CH650879A5

CH650879A5 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen nachfuellen von wasser in akkumulatorenbatterien.

Info

Publication number: CH650879A5
Application number: CH2478/80A
Authority: CH
Inventors: Arcy Rainer-Lionel D; Hartmut Schmidt
Original assignee: Varta Batterie
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-03-28
Publication date: 1985-08-15
Also published as: DE2913191A1; ATA178380A; US4359071A; FR2453505A1; AT374624B; DE2913191C2; FR2453505B3; CA1129049A; SE8002570L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Nachfüllen von Wasser in Akkumulatorenbatterien, deren einzelne Zellen jeweils mit Wassernachfüllstopfen versehen sind, die durch Schwimmer betätigte Ventile enthalten und die an eine gemeinsame Wasserzuführungsleitung angeschlossen sind, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei mehrzelligen Akkumulatorenbatterien, insbesondere bei Traktionsbatterien, wird zunehmend von automatischen Wassernachfüllsystemen Gebrauch gemacht. Diese bestehen im wesentlichen aus einem Wassernachfüllstopfen in jeder Einzelzelle, der mittels eines Schwimmers den Elektrolytstand misst und bei dem über einen Schwimmer das Ventil zur Wasserzuführung geschlossen wird. Derartige Wassernachfüllstopfen müssen eine hohe Funktionssicherheit besitzen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der durch den Schwimmer betätigte Ventilkörpe,- durch den Druck der Flüssigkeitssäule in der Zuleitung in seinen Ventilsitz gepresst wird, so dass der Schliessvorgang durch den Druck des zufliessenden Wassers erfolgt. Ein Ventil dieser Art ist beispielsweise im Deutschen Gebrauchsmuster 74 40 002 beschrieben.

Die mit derartigen Ventilen ausgerüsteten Einzelzellen sind durch eine gemeinsame Wassernachfülleitung miteinander verbunden, und die Wasserzuführleitung enthält ein Ventil, durch welches die Wasserzufuhr während des Ladevorgangs gesteuert wird. Diese Steuerung kann beispielsweise in bekannter Weise durch das Ladegerät selbst vorgenommen werden. Daneben ist in der Wasserzuführleitung ein Wasservorratsbehälter und ein Wasserentsalzer angeordnet. Trotz der hohen Betriebssicherheit des oben beschriebenen Wasser-nachfüllstopfens kann es insbesondere bei vielzelligen Akkumulatorenbatterien zu einem Kleben eines einzelnen Ventils kommen, so dass diese Einzelzelle keine ausreichende Wassernachfüllmenge enthält.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei welcher eine absolut einwandfreie Nachfüllung sämtlicher Zellen gewährleistet ist und bei welcher insbesondere Fehler durch das Hängenbleiben oder Kleben einzelner Ventile in den Wassernachfüllstopfen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass das in der Wasserzuführungsleitung liegende Einschaltventil während des Nachfüllvorgangs mehrfach impulsartig betätigt wird.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert, dabei zeigen die Figuren 1 und 2 schematisch die prinzipielle Anordnung einer erfin-dungsgemässen Wassernachfüllvorrichtung. Die Figuren 3 und 4 zeigen schematisch den Einsatz des Wassernachfüllvorgangs und dessen Steuerung in Abhängigkeit von den Ladekennlinien des Akkumulators.

Wie Figur 1 zeigt, ist ein aus einer Vielzahl von Einzelzellen 1 bestehender Akkumulator an eine Wassernachfüllvorrichtung angeschlossen, die aus der Wasserzuführungsleitung 2, einem in diese Zuführungsleitung geschalteten Ventil 3, einem Wasservorratsbehälter 4 und gegebenenfalls einem Wasserentsalzer 5 besteht. Jede der schematisch dargestellten Einzelzellen 1 ist mit einem Wassernachfüllstopfen 5 versehen. Sämtliche Wassernachfüllstopfen sind durch die gemeinsame Wasserleitung 6 miteinander verbunden.

Die Einzelzellen besitzen neben der Wassernachfüllvorrichtung die üblichen Zellenpole, die eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung der Einzelzellen ermöglichen. Die eigentliche elektrische Verschaltung der Zellen ist jedoch nicht näher dargestellt.

Erfindungsgemäss wird während des Ladevorgangs das Ventil 3 beim Wassernachfüllvorgang mehrfach impulsartig betätigt. Zu dieser Betätigung dient ein Schalter 7, der an eine Stromversorgung 8 angeschlossen ist und das Magnetventil 3 ansteuert. Über diesen Schalter 7 erfolgt eine impulsartige Betätigung für eine Zeitdauer T. Diese Zeit T liegt üblicherweise zwischen 5 und 10 Minuten, und jeder Einschaltimpuls besitzt eine Dauer von etwa 5 bis 10 Sekunden, und die Schliesszeit liegt ebenfalls jeweils in der Grössenordnung von 5 bis 10 Sekunden.

Dieses periodische Ein- und Ausschalten kann nach Betätigung des Schalters 7 durch ein übliches Schaltrelais erzeugt werden. Durch das ruckartige Öffnen und Schliessen des Ventils 3 wird das Nachfüllwasser ebenfalls ruckweise in das Leitungssystem 6 auf der Batterie und damit zu den einzelnen Wassernachfüllstopfen 5 fliessen. Dieses impulsartig in das Nachfüllsystem einströmende Wasser wird gleichmässig verteilt, und der mit der vorgegebenen Frequenz auftretende Impuls des zufliessenden Wassers sorgt für eine einwandfreie Funktion der mit Schwimmer versehenen Wassernachfüllstopfen. Während der Pause wird jeweils ein Ausgleichszustand im System erreicht. Als in die Wasserzuführungsleitung geschaltetes Ventil 3 können beispielsweise Magnetventile Verwendung finden, selbstverständlich können jedoch auch pneumatisch oder hydraulisch betätigte Ventile verwendet werden. Gegebenenfalls kann auch ein Ventil verwendet werden, welches betätigt durch den Wasserdurchfluss selbsttätig öffnet und schliesst.

Wie Figur 2 zeigt, kann dem Schalter 7 eine Zeitschaltuhr 9 zugeordnet werden. An einer solchen Zeitschaltuhr kann der Einsatzpunkt des Wassernachfüllvorgangs während der Ladung festgelegt werden. Diese Einschaltung des Wassernachfüllvorgangs erfolgt zweckmässigerweise vor Beendigung der Ladung, und zwar in einem Zeitraum von etwa 1,5 bis 2

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Stunden vor Beendigung eines Ladevorgangs, aber nach Erreichen der Gasungsspannung von 2,4 V pro Zeile. Dies ist prinzipiell im Diagramm der Figur 3 dargestellt, welches den Verlauf des Ladestroms I und der Ladespannung U in Abhängigkeit von der Zeit t zeigt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, beginnt der Wassernachfüllvorgang zum an der Zeitschaltuhr 9 festeingestellten Zeitpunkt tE. Es erfolgt dann für den Zeitraum T das impulsartige Betätigen des in der Wasserzuführungsleitung 2 angeordneten Ventils 3; der Zeitpunkt tE liegt etwa 1 Vi bis 2 Stunden vor dem Ende der Ladung tL. Der Zeitpunkt tE liegt stets nach dem Erreichen der Gasungsspannung und wird je nach dem verwendeten Ladeverfahren empirisch festgelegt. Bei einer IUIa-Kennlinie (Ladung mit konstantem Strom, konstanter Spannung und erneut mit konstantem Strom und autçmatischer Abschaltung) liegt dieser Zeitpunkt beispielsweise etwa 5-5,5 Stunden nach Ladungsbeginn d.h. etwa 1,5-2 Stunden vor Beendigung der Ladung.

Der Zeitpunkt, bei welchem die Wassernachfüllung erfolgt, kann auch durch ein Spannungsrelais festgelegt werden, welches die Batteriespannung erfasst und beispielsweise bei einer Batteriespannung von etwa 2,45-2,50 V, d.h. etwa, 1 Stunde nach Erreichen der Gasungsspannung, bei einem üblichen Ladeverfahren, den Schalter 7 betätigt. Dieses Spannungs-Relais tritt dann an die Stelle der Zeitschaltuhr 9 in Figur 2.

Daneben kann der Zeitpunkt des Beginns der Wassernachfüllung auch durch einen Ladesteuerschalter bzw. das Ladegerät selbst bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise ein Ladesteuerschalter dienen, bei welchem die Batteriespannung in ihrem zeitlichen Verlauf kontinuierlich erfasst wird, die Kennlinien eines solchen Ladegerätes zeigt Figur 4. Um zu erkennen, wann der Volladezustand erreicht ist, der durch einen Beharrungszustand der Spannung U oberhalb der Gasungsspannung UG gekennzeichnet ist, wird die Batteriespannung mit einer zeitlich veränderlichen und der Batteriespannung nachgeführten Hilfsspannung UH verglichen. Diese Hilfsspannung läuft solange parallel zur Batteriespannung, wie die auf Abstand angeregelte Hilfsspannung in ihrer Anstiegsgeschwindigkeit der Anstiegsgeschwindigkeit der Batteriespannung gleich ist. Ändert sich die Anstiegsgeschwindigkeit der Batteriespannung durch zunehmende Vollladung, so erfolgt unter Beibehaltung des justierten Abstands die Nachführung der Hilfsspannung. Dies wird solange durchgeführt, bis ein Nachführen mit konstantem Abstand durch unterschiedliche Anstiegsgeschwindigkeiten nicht mehr möglich ist. Die Hilfsspannung läuft dann, gemäss einer fest vorgeschriebenen Anstiegsgeschwindigkeit weiter, so dass 5 nach Ablauf einer bestimmten Zeit automatisch ein Schnittpunkt der Batteriespannung und der Hilfsspannung erfolgt. Das beim Schnittpunkt entstehende Signal wird benutzt, um die Ladung beim Zeitpunkt tL zu beenden. Die bei einem solchen Ladeverfahren entstehenden Kennlinien von Spannung io und Strom in Abhängigkeit von der Zeit sind im Diagramm der Fig. 4 dargestellt. Dabei ist die Gasungsspannung (2,4 V) mit UG bezeichnet, die der Zellenspannung nachgeführte Hilfsspannung mit UH. Die Beendigung der Ladung erfolgt beim Schnittpunkt von Batteriespannung U und Hilfsspan-15 nung UH zum Zeitpunkt tL- Der Wassernachfüllvorgang setzt ein zum Zeitpunkt tE, welcher nach Erreichen der Gasungsspannung liegt und dadurch bestimmt wird, dass die Differenz zwischen Batteriespannung U und Hilfsspannung Uh einen bestimmten Wert erreicht hat. Dieser Differenzspan-20 nungswert wird ebenfalls empirisch ermittelt, so dass der Wassernachfüllvorgang etwa 1,5 bis 2 Stunden vor Ladungsende vorgenommen wird. Zu diesem Zeitpunkt hat die Batterie praktisch ihre Ladeschlussspannung erreicht, die üblicherweise bei etwa 2,65 V liegt. Anstelle des beschriebenen Lade-25 Steuerschalters, welcher über die Batteriespannung gesteuert wird, können in entsprechend modifizierter Weise auch Ladesteuerschalter verwendet werden, welche vom Batteriestrom gesteuert werden. An den so festgelegten Zeitpunkt tE schliesst sich der erfindungsgemässe Nachfüll Vorgang für die 3o Zeit T an.

Für den Fall, dass mehrere Akkumulatorenbatterien der beispielsweise in Figur 1 gezeigten Art aus einem gemeinsamen Wasservorratsbehälter gefüllt werden sollen, können die jeweils in die Wasserzuführungleitung der Einzelbatterien 35 geschalteten Magnetventile durch ein Schrittschaltwerk nacheinander betätigt werden. Für jedes einzelne in einer Wasserzuführungsleitung zu einer Einzelbatterie liegende Ventil ergibt sich dadurch ebenfalls ein impulsartiger Betrieb.

Das beschriebene Wassernachfüllverfahren ermöglicht es, 40 auch bei vielzelligen Akkumulatorenbatterien den Wassernachfüllvorgang mit hoher Sicherheit durchzuführen und gewährleistet, dass alle Zellen einen weitgehend gleichen Elektrolytfüllstand besitzen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum automatischen Nachfüllen von Wasser in Akkumulatorenbatterien, deren einzelne Zellen jeweils mit Wassernachfüllstopfen versehen sind, die durch Schwimmer betätigte Ventile enthalten und die an eine gemeinsame Wasserzuführungsleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Wasserzuführungsleitung (2) angeordnetes Ventil(3) während des Nachfüll Vorgangs mehrfach impulsartig betätigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Wasserzuführungsleitung (2) angeordnete Ventil (3) nach Erreichen der Gasungsspannung der Akkumulatorenbatterie und vor Beendigung des Ladevorgangs für eine festgelegte Zeitdauer mehrfach impulsartig betätigt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3) während des Ladevorgangs für eine Zeitdauer von 5 bis 10 Minuten impulsartig für eine Zeitdauer von jeweils 5 bis 10 Sekunden bei einer Pause von 5 bis 10 Sekunden betätigt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wasserzuführungsleitung (2) der Akkumulatorenbatterie ein Ventil (3) angeordnet ist, welches durch einen Schalter (7) impulsartig mehrfach betätigbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zeitschaltvorrichtung (9) enthält, über welche der Schalter (7) ansteuerbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter ein Schrittschalter ist, welcher mehrere Ventile nacheinander in vorgegebener Zeitfolge betätigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3) in der Wasserzuführungsleitung (2) ein Magnetventil ist.