DE3214745C1 - Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladevorganges von in geschlossenen Räumen angeordneten gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren - Google Patents

Description

• Die aus F i g. 2 ersichtlichen Funktionen zeigen über der eingeladenen Kapazität beispielhaft den zeitlichen Temperaturverlauf eines auf 400 C vorgeheizten Nickel-Cadmium-Akkumulators ob während eines Ladevorganges, den zeitlichen Verlauf einer repräsentativen Referenztemperatur 6R sowie den zeitlichen Temperaturverlauf dä, der durch Differenzbildung der meßtechnisch ermittelten Temperaturen bB und ÖR errechnet wird. Der graphischen Darstellung ist weiterhin der zeitliche Verlauf der Zustandsgröße Z zu entnehmen, die durch Differenzierung des Kurvenverlaufes d16 gewonnen und als Kriterium zur Abschaltung des Ladevorganges herangezogen wird. Es ist vorgesehen, daß die Zustandsgröße ##/"t zur Abschaltung der Ladung in Abhängigkeit von dem gewünschten Ladeergebnis, das in Prozenten von einer Volladung der Akkumulatoren angegeben werden kann, benutzt wird.
• Der zeitliche Temperaturverlauf Ad zeigt zunächst deutlich den endothermen Zustand der Akkumulatoren, der später in einen exothermen Zustand der Akkumulatoren umschlägt. Exotherme Zustände, also Wärmeabgabe, sind ein Zeichen für Ladewirkungsgrad herabsetzende Nebenreaktionen, die durch Sauerstoffentwicklung an der positiven Elektrode gekennzeichnet sind.
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Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladevorganges von in geschlossenen Räumen angeordneten gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, die vorzugsweise in Unterwasserfahrzeugen, Unterwasserstationen, Flugkörpern oder Satelliten verwendet werden, unter Verwendung eines von einem elektrischen Netz gespeisten Ladegerätes zur Erzeugung eines Ladestromes, d a d u r c h gekennzeichnet, daß während eines Ladungsvorganges die Temperaturen (mob) der Nickel-Cadmium-Akkumulatoren und die eines Temperatursensors, der eine für den geschlossenen Raum repräsentative Referenztemperatur (ÖR) abgreift, meßtechnisch ermittelt werden, daß durch Differenzbildung der ermittelten Temperaturen (6B, dR) ein Temperaturverlauf (ds) errechnet wird, der unabhängig von äußeren Temperatureinflüssen während der ersten Ladephase einen endothermen Zustand (Wärme aufnehmenden Zustand) der Akkumulatoren und im weiteren Verlauf der Ladung einen Umschlag in einen exothermen Zustand (Wärme abgebenden Zustand) der Akkumulatoren zeigt, und daß durch Differenzierung des Kurvenverlaufes (ds) eine Zustandsgröße (dsldt) gewonnen wird, die als Kriterium zur Abschaltung des Ladungsvorganges herangezogen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kriterium zur Abschaltung des Ladevorganges herangezogene Zustandsgröße lf) auch zur Erkennung von Teilladungszuständen und Abschaltung in Abhängigkeit von dem gewünschten Ladeergebnis (xO/o einer Volladung) benutzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Abschaltung des Ladevorganges ein erneuter Ladevorgang nur dann eingeschaltet bleibt, wenn das gewünschte Ladeergebnis (x % einer Volladung) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

   Zur Aufladung von Batterien sind elektrische Ladegeräte allgemein bekannt. Bei diesen Ladegeräten wird der Ladevorgang manuell oder automatisch dann beendet, wenn die Batterie voll geladen ist. Als Kriterium für die automatische Beendigung des Ladevorganges wird regelmäßig die Batteriespannung herangezogen, die bei vollgeladenen Batterien ansteigt (Gasungsspannung). Anders liegen die Verhältnisse bei gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, deren Temperaturwerte im Verlauf eines Ladevorganges ansteigen, so daß bei konstantem Ladestrom der Spannungsanstieg gleitend ist oder ganz fehlt Eine Überladung ist daher nicht ausgeschlossen. Durch eine Überladung entsteht jedoch im Akkumulatorinneren Wasserstoff, der einen irreversiblen Druckaufbau in den Zeilen bewirkt und beispielsweise mittels eines Überdruckventils abgebaut werden kann. Dieses hat allerdings den Nachteil, daß mit einem Überdruckventil ausgerüstete Akkumulatoren wegen der entstehenden Explosionsgefahr bei einem Entweichen von Wasser- stoff nicht in geschlossenen Räumen Anwendung finden können. Ein derartiger Betriebszustand ist unzulässig.

   Es ist ein temperatur- und spannungsgeführtes Ladegerät für gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren bekannt, bei dem der Ladestrom bei einem Temperaturanstieg der Akkumulatoren erhöht wird um stets die Entladeschlußspannung nachzuweisen. Auch dieses Gerät ist für eine Verwendung in geschlossenen Räumen wegen der hohen Ladegerätleistung, wegen einer starken Temperaturbelastung durch Stromwärmeverluste gerade im Bereich hoher Temperaturbelastung der Akkumulatoren sowie wegen der Unmöglichkeit der Erzeugung von Abschaltsignalen für Teilladungszustände nicht geeignet.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Durchführung eines automatischen Ladevorganges von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren vorzuschlagen, das eine hohen Sicherheitsanforderungen genügende Anwendung der eingangs genannten Akkumulatoren in geschlossenen und/oder schwerzugänglichen Räumen ermöglicht.

   Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale von Anspruch 1 gelöst Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

   Die Erfindung gestattet vorteilhafterweise nach wenigen Minuten Ladezeit eine sichere Sensierung des Energieinhaltes von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, so daß die Entstehung von Wasserstoff infolge Überladung ausgeschlossen wird. Ein irreversibler Druckaufbau der gasdichten Zellen wird durch die Erfindung vermieden. Ein weiterer Vorteil der Erfin.

   dung ist in minimalen Anforderungen an Einrichtungen zum Wärmeabtransport zu sehen. Durch die Vermeidung von Volladungen der Akkumulatoren ergibt sich vorteilhafterweise eine Erhöhung der Zyklenzahlen.

   Das Verfahren kann zur Überwachung eines Akkumulatorkollektivs oder von Einzelzellen herangezogen werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist somit in der Gewinnung eines verifizierbaren Signals zur Abschaltung von gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren im gesamten Bereich der möglichen Energieinhalte unter Vermeidung hoher Ladeströme und den damit verbundenen Konsequenzen, wie hoher Ladege.

   rätleistung und Temperaturerhöhung durch Stromwärmeverluste, zu sehen.

   In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung in Blockschaltbildform zur Durchführung des Verfahrens und F i g. 2 eine graphische Darstellung der Temperaturverläufe, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Abschaltsignales hervorgezogen werden.

   In F i g. 1 ist ein von einem elektrischen Netz 1 gespeistes Ladegerät 2 an einen Block 3 von n gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit jeweils m Zellen angeschlossen, denen über einen Entladeschalter 4 ein Verbraucher 5 nachgeordnet ist.

   Sowohl das Ladegerät 2 als auch der Entladeschalter 4 werden von einer Überwachungszentrale 6 angesteuert, die dafür sorgt, daß das Ladegerät 2 oder der Entladeschalter 4 in Abhängigkeit von dem Ladezustand der Akkumulatoren ein- bzw. ausgeschaltet werden.