der Vergleichsschaltung gelieferte Vergleichswert gleichbedeutend damit sein, daß der Akkumulator seinen Volladezustand erreicht hat, so würde der an das Ladegerät von der Vergleichsschaltung gelieferte Vergleichswert dazu führen, daß das Ladegerät abschaltet und den Ladevorgang beendet. Sollte hingegen mit dem von der Vergleichsschaltung gelieferten Vergleichswert angezeigt werden, daß der Volladezustand des Akkumulators noch nicht erreicht ist, so würde das Ladegerät den Ladevorgang weiter fortsetzen. In diesem Zusammenhang kann des weiteren vorgesehen sein, daß die von der Vergleichsschaltung gelieferten Vergleichswerte darüber Auskunft geben, wie ein Ladevorgang im weiteren durchzuführen ist. So kann beispielsweise zwischen Volladestrom einerseits und minimiertem Ladestrom andererseits unterschieden werden. Mittels der von der Vergleichsschaltung gelieferten Vergleichswerte kann der Ladevorgang also gesteuert bzw. geregelt werden.

Als Sensoren kommen erfindungsgemäß unterschiedliche Sensoren in Betracht, so zum Beispiel Temperatursensoren, Drucksensoren oder Feuchtigkeitssensoren.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Sensor, welchen Typs auch immer, in dem von einer Rekombinationseinrichtung des Akkumulators umschlossenen Volumenraum angeordnet sein. Während eines Ladevorganges bilden sich im Akkumulator die Gase Sauerstoff und Wasserstoff aus. Diese werden zwecks Rekombination zu Wasser in die Rekombinationseinrichtung des Akkumulators geleitet. Die Rekombinationseinrichtung beinhaltet einen Katalysator zwecks Rekombination der Gase Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Bekanntermaßen verläuft der Rekombinationsvorgang exotherm. Dabei ist die Erwärmung der Rekombinationseinrichtung während des Rekombinationsvorganges ein Indikator für den Fortschritt des Ladevorganges. So haben Untersuchungen gezeigt, daß zum Zeitpunkt des Beginns des Rekombinationsvorganges noch ca. 10 % der bis zur Volladung aufzuwendenden Strommenge fehlt. Steigt also die Temperatur innerhalb des von der Rekombinationseinrichtung umschlossenen Volumenraums auf einen bestimmten Wert, so läßt sich hieraus schlußfolgern, daß der Akkumulator bis auf 90 % seiner Volladung aufgeladen ist. Dieser Temperaturwert kann mittels eines Temperatursensors erfaßt werden. Im Zuge des weiteren Ladevorganges nimmt die Temperatur der Rekombinationseinrichtung stetig zu. Diese Temperaturzunahme kann gleichfalls vom Temperatursensor erfaßt werden, so daß auch der weitere Ladevorgang in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen gesteuert bzw. geregelt werden kann. Eine Steuerung bzw.

Regelung des Ladevorganges kann dabei beispielsweise in der Art vorgesehen sein, daß der vom Ladegerät erzeugte Ladestrom ausgehend von einem Volladestrom in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen stetig abnimmt, und nach Erreichen eines bestimmten, vorgebbaren Temperaturwertes in einen Nachladestrom umschaltet. Auf diese Weise kann ein optimierter Ladevorgang des Akkumulators erreicht werden.

Alternativ zu einem Temperatursensor kann auch ein Drucksensor eingesetzt werden. Da nämlich, wie vorstehend bereits beschrieben, der Rekombinationsvorgang exotherm abläuft, kommt es innerhalb des von der Rekombinationseinrichtung umschlossenen Volumenraums zu einem Druckanstieg. Dieser Druckanstieg läßt sich mit dem Drucksensor erfassen, wobei in Abhängigkeit der gemessenen Druckwerte der Ladevorgang gesteuert bzw. geregelt werden kann.

Im Zuge des Rekombinationsvorganges entsteht am Katalysator der Rekombinationseinrichtung zunächst Wasserdampf. Dieser Wasserdampf wird an der Behälterinnenwand der Rekombinationseinrichtung zu Wasser auskondensiert, welches Wasser dann zurück in den Akkumulator geführt wird. Da innerhalb der Rekombinatoreinrichtung zunächst Wasserdampf entsteht, ist auch der Feuchtigkeitsgehalt in dem von dem Behälter der Rekombinationseinrichtung umschlossenen Volumenraum ein Indikator für den Ladezustand des Akkumulators. Der Feuchtigkeitsgehalt kann beispielsweise durch einen Feuchtigkeitssensor gemessen werden, wobei ebenfalls in Abhängigkeit der gemessenen Feuchtigkeitswerte eine Steuerung bzw. Regelung des Ladevorganges vorgenommen werden kann.

Gemäß einem besonderen Vorteil der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung über eine Mehrzahl von Sensoren verfügt. Dabei können die Sensoren von unterschiedlichem Typ sein, das heißt es können in Kombination Temperatur- und/oder Druck- und/oder Feuchtigkeitssensoren eingesetzt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß eine Rekombinationseinrichtung des Akkumulators sowohl mit einem Temperatursensor als auch mit einem Drucksensor ausgerüstet ist. Auch andere Kombinationen sind hier denkbar. Von Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß bei gleichzeitiger Messung mehrerer Zustandsgrößen eine sehr viel bessere und vor allem aussagekräftigere Statusermittlung durchgeführt werden kann. So sind beispielsweise aus dem Stand der Technik Rekombinationseinrichtungen bekannt, die zwecks Trocknung des den Katalysator umgebenden Absorptionsmaterials mit einer Heizung versehen sind. Die innerhalb der Rekombinationseinrichtung vorherrschende Temperatur ergibt sich mithin nicht nur aufgrund des exotherm verlaufenden Rekombinationsvorganges. Auch die zusätzlich vorgesehene Heizeinrichtung zur Trocknung des Absorptionsmaterials führt zu einer Erwärmung der Rekombinationseinrichtung. Damit ist die von einem Temperatursensor erfaßte Temperatur durch die Heizleistung des zusätzlich angeordneten Heizelements in gewisser Weise verfälscht. Eine sichere Statusanzeige kann daher durch einen Temperatursensor allein nicht gewährleistet werden. Um gleichwohl eine sichere Statusanzeige erhalten zu können, kann ein weiterer Sensor, beispielsweise ein Druck- oder Feuchtigkeitssensor vorgesehen sein. Die von den einzelnen Sensoren jeweils gelieferten Werte können von der Vergleichsschaltung in einer Vergleichsrechnung abgeglichen und in Relation zueinander gesetzt werden, so daß im Ergebnis eine zuverlässige Statusermittlung steht.

Zur weiteren Verbesserung der Statusermittlung kann vorgesehen sein, daß eine jede Rekombinationseinrichtung des Akkumulators über wenigstens einen Sensor bzw. mehrere Sensoren verfügt. Sich in den einzelnen Zellen des Akkumulators unter Umständen in Bezug auf den Ladezustand ergebende Unterschiede können so ausgeglichen werden. Bei frühzeitig voll aufgeladenen Zellen eines Akkumulators kommt es nämlich im Unterschied zu noch nicht voll aufgeladenen Zellen des gleichen Akkumulators zu einer starken Gasung, wobei es infolge der dadurch bedingten hohen Temperaturen bezüglich der voll aufgeladenen Zellen zu einem Abschmelzen der diesen Zellen zugeordneten Rekombinationseinrichtungen kommen kann. Verfügen sämtliche Rekombinationseinrichtungen des Akkumulators über einen entsprechenden Sensor bzw. über entsprechende Sensoren, so kann dieser Nachteil umgangen und eine optimierte Ladung für sämtliche Zellen des Akkumulators erreicht werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Speichereinheit integraler Bestandteil der Vergleichsschaltung. Der Begriff „integraler Bestandteil" meint in diesem Zusammenhang, daß Speichereinheit und Vergleichsschaltung ein einzelnes Bauelement darstellen. Dieses Bauelement kann wahlweise verwendet werden und beispielsweise als integraler Bestandteil des Akkumulators ausgebildet sein. So ist beispielsweise denkbar, daß die aus Speichereinheit und Vergleichsschaltung bestehende Baukomponente innerhalb des Deckels eines Akkumulators angeordnet ist. Der Akkumulator verfügt mithin über eine eigene Intelligenz und kann unabhängig von einem etwaig daran angeschlossenen Ladegerät eine Selbstdiagnose vornehmen. In diesem Zusammenhang kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die Vorrichtung über eine Anzeige verfügt, die die von der Vergleichsschaltung ermittelten Vergleichswerte für einen Verwender einsehbar anzeigt. Ohne daß an den Akkumulator ein Ladegerät angeschlossen wäre, kann so der Verwender des Akkumulators den momentanen Ladezustand des Akkumulators in Erfahrung bringen.

In einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Vergleichsschaltung samt Speichereinheit integraler Bestandteil eines an einen Akkumulator anzuschließenden Ladegerätes ist. Im Unterschied zur erstgenannten Ausführungsform beinhaltet also das Ladegerät die Intelligenz. Um den Status eines Akkumulators zu ermitteln, wäre es gemäß dieser Ausführungsform mithin erforderlich, das Ladegerät an den Akkumulator anzuschließen. Erst dann kann mittels des Ladegerätes, das heißt der darin integrierten Vergleichsschaltung eine Statusermittlung des an das Ladegerät angeschlossenen Akkumulators vorgenommen werden. Vorteil dieser Ausgestaltung ist jedoch, daß das Ladegerät wahlweise mit unterschiedlichen Akkumulatoren kombinierbar ist, vorausgesetzt, die Akkumulatoren verfügen über wenigstens einen Sensor im vorgenannten Sinne.

Verfahrensseitig wird zur Lösung der vorgenannten Aufgabe vorgeschlagen ein Verfahren zur Ermittlung des Status eines Akkumulators, bei dem mittels wenigstens eines Sensors eine Zustandsgröße des Akkumulators erfaßt wird, die erfaßte Zustandsgröße mit einem vorgebbaren Sollwert mittels einer Vergleichsschaltung verglichen, ein Vergleichswert errechnet und zur Anzeige und/oder Weiterverarbeitung gebracht wird.

Wie vorstehend schon anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, dient das erfindungsgemäße Verfahren der Ermittlung des Status eines Akkumulators. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß zumindest eine Zustandsgröße des Akkumulators erfaßt wird. Bei dieser Zustandsgröße kann es sich um eine Temperatur, einen Druck, einen Feuchtigkeitswert oder dergleichen handeln. Sobald die Zustandsgröße erfaßt ist, wird diese mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen. Der daraus errechnete Vergleichswert wird zur Anzeige gebracht und/oder für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.

Wie vorstehend bereits beschrieben, kommen als zu messende Zustandsgrößen insbesondere die in einer Rekombinationseinrichtung des Akkumulators vorherrschende Temperatur, der in der Rekombinationseinrichtung vorherrschende Druck und/oder die in der Rekombinationseinrichtung vorherrschende Feuchtigkeit in Betracht. Dabei können mehrere Sensoren unterschiedlichen Typs innerhalb einer Rekombinationseinrichtung angeordnet sein, so daß mit dem Verfahren pro Rekombinationseinrichtung Temperatur und/oder Druck und/oder Feuchtigkeit gemessen werden können.

In der einfachsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nur eine Zustandsgröße bezüglich einer Rekombinationseinrichtung des Akkumulators gemessen. Alternativ hierzu kann je Rekombinationseinrichtung, das heißt pro Akkumulatorzelle eine Zustandsgröße ermittelt werden. Im weiteren sind vom erfindungsgemäßen Verfahren auch solche Zustandsmessungen mitumfaßt, bei denen entweder bezüglich nur einer Rekombinationseinrichtung oder bezüglich mehrerer Rekombinationseinrichtungen nicht nur eine, sondern mehrere Zustandsgrößen gemessen werden, wobei sich die gemessenen Zustandsgrößen vorzugsweise hinsichtlich ihres Typs voneinander unterscheiden. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise pro Rekombinationseinrichtung die Temperatur und/oder der Druck und/oder die Feuchtigkeit gemessen werden.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung kann des weiteren ein innerhalb des Akkumulators angeordneter Sensor vorgesehen sein, der die Säuredichteverteilung innerhalb des Elektrolytens mißt. Da sich nämlich insbesondere im Zuge eines Ladevorganges eine inhomogene Dichteverteilung innerhalb des Elektrolytens einstellt, kann die Messung der Elektrolytsäuredichte an vorzugsweise verschiedenen Stellen innerhalb des Elektrolytens darüber Aufschluß geben, inwieweit die Elektrolytsäuredichteverteilung homogen oder inhomogen ist. Auch hieraus lassen sich Steuerparameter zur Steuerung bzw. Regelung des Ladevorganges ableiten. Eine Messung der Säuredichteverteilung innerhalb des Elektrolytens kann in Kombination mit den vorgenannten Zustandsgrößenmessungen durchgeführt werden.

Vorgeschlagen wird mit der Erfindung des weiteren ein Verfahren zum Laden eines Akkumulators, insbesondere eines Bleiakkumulators, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß während des Ladevorganges eine oder mehrere Zustandsgrößen des Akkumulators erfaßt und der Ladevorgang in Abhängigkeit der erfaßten Werte gesteuert wird. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise, wie vorstehend bereits beschrieben, vorgesehen sein, daß der Gasungseinsatz mittels eines Temperatursensors und/oder eines Drucksensors und/oder eines Feuchtigkeitssensors erfaßt wird, wobei der Temperatursensor die Rekombinationstemperatur, der Drucksensor den Rekombinationsdruck und der Feuchtigkeitssensor die durch den Wasserdampf innerhalb der Rekombinationseinrichtung bedingte Feuchtigkeit registriert. Sobald zwischen den ermittelten Werten und den vorgebbaren Sollwerten Identität festgestellt wird, wird der vom Ladegerät gelieferte Ladestrom entsprechend angepaßt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, daß während des Ladevorgangs sowohl der Ladestrom als auch eine oder mehrere Zustandsgrößen des Akkumulators erfaßt werden und der Ladevorgang in Abhängigkeit der erfaßten Werte, das heißt sowohl des Ladestroms als auch der Zustandsgröße bzw. Zustandsgrößen gesteuert wird, wobei der Akkumulator in einer ersten Aufladephase mit erhöhter Spannung aufgeladen wird. Sobald dann bei einem Vergleich mit den erfaßten Werten mit frei vorgebbaren Sollwerten Identität festgestellt wird, wird die erste Aufladephase mit erhöhter Spannung abgebrochen und eine der ersten Aufladephase unmittelbar nachfolgenden zweite Aufladephase mit verminderter Ladespannung eingeleitet. Der Ladestrom und die Zustandsgröße bzw. die Zustandsgrößen werden weiterhin gemessen. Sobald die gemessenen Werte vorgebbare und den Volladezustand des Akkumulators repräsentierende Sollwerte erreichen, wird auch die zweite Ladephase beendet. Der Akkumulator ist dann vollständig aufgeladen.

Mit der Erfindung wird des weiteren vorgeschlagen ein Akkumulator, insbesondere Bleiakkumulator, mit wenigstens einer Rekombinationseinrichtung zur Rekombination der im Akkumulator entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Rekombinationseinrichtung wenigstens einen Sensor umfaßt. In schon vorbeschriebener Weise kann dabei der wenigstens eine Sensor ein Temperatursensor, ein Drucksensor und/oder ein Feuchtigkeitssensor sein. Auch andere Sensoren kommen in Betracht, denn kommt es allein darauf an, daß die mittels des Sensor erfaßten Werte einen Rückschluß auf den Ladezustand des Akkumulators zulassen. Auch eine kombinierte Verwendung mehrerer Sensoren ist möglich und in Anbetracht einer sicheren Ermittlung des Status des Akkumulators sogar von Vorteil.

Der erfindungsgemäße Akkumulator verfügt des weiteren vorzugsweise über eine Vergleichsschaltung. Diese kann beispielsweise im Deckel des Akkumulators angeordnet sein. Vorgesehen ist gemäß einem weiteren Merkmal des weiteren eine Speichereinheit. Diese Speichereinheit dient der Speicherung vorgebbarer Sollwerte. Vorzugsweise ist die Speichereinheit als integraler Bestandteil der Vergleichsschaltung ausgebildet, das heißt Vergleichsschaltung und Speichereinheit bilden zusammen eine gemeinsame Baueinheit.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung anhand der nachfolgenden Figuren. Dabei zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Akkumulator in Seitenansicht;
2 eine Rekombinationseinrichtung in einer Detaildarstellung und
3 den erfindungsgemäßen Akkumulator in einer Draufsicht von oben sowie ein an den Akkumulator angeschlossenes Ladegerät.
1 zeigt in schematischer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Akkumulator 1. Der Akkumulator 1 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Akkumulatorgehäuse 2 sowie einem das Akkumulatorgehäuse 2 verschließenden Deckel 3. In der beispielhaften Ausgestaltung nach 1 umfaßt der Akkumulator 1 insgesamt vier Zellen 4 bis 7, was schematisch durch Strichlinien dargestellt ist. Jeder Zelle 4 bis 7 des Akkumulators ist eine Rekombinationseinrichtung 8 bis 11 zugeordnet. So ist die Rekombinationseinrichtung 8 der Zelle 4, die Rekombinationseinrichtung 9 der Zelle 5, die Rekombinationseinrichtung 10 der Zelle 6 sowie die Rekombinationseinrichtung 11 der Zelle 7 zugeordnet. 3 läßt die Ausgestaltung des Akkumulators 1 in einer Draufsicht von oben erkennen, wobei auch in dieser Fig. die einzelnen Zellen 4 bis 7 insofern schematisch dargestellt sind, als daß die die einzelnen Zellen voneinander trennende Trennwand durch eine Strichlinie dargestellt ist. Die Zuordnung der Rekombinationseinrichtungen 8 bis 11 zu den Zellen 4 bis 7 kann der 3 gleichfalls entnommen werden.
2 zeigt beispielhaft die Ausgestaltung einer Rekombinationseinrichtung, wobei exemplarisch die Rekombinationseinrichtung 8 gezeigt ist. Die übrigen Rekombinationseinrichtungen 9, 10 und 11 sind vorzugsweise in gleicher Weise aufgebaut.
Die Rekombinationseinrichtung 8 beinhaltet im Kernstück eine Rekombinationseinheit 14, die innerhalb eines aus einem gasdichten Material gebildeten Behälters 12 angeordnet ist. Die Rekombinationseinrichtung 8 verfügt des weiteren über ein Stutzenelement 17, welches oberseitig den einen Volumenraum 19 umschließenden Behälter 12 aufnimmt. Das Stutzenelement 17 und der Behälter 12 sind mittels eines Verschlußringes 16 gasdicht miteinander verbunden. Zu diesem Zweck kann zwischen dem Stutzenelement 17 und dem Behälter 12 eine in der Fig. nicht dargestellte Dichtung vorgesehen sein.
Das Stutzenelement 17 trägt oberseitig einen Sockel 21, welcher beispielsweise als Rohrstutzen ausgebildet ist und der Aufnahme der Rekombinationseinheit 14 dient.
Die Rekombinationseinheit 14 ihrerseits besteht aus einem Rohr 15, welches aus einem porösen, gasdurchlässigen Material, wie beispielsweise Keramik, besteht. Innerhalb des Rohres 15 sind in Höhenrichtung 13 übereinander angeordnete Katalysatoren 18 vorgesehen. Die Katalysatoren 18 sind als separate Bauelemente ausgebildet und können nach dem Baukastenprinzip in Abhängigkeit der zu fordernden Rekombinationsleistung miteinander kombiniert werden. In Abhängigkeit der zu erzielenden Rekombinationsleistung ist also die Anzahl der einzusetzenden Katalysatoren 18 zu bestimmen. Das Rohr 15 ist einendseitig verschlossen ausgebildet, so daß der in Höhenrichtung 13 zu oberst angeordnete Katalysator 18 auch hinsichtlich seiner oberen Oberfläche vom Rohr 15 abgedeckt ist. Anderendseitig ist das Rohr 15 offen ausgebildet und durch einen innerhalb des Rohres 15 eingebrachten Absorber 20 aus einem Absorptionsmaterial verschlossen. Die so ausgebildete Rekombinationseinheit 14 wird zur lagesicheren Anordnung innerhalb des vom Behälter 12 umschlossenen Volumenraums 19 vom Sockel 21 aufgenommen, wie 2 erkennen läßt.
Unterhalb des Stutzenelements 17 befindet sich ein in der Fig. nicht dargestellter Flansch sowie ein Anschlußstutzen. Der Anschlußstutzen greift im montierten Zustand in eine im Akkumulatordeckel ausgebildete Bohrung ein, wobei sich der Flansch oberseitig am Akkumulatorgehäusedeckel abstützt.
Die innerhalb des Akkumulatorgehäuses entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff treten durch den Anschlußstutzen der Rekombinationseinrichtung in diese ein, passieren hier zunächst den Absorber 20, wo sie gereinigt und von Fremdstoffen befreit werden, und gelangen dann nach Durchtritt durch das poröse Material des Rohres 15 an den Katalysator 18 bzw. die Katalysatorbausteine 18, wo sie zu Wasser rekombiniert werden. Da die Rekombinationsreaktion exotherm verläuft, bildet sich das rekombinierte Wasser in Form von Wasserdampf aus, welcher nach Durchströmen des porösen Materials der Röhre 15 in dem vom Behälter 12 umschlossenen Volumenraum 19 gelangt, wo er sich an der Behälterinnenwand des Behälters 12 niederschlägt und zu Wasser auskondensiert. Das auskondensierte Wasser fließt entlang der Behälterinnenwand in den Stutzen 17, wo es gegebenenfalls gesammelt und anschließend über den Anschlußstutzen zurück in den Akkumulatorinnenraum befördert wird.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß innerhalb des vom Behälter 12 umschlossenen Volumenraums 19 der Rekombinationseinrichtung 8 ein Sensor 22 angeordnet ist. Bei diesem Sensor 22 kann es sich um einen Temperatursensor, einen Drucksensor oder einen Feuchtigkeitssensor handeln. Sinn und Zweck des Sensors 22 ist es, die Atmosphäre innerhalb des vom Behälters 12 umschlossenen Volumenraums 19 zu detektieren. Ist der Sensor 22 beispielsweise als Temperatursensor ausgebildet, so mißt er die Temperatur innerhalb des Behälters 12. Wie vorstehend bereits ausgeführt, verläuft die Rekombinationsreaktion exotherm. Ein Temperaturanstieg innerhalb des vom Behälter 12 umschlossenen Volumenraums 19 spiegelt mithin den Fortschritt der Rekombinationsreaktion wieder. Der Fortgang der Rekombinationsreaktion ist wiederum ein Indikator für den Ladezustand eines in der Ladung befindlichen Akkumulators. Im Umkehrschluß läßt sich also durch Messung der Temperatur ein Rückschluß auf den Ladezustand des Akkumulators ziehen.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung umfaßt die Rekombinationseinrichtung 8 nicht nur einen Sensor 22, sondern zwei Sensoren 22 und 23, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß die beiden Sensoren 22 und 23 von unterschiedlichem Typ sind. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Sensor 22 ein Temperatursensor ist, wohingegen der Sensor 23 ein Drucksensor ist. Auch andere Kombinationen sind hier denkbar, so zum Beispiel die Verwendung eines Drucksensors in Kombination mit einem Feuchtigkeitssensor, die Verwendung eines Temperatursensors mit einem Feuchtigkeitssensors oder dergleichen Kombinationen.
Von Vorteil der Verwendung mehrerer Sensoren ist, daß äußere, das Meßergebnis eines Sensors unter Umständen beeinflussende Umstände weitestgehend ausgeschaltet werden können. Verfügt beispielsweise die Rekombinationseinheit 14 über eine Heizung zur Abtrocknung des Absorbers 20, so würde bei alleiniger Verwendung nur eines Temperatursensors 22 das Meßergebnis infolge der Heizleistung der Heizeinrichtung verfälscht. Durch die zusätzliche Anordnung eines Drucksensors 23 kann dieses verfälschte Ergebnis kompensiert werden, so daß im Ergebnis eine eindeutige Aussage darüber getroffen werden kann, wie der momentane Status, das heißt Ladezustand des Akkumulators ist.
Die Sensoren 22 und 23 sind kommunikationstechnisch mit einer Vergleichsschaltung 26, die beispielhaft in 3 dargestellt ist, verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die kommunikationstechnische Verbindung zwischen den Sensoren 22 und 23 einerseits sowie der Vergleichsschaltung 26 andererseits in den Fign. nicht dargestellt.
Die von den Sensoren 22 und 23 ermittelten Werte werden mittels der kommunikationstechnischen Verbindung zur Vergleichsschaltung 26 geführt. Die Vergleichsschaltung 26 verfügt über eine Speichereinheit, die in den Fign. nicht dargestellt ist, welche dazu dient, vorgebbare Sollwerte zu speichern. Die von den Sensoren 22 und 23 gelieferten Werte werden von der Vergleichsschaltung mit den in der Speichereinheit gespeicherten Sollwerten verglichen und es wird ein Vergleichswert von der Vergleichsschaltung 26 bereitgestellt. Dieser Vergleichswert kann im weiteren dazu genutzt werden, den Ladevorgang des Akkumulators zu optimieren.
3 zeigt in schematischer Darstellung den erfindungsgemäßen Akkumulator 1 in einer Draufsicht von oben. Dieser ist zwecks Aufladung an ein Ladegerät 27 angeschlossen. Wie in 3 zu erkennen ist, verfügt der Akkumulator 1 über einen Pluspol 24 sowie über einen Minuspol 25. Zwecks Aufladung des Akkumulators 1 ist das Ladegerät 27 über den Anschluß 29 für den Pluspol über die Leitung 31 mit dem Pluspol 24 verbunden. In gleicher Weise ist der Anschluß für den Minuspol 30 des Ladegerätes 27 mit dem Minuspol 25 des Akkumulators 1 über eine Leitung 32 verbunden. Das Ladegerät 27 selbst verfügt über einen Netzanschluß 28, über welchen das Ladegerät 27 mit Strom versorgt wird. Wie 3 des weiteren zu entnehmen ist, ist die Vergleichsschaltung 26, die beispielsweise integraler Bestandteil des Akkumulatorgehäusedeckels ist, über eine kommunikationstechnische Verbindung 33 mit dem Ladegerät 27 verbunden. Die von der Vergleichsschaltung ermittelten Vergleichswerte 26 können mithin über die Leitung 33 an das Ladegerät 27 überführt werden. Die von dem Ladegerät 27 auf diese Weise empfangenen Daten dienen dazu, den Ladevorgang des Akkumulators 1 zu steuern. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Akkumulator zu Beginn des Ladevorganges mit erhöhter Spannung beladen wird. Hat der Akkumulator einen bestimmten Ladezustand erreicht, der über die Sensoren 22 und 23 detektierbar ist, so wird über die Vergleichsschaltung 26 ein entsprechendes Signal an die Ladeeinheit 27 übertragen. Aufgrund dieses an die Ladeeinheit 27 gelieferten Signals wird in eine zweite Ladephase geschaltet, in welcher die Ladung mit nur noch verminderter Ladespannung durchgeführt wird.
Ist der Volladezustand des Akkumulators erreicht, so wird auch dies durch die Sensoren 22 und 23 detektiert, was im weiteren dazu führt, daß das Ladegerät 27 abschaltet, womit der Ladevorgang beendet ist.
Zwecks Überwachung des Ladevorganges kann des weiteren vorgesehen sein, daß entweder der Akkumulator 1 oder das Ladegerät 27 über eine Anzeige verfügt, mittels welcher ein Benutzer den momentanen Ladezustand des Akkumulators 1 ablesen kann. Geliefert werden die Daten für eine solche Anzeige von der Vergleichsschaltung 26. Der besseren Übersicht wegen ist eine Anzeige zur Darstellung der von der Vergleichsschaltung 26 gelieferten Werte in den Fign. nicht dargestellt.
Von Vorteil der Erfindung ist insbesondere, daß der Ladevorgang, da er in Abhängigkeit der von den Sensoren 22 und 23 erfaßten Werte gesteuert bzw. geregelt wird, optimiert durchgeführt wird. Hierdurch bedingt ergibt sich eine gesteigerte Gesamtlebensdauer des Akkumulators 1.

1: Akkumulator
2: Gehäuse
3: Deckel
4: Zelle
5: Zelle
6: Zelle
7: Zelle
8: Rekombinationseinrichtung
9: Rekombinationseinrichtung
10: Rekombinationseinrichtung
11: Rekombinationseinrichtung
12: Behälter
13: Höhenrichtung
14: Rekombinationseinheit
15: Rohr
16: Ring
17: Stutzenelement
18: Katalysator
19: Volumenraum
20: Absorber
21: Sockel
22: Sensor
23: Sensor
24: Pluspol
25: Minuspol
26: Vergleichsschaltung
27: Ladegerät/Ladeeinheit
28: Netzanschluß
29: Anschluß für Pluspol
30: Anschluß für Minuspol
31: Leitung
32: Leitung
33: kommunikationstechnische Verbindung

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung des Status eines Akkumulators, mit wenigstens einem Sensor, einer mit dem wenigstens einen Sensor in kommunikationstechnischer Verbindung stehenden Vergleichsschaltung und einer Speichereinheit, wobei die Vergleichsschaltung die vom Sensor erfaßten Werte mit vorgebbaren und in der Speichereinheit gespeicherten Sollwerten vergleicht und in Abhängigkeit der ermittelten Vergleichswerte ein entsprechendes Signal abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor ein Temperatursensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor ein Drucksensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor ein Feuchtigkeitssensor ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Sensoren.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren von gleichem Typ sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren von unterschiedlichem Typ sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor oder die Sensoren innerhalb einer Rekombinationseinrichtung des Akkumulators angeordnet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor oder die Sensoren jeweils innerhalb einer jeden Rekombinationseinrichtung des Akkumulators angeordnet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit integraler Bestandteil der Vergleichsschaltung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung integraler Bestandteil des Akkumulators ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung integraler Bestandteil eines an den Akkumulator anzuschließenden Ladegerätes ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des von der Vergleichsschaltung gelieferten Signals.
Verfahren zur Ermittlung des Status eines Akkumulators, bei dem mittels wenigstens eines Sensors eine Zustandsgröße des Akkumulators erfaßt, die erfaßte Zustandsgröße mit einem vorgebbaren Sollwert mittels einer Vergleichsschaltung verglichen, ein Vergleichswert berechnet und zur Anzeige und/oder Weiterverarbeitung gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Zustandsgröße eine Temperatur gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Zustandsgröße ein Druck gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Zustandsgröße eine Feuchtigkeit gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zustandsgrößen gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung mehrerer Zustandsgrößen gleichzeitig erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsgröße bzw. Zustandsgrößen innerhalb des von einer Rekombinationseinrichtung des Akkumulators umschlossenen Volumenraums gemessen wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig voneinander unabhängige Messungen der Zustandsgröße bzw. Zustandsgrößen innerhalb der von unterschiedlichen Rekombinationseinrichtungen des Akkumulators jeweils umschlossenen Volumenräume durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Zustandsgröße bzw. Zustandsgrößen während eines Ladevorganges des Akkumulators durchgeführt wird.
Verfahren zum Laden eines Akkumulators, insbesondere eines Bleiakkumulators, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß während des Ladevorganges eine oder mehrere Zustandsgrößen des Akkumulators erfaßt werden und der Ladevorgang in Abhängigkeit der erfaßten Zustandsgröße bzw. Zustandsgrößen gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ladevorganges sowohl der Ladestrom als auch eine oder mehrere Zustandsgrößen des Akkumulators erfaßt werden und der Ladevorgang in Abhängigkeit der erfaßten Werte gesteuert wird, wobei der Akkumulator in einer ersten Aufladephase mit erhöhter Spannung aufgeladen wird.
Akkumulator, insbesondere Bleiakkumulator, mit wenigstens einer Rekombinationseinrichtung zur Rekombination der im Akkumulator entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Rekombinationseinrichtung wenigstens einen Sensor umfaßt.
Akkumulator nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor ein Temperatursensor ist.
Akkumulator nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor ein Drucksensor ist.
Akkumulator nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor ein Feuchtigkeitssensor ist.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 28, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung, wobei die Vergleichsschaltung die vom Sensor erfaßten Werte mit vorgebbaren Sollwerten vergleicht und in Abhängigkeit der ermittelten Vergleichswerte ein entsprechendes Signal abgibt.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 29, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit zur Speicherung von vorgebbaren Sollwerten.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit integraler Bestandteile der Vergleichsschaltung ist.
Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung integraler Bestandteil des Akkumulators ist und vorzugsweise innerhalb des Akkumulatordeckels angeordnet ist.